Wymienniki ciepła

Gaz
technologie
k Procesy obróbki ropy naftowej i gazu ziemnego
W ym ie n ni k i ci e pł a
mgr in˝. Cezary Pokrzywniak, mgr in˝. Leszek Kulawski
pod kierunkiem dr. hab. in˝. Stanisława Nagy, prof. AGH
W instalacjach przemysłowych słu˝àcych do oczyszczania ropy naftowej i gazu ziemnego wykorzystuje si´ wiele
procesów technologicznych. Jednym z podstawowych zjawisk jest wymiana ciepła, która zachodzi praktycznie na
ka˝dym etapie przetwarzania ropy czy gazu, a w wielu technologiach odgrywa kluczowà rol´. W tekÊcie omówiono
podział i typy wymienników ciepła oraz przykłady ich zastosowania.
W
ymienniki ciepła sà to urzàdzenia zapewniajàce
przepływ energii cieplnej pomi´dzy dwoma lub
wi´cej czynnikami o ró˝nych temperaturach.
Najcz´Êciej wyst´pujà tu dwa media, z których jedno
przekazuje, a drugie przejmuje ciepło. Energia cieplna
wymieniana jest w procesach: przewodzenia (kondukcja),
unoszenia (konwekcja) lub radiacji (promieniowanie).
Przewodzenie ciepła (kondukcja) zachodzi, je˝eli
w kierunku przekazywania ciepła nie ma makroskopowego przemieszczania substancji. Z takim zjawiskiem
mamy do czynienia w ciałach stałych oraz w wàskich
szczelinach wypełnionych płynem, gazem lub cieczà
(z powodu niewielkiej szerokoÊci szczeliny nie uwzgl´dnia si´ ruchu płynu). Przykładem tego rodzaju dobrego
przewodnika ciepła sà metale. Innym przypadkiem jest
wpływ makroskopowego przemieszczania substancji
w kierunku gradientu temperaturowego, w którym
wielkoÊç strumienia ciepła jest pomijalna.
Unoszenie ciepła (konwekcja) zachodzi wówczas, je˝eli strumieƒ ciepła jest przekazywany przez makroskopowy ruch substancji w kierunku gradientu temperaturowego. Zjawisko zazwyczaj zachodzi w płynach oraz
mi´dzy ciałem stałym a płynem. Przyczyny powstania
ruchów konwekcyjnych mogà byç ró˝ne. Ruch substancji mo˝e byç wywołany siłami działajàcymi z zewnàtrz
lub te˝ siłami grawitacji. Z grawitacyjnym charakterem
przemieszczenia substancji mamy do czynienia, je˝eli
w płynie istniejà obszary o ró˝nych g´stoÊciach, powstajàce na przykład wskutek ró˝nicy temperatur.
Radiacja (promieniowanie) zachodzi wówczas, je˝eli
przekazywanie ciepła odbywa si´ za poÊrednictwem fal
elektromagnetycznych.
W praktyce niezmiernie rzadko spotyka si´ przekazywanie ciepła tylko poprzez jeden proces. W wi´kszoÊci
przypadków wyst´puje kombinacja dwóch lub trzech
procesów, do których zalicza si´ m.in. przejmowanie
i przenikanie ciepła.
26
Przejmowanie ciepła – przekazywanie ciepła od ciała
stałego do płynnego, jako połàczony przypadek unoszenia i promieniowania.
Przenikanie ciepła – przekazywanie ciepła mi´dzy
ciałami płynnymi rozgraniczonymi przegrodà stałà.
W procesie tym wyst´puje dwukrotnie przejmowanie
ciepła oraz przewodzenie przez stałà przegrod´.
JeÊli szybkoÊç przekazywania ciepła jest stała i niezale˝na od czasu, to strumieƒ ciepła jest okreÊlany jako
ustalony. O strumieniu nieustalonym Êwiadczy zale˝na
od czasu szybkoÊç przekazywania ciepła w ka˝dym
punkcie. W wielu instalacjach przemysłowych, w których wykorzystuje si´ przekazywanie ciepła, zakłada si´,
˝e działa w warunkach ustalonych, nawet jeÊli w trakcie
pracy instalacji wyst´pujà warunki nieustalone np. podczas rozruchu.
k Dobór
Do poprawnego doboru (projektu) wymiennika ciepła trzeba uzyskaç kompletne parametry jego pracy, tj.:
r rodzaj czynników (ciecz i/lub gaz) i ich właÊciwoÊci;
r temperatur´ wlotowà i wylotowà;
r pr´dkoÊci i wielkoÊci przepływu;
r ciÊnienie robocze oraz ciÊnienia maksymalne i minimalne;
r dozwolony spadek ciÊnienia;
r opory zwiàzane z osadami.
Po okreÊleniu powy˝szych parametrów mo˝na okreÊliç typ wymiennika. W przypadku konkretnego zastosowania nale˝y równie˝ wziàç pod uwag´ nast´pujàce
czynniki:
r wymagania cieplne i hydrauliczne;
r kompatybilnoÊç (zgodnoÊç) materiałów;
r regulacje Êrodowiskowe oraz bezpieczeƒstwo pracy;
r dost´pnoÊç na rynku;
r koszt produkcji/zakupu.
05/2008
Gaz
Rysunek 1. Podgrzewacz liniowy
technologie
Foto 1. Podgrzewacze liniowe. Kopalnia Gazu
Ziemnego Paproç-W
Wymienniki ciepła sà przewa˝nie
tylko
jednym
z układów instalacji technologicznych, dlatego cz´sto
si´ zdarza, ˝e o wyborze konkretnego
typu decyduje termin
dostawy.
Wybrane urzàdzenie mu si za pew niç
okre Êlo ny prze pływ
cie pła, cz´ sto w ra mach ustalonych temperatur wlotowych i wylotowych oraz przy zachowaniu
dopuszczalnego spadku ciÊnienia. Ponadto musi ono
spełniaç wszelkie wymagania wytrzymałoÊciowe wynikajàce z maksymalnego ciÊnienia roboczego czynnika oraz z maksymalnych ró˝nic temperatur, a mate riał za pew niç od po wied nià ochro n´ przed
nadmiernà korozjà (jeÊli jest to wymagane). OkreÊlenie cz´stotliwoÊci czyszczenia wymaga ustalenia
skłonnoÊci do tworzenia si´ osadów w wymienniku.
Nale˝y równie˝ poznaç potencjalnà toksycznoÊç mediów a tak˝e wyeliminowaç lub zminimalizowaç ich
wpływ na człowieka lub Êrodowisko w razie wycieku
lub awarii. W koƒcu, aby skróciç czas produkcji oraz
zmniejszyç koszt urzàdzenia, mo˝na wybraç wymiennik ze standardowych kart katalogowych danego
producenta.
W wi´kszoÊci przypadków wymagania te stawiane
sà indywidualnie przez zamawiajàcych na podstawie
wczeÊniej wypracowanych procedur i standardów lub
do Êwiad cze nia w pra cy z da ny mi urzà dze nia mi
w okreÊlonych warunkach. Niektórzy klienci wymagajà, aby wszystkie wymienniki ciepła w danej instalacji
by ły przy sto so wa ne do czysz cze nia (za opa trzo ne
w demontowane pokrywy) z uwagi na łatwiejszà eks ploatacj´, inni natomiast wolà wymienniki pełnospawalne z uwagi na niski koszt produkcji, czasem wybór
narzucajà ograniczenia wynikajàce z lokalizacji urzà dzenia (platformy).
k Rodzaje wymienników
Wymienniki ciepła mo˝na klasyfikowaç według na st´pujàcych kryteriów:
r sposób działania: rekuperatory i regeneratory;
r procesy przekazywania ciepła: bezpoÊrednie i poÊred nie;
r geometria konstrukcji: rurowe i płytowe;
28
r mechanizmy przekazywania ciepła: jednofazowe
i dwufazowe;
r układ przepływu: współpràdowe, przeciwpràdowe
i krzy˝owe.
Po dział wy mien ni ków
ze wzgl´ du na spo sób dzia ła nia
Bioràc pod uwag´ sposób działania aparatów do wymiany ciepła, dzielimy je ogólnie na: wymienniki po-
05/2008
Gaz
technologie
Foto 2. Reboiler, KRN Sławoborze, Stabilizacja ropy
wierzchniowe (przeponowe), zwane rekuperatorami,
i wymienniki z wypełnieniem, zwane regeneratorami.
Rekuperator – zarówno czynnik oddajàcy ciepło, jak
i odbierajàcy, płynà po obu stronach przegrody w sposób
ciàgły, a ciepło przechodzi od cieplejszego czynnika do
zimniejszego. W tego typu urzàdzeniach zachodzi wi´c
przenikanie ciepła. Ich zaletami sà ustalone przekazywanie ciepła w czasie normalnej pracy oraz utrzymanie czystoÊci czynników. Przykładami takich urzàdzeƒ sà podgrzewacze liniowe do podgrzewania gazu (rys. 1), zwane
cz´sto podgrzewaczami przeponowymi, wykorzystywane
np. w strefach przyodwiertowych kopalni gazu ziemnego
Paproç -W (fot. 1), regeneratory glikolu czy aminy
(rys. 2), stosowane w procesach oczyszczania gazu, oraz
reboilery do stabilizacji ropy czy kondensatu, pracujàce
m.in. w kopalni ropy naftowej Sławoborze (fot. 2).
Regenerator – wymiennik ciepła ze stałym wypełnie niem bez wewn´trznych êródeł ciepła. Przez regenerator płynie czynnik grzejàcy, który oddaje swoje ciepło
masie wypełnienia (glikol, cegiełki, blachy faliste itp.).
Drugi czynnik odbiera to nagromadzone ciepło, ogrzewajàc si´.
Po dział wy mien ni ków ze wzgl´ du
na spo sób prze ka zy wa nia cie pła
W odniesieniu do procesu przekazywania ciepła klasyfikuje si´ je jako bezpoÊredniego i poÊredniego kontaktu.
W wymiennikach bezpoÊredniego kontaktu ciepło
jest wymieniane mi´dzy zimnym i ciepłym strumieniem
poprzez ich bezpoÊredni kontakt. Nie ma w nich Êciany
pomi´dzy strumieniami ciepła, a ciepło przechodzi
przez powierzchni´ rozdziału mi´dzy czynnikami, którymi mogà byç:
r dwie niemieszajàce si´ ciecze,
r gaz i ciecz,
r ciało stałe i ciecz.
Rysunek 3. Kolumna strippingowa
Rysunek 2. Regenerator aminy
Szcze gól nym roz wià za niem sà wy mien ni ki mie szan ko we (bez prze po no we mo kre), w któ rych pro ces prze ka zy wa nia cie pła za cho dzi po przez kon takt bez po Êred ni, wsku tek mie sza nia si´ obu
czyn ni ków. Nie ma w nich prze gro dy roz gra ni cza jà cej. W urzà dze niach te go ty pu istot ne jest prze ka zy wa nie sub stan cji, a sam pro ces wy mia ny cie pła trak to wa ny jest ja ko ubocz ny. Zja wi sko to
wy ko rzy sta no w skra pla czach mie szan ko wych,
w któ rych skra pla nie uzy sku je si´ przez wtrysk wo dy do pa ry, i w chłod niach ko mi no wych, w któ rych
stru mieƒ wo dy spły wa jà cy z gó ry wie ˝y, w bez po Êred nim kon tak cie, chło dzi si´ stru mie niem po wie trza uno szà ce go si´ do gó ry. Ta ki pro ces za cho dzi rów nie˝ w ko lum nach ab sorp cyj nych
gli ko lu (ami ny) po mi´ dzy ga zem a cie czà, gdy
ciecz spły wa gra wi ta cyj nie w dół po wy peł nie niu
(np. struk tu ral nym, pier Êcie nio wym czy pół ko wym), gaz zaÊ do gó ry prze pły wa przez pu ste prze strze nie mi´ dzy ele men ta mi wy peł nie nia (rys. 3).
W wymiennikach poÊredniego kontaktu energia
cieplna jest wymieniana pomi´dzy strumieniem gorà cym i zimnym przez powierzchni´
np.
Êcian´
oddzielajàcà lub wypełnienie, a strumienie nie
mieszajà si´. Tego typu
wymiana ciepła ma miejsce w regeneratorach i re kuperatorach. W praktyce
wykorzystuje si´ ró˝ne sposoby
doprowadzenia ciepła do regeneratorów. Mo˝e si´ to odbywaç za
pomocà wprowadzonej płomienicy
05/2008
29
Gaz
technologie
Rysunek 4. Reboiler glikolu Olowi Project
Po dział wy mien ni ków ze wzgl´ du
na geo me tri´ kon struk cji
Główne typy konstrukcyjne wymienników ciepła to
wymienniki rurowe i płytowe.
Wymienniki rurowe sà zbudowane z rur, w których
jeden czynnik płynie wewnàtrz rur, a drugi na zewnàtrz.
Urzàdzenia tego typu sà bardzo szeroko wykorzystywane z uwagi na nieograniczony dobór Êrednic rur, ich iloÊci, długoÊci, podziałki oraz rozmieszczenia. Wymienniki rurowe dzieli si´ nast´pnie na:
r dwururowe i wielorurowe,
r płaszczowo-rurowe,
r płaszczowo-spiralne,
r płytowe.
Wymienniki dwururowe sà najprostszymi i praktycznie ju˝ nieu˝ywanymi urzàdzeniami słu˝àcymi do wymiany ciepła pomi´dzy dwoma strumieniami, stosowa nymi zwykle w układach przeciwpràdowych. Sà one
zbudowane z jednej rury uło˝onej wewnàtrz drugiej
oraz odpowiednich połàczeƒ wlotowych i wylotowych
do kierowania przepływu z jednej sekcji do drugiej.
W celu zwi´kszenia zakresu ich działania, wewn´trzne
rury konstruuje si´ cz´sto jako o˝ebrowane, co w rezultacie powoduje relatywne powi´kszenie powierzchni
wymiany ciepła od 5 do nawet 20 razy. Typowe wymien niki dwururowe charakteryzujà si´ ograniczonymi mo˝ liwoÊciami wykorzystania w przemyÊle, np. do przeka zywania niewielkich iloÊci ciepła lub je˝eli wyst´pujà
wysokie ciÊnienia.
Wymienniki wielorurowe sà modyfikacjà zwykłego
układu dwururowego. Zmiana polega na zamonto waniu wewnàtrz urzàdzenia kilku rurek. Konstrukcja
30
ta jest połàczeniem wymiennika dwururowego i płaszczowo-ru ro we go z dnem si to wym,
które cz´Êciowo redukujàc zalety prostej budowy konstrukcji
dwururowej, pozwala na uzyska nie du ˝o wi´k szej po wierzch ni wy mia ny cie pła.
Głównà wadà tych wymienników jest ich wielkoÊç i wysoki
koszt produkcji w przeliczeniu
na powierzchni´ wymiany ciepła.
Wymienniki płaszczowo -r uro we sà najcz´Êciej stosowanymi
w instalacjach technologicznych
– stanowià ponad 60% wszystkich
pracujàcych wymienników. Zwykle projektowane sà one zgodnie
ze specyfikacjà TEMA (Tubular
Exchanger Manufacturers Association), która od ponad 60 lat pro wadzi prace badawczo -rozwojowe nad wymiennikami
ciepła, tworzy standardy i okreÊla wymagania w tym zakresie. Mogà pracowaç praktycznie w ka˝dych warunkach, a ograniczeniem sà jedynie materiały u˝yte do
konstrukcji. Wymienniki płaszczowo-rurowe zbudowa ne sà z rur umieszczonych w du˝ych cylindrycznych
Rysunek 5. Wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy
z palnikiem, gdy ciepło przekazywane
jest od palnika poprzez
Êcianki
płomienicy
i/lub płomieniówek
do regenerowanego czynnika (instalacja regeneracji glikolu
stosowana
m.in. w kopalni
gazu ziemnego
Bonikowo). Ciepło
do regenerowanego czynnika mo˝na te˝ dostarczyç za pomocà wprowadzenia
wiàzki rur, wewnàtrz których przepływa goràce medium
(instalacja regeneracji aminy stosowana m.in. w kopalni
gazu ziemnego i ropy naftowej Borz´cin) czy w postaci
ciepła przekazywanego za pomocà grzałki elektrycznej
(instalacja regeneracji glikolu Olowi) – rys. 4.
Foto 3. Wymiennik ciepła glikol-gaz, KGZ KoÊcian,
Osuszanie gazu
05/2008
Gaz
Foto 4. Wymiennik ciepła gaz-gaz, KGZ KoÊcian,
Strefa K-20
płaszczach z osià rur równoległà do osi płaszcza. Najprostszy typ poziomego wymiennika ciepła płaszczowo -rurowego przedstawiono na rys. 5. Jeden strumieƒ
ciepła przepływa przez rury, podczas gdy drugi płynie
w przestrzeni płaszcza, w poprzek lub wzdłu˝ rur. Przy kładem zastosowania tego typu wymiennika jest stabi lizacja temperatury glikolu przed wlotem do kolumny
absorpcyjnej, w której ubogi glikol chłodzony jest ga zem ziemnym (fot. 3) lub wymiennik gaz -gaz słu˝àcy
do stabilizacji temperatury w czasie redukcji ciÊnienia
gazu (fot. 4). Wymienniki płaszczowo -rurowe pokaza ne na rys. 6 sà najcz´Êciej spotykane w przemyÊle zwià zanym z wydobyciem i przetwórstwem ropy i gazu.
Cz´sto stosuje si´ te˝ układy wymienników płaszczo wo -rurowych, jak np. w instalacji wymra˝ania w kopalni kondensatu i gazu ziemnego Wilga (rys. 7).
W celu uzyskania lepszego współczynnika przenika nia ciepła w wymiennikach montuje si´ przegrody po
stronie płaszcza, które jednoczeÊnie spełniajà zadanie
podparcia dla rur.
05/2008
technologie
Rysunek 6. Typy wymienników
Rysunek 7. Układ wymienników płaszczowo-rurowy
31
Rysunek 8. Płaszczowo-spiralny wymiennik ciepła
Gaz
Tabela 1. Klasyfikacja wymienników płaszczowo-rurowych wg TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers
Association)
Pierwsza litera okreÊla typ komory na przodzie wymiennika, druga typ
płaszcza, a trzecia – typ komory na koƒcu wymiennika.
Rysunek 9. Skr´cany płytowy wymiennik ciepła
W instalacjach technologicznych stosuje
si´ wiele rozwiàzaƒ
wykonania płaszcza
jak i rur, zale˝y to
od wielkoÊci wymiany
ciepła,
spadku i wielkoÊci
ciÊnienia, tworzenia
si´ osadów i problemów
zwiàzanych z czyszczeniem, kontrolà antykorozyjnà technologià produkcji
i
kosztu
wytwarzania. Zawsze
mo˝na dobraç wymiennik
płaszczowo-rurowy, który
spełni wszystkie stawiane
przed nim wymagania.
Wymienniki płaszczowo-spiralne składajà si´ ze spiralnie zwini´tych rur umieszczonych w płaszczu. Zwykle stosuje si´ je jako kondensatory lub wyparki w systemach
chłodniczych. W instalacjach gazowych stanowià górnà
sekcj´ kolumny regeneracyjnej glikolu, słu˝àc do wst´pnego podgrzania bogatego w wod´ glikolu oraz konden sacji pary wodnej (rys. 8). Współczynnik wymiany ciepła
jest w nich wy˝szy, bioràc pod uwag´ rur´ spiralnà do
prostej. Charakteryzujà si´ one zwartà budowà oraz
mo˝liwoÊcià stosowania w układach, w których wyst´pujà napr´˝enia termiczne. Ograniczeniem jest czystoÊç czynników, poniewa˝ czyszczenie tego typu wymiennika jest praktycznie
niemo˝liwe.
Wymienniki płytowe
zbudowane sà z cienkich
płyt uło˝onych pakietowo
w taki sposób, aby przestrzeƒ pomi´dzy nimi
tworzyła kanały przepły wowe. Goràcy i zimny
czynnik przepływa na
zmian´ w co drugiej prze strzeni pomi´dzy płytami,
a ciepło jest przekazywane
poprzez oddzielajàcà je
cienkà płyt´. Płyty te mo gà byç gładkie, pofalo wane lub specjalnie o˝ebrowa ne. Wymienniki te mo˝emy
podzieliç na:
r płytowe uszczelkowe lub płytowo ramowe,
r płaszczowo płytowe,
r płytowe spawane/lutowane,
r płytowe spiralne.
technologie
32
05/2008
Gaz
Rysunek 10. Płytowy wymiennik ciepła - szczegóły
budowy
Rysunek 11. Spiralny wymiennik ciepła zasada działania
Pakiety płyt mogà byç połàczone ze sobà Êrubami
(rys. 9). W tym rozwiàzaniu ka˝da z płyt oddzielona jest
materiałem uszczelniajàcym, stàd nazwa wymiennik płytowy uszczelkowy (szczegółowa budowa jest na rys. 10).
Ogromnà jego zaletà jest mo˝liwoÊç wymontowania i wy miany dowolnej płyty oraz
czyszczenia wymiennika, ponadto bardzo
łatwo
mo˝na
zmieniç
po wierzchni´ cał kowità
wymiany ciepła
poprzez dodanie lub wy j´cie wi´kszej
iloÊci płyt. Innym rozwiàzaniem łàczenia
płyt jest ich spawa nie bàdê lutowanie
technologie
(foto 5.) – tego typu wymienniki wykorzystuje si´ głów nie do mediów agresywnych bàdê szkodliwych, poniewa˝
charakteryzujà si´ one pełnà szczelnoÊcià. Wadà tego
rozwiàzania jest wyłàcznie chemiczne czyszczenie wymiennika. Innym rozwiàzaniem wymiennika płytowego
jest wymiennik płaszczowo płytowy, którego działanie
jest identyczne jak wymiennika płytowo uszczelkowego
z tà ró˝nicà, ˝e płyty w tym wymienniku umieszczone sà
wewnàtrz płaszcza zwykle wykonanego z rury (fot. 6).
Zaletà tego wymiennika sà jego małe rozmiary oraz
mo˝liwoÊç wykonania otwieranego korpusu obudowy
– przystosowanego do czyszczenia wymiennika i/lub wymiany płyt.
Wymienniki płytowe spiralne konstruuje si´ poprzez
zwini´cie dwóch długich równoległych płyt w spiral´.
Tworzà si´ w ten sposób kanały, które mo˝na wykorzystaç do przepływu przeciwpràdowego w konfiguracji
przedstawionej na rys. 11. Spiralnie skr´cone powierzchnie sà zamocowane po bokach za pomocà
dwóch pokryw. Zimne medium wpływa z zewnàtrz wymiennika i płynie do jego punktu centralnego, podczas
gdy goràce medium wpływa do Êrodka wymiennika
i płynie w przeciwpràdzie do strumienia zimnego.
Mo˝na dobraç szerokoÊci kanału tak, aby uzyskaç odpowiednià pr´dkoÊç przepływu mi´dzy płytami. Pozwala to na uzyskanie idealnych warunków przepływu
i najmniejszà z mo˝liwych powierzchni grzewczych.
Całkowity współczynnik przenikania ciepła dla tych
urzàdzeƒ jest generalnie wy˝szy ni˝ w wymiennikach
konwencjonalnych z powodu wzmo˝onej turbulencji
pojawiajàcej si´ podczas wirujàcego przepływu medium. Ich jedynà wadà sà ograniczenia co do wysokoÊci ciÊnienia pracy instalacji.
Foto 6. Wymiennik płaszczowo płytowy. Instalacja
regeneracji glikolu. Forties Project.
Foto 5. Spawany płytowy wymiennik ciepła
05/2008
33
Gaz
technologie
Rysunek 13. Krzy˝owy wymiennik ciepła (compabloc)
Po dział wy mien ni ków ze wzgl´ du
na me cha ni zmy prze ka zy wa nia cie pła
Rysunek 12. Dwufazowy wymiennik ciepła
W
procesach
tech no lo gicz nych
wykorzystywane sà
tak˝e wymienniki,
w których temperatura jednego z czynników jest stała
– z takim przypadkiem zwykle mamy
do czynienia, je˝eli
czynnik o przepływie izobarycznym
przechodzi zmiany
fazowe. Urzàdzenia
te umo˝liwiajà dowolny
kierunek
przepływu, a przykładami tego rodzaju wymienników sà parowniki (w których zachodzi wrzenie) oraz skraplacze (w których zachodzi skraplanie).
W wymiennikach jednofazowych podczas wymiany
ciepła nie zachodzà zmiany faz czynników. Zmiana fa zy medium w trakcie procesu zachodzi z wymiennikach
dwufazowych (rys. 12).
Po dział wy mien ni ków ze wzgl´ du
na układ prze pływu
Bioràc pod uwag´ kierunek przepływu czynnika, aparaty do wymiany ciepła mo˝emy podzieliç na: współpràdowe, przeciwpràdowe i krzy˝owe.
W wymiennikach współpràdowych kierunki i zwroty
pr´dkoÊci przepływu obu czynników sà zgodne.
W wymiennikach przeciwpràdowych kierunki pr´dkoÊci przepływów czynników sà zgodne, a zwroty prze ciwne. Wymienniki przeciwpràdowe charakteryzujà si´
wi´kszà wydajnoÊcià wymiany ciepła ni˝ wymienniki
współpràdowe.
W wymiennikach krzy˝owych kierunki pr´dkoÊci
przepływów sà do siebie prostopadłe (rys. 13).
k Po d s u m o w a n i e
Podstawowe prawa opisujàce zjawiska cieplne, takie
jak równania Fouriera czy Newtona, znane sà ju˝ od
dawna. Zastosowanie w procesach przemysłowych co raz lepszych wymienników ciepła pozwala je coraz po wszechniej wykorzystywaç, wpływa na to równie˝ spadek kosztów produkcji tych urzàdzeƒ oraz coraz
nowoczeÊniejsze programy komputerowe słu˝àce do
ich doboru.
34
Nowoczesne urzàdzenia do wymiany ciepła to ju˝ nie
tylko zwykłe wymienniki z umieszczonà koncentrycznie
rurà, ale bardzo skomplikowane aparaty o ogromnych
powierzchniach grzewczych i wyrafinowanej budowie,
przy zachowaniu niedu˝ych wymiarów. MnogoÊç rozwiàzaƒ konstrukcyjnych umo˝liwia dostosowanie wymienników niemal˝e do ka˝dych warunków pracy, zarówno pod wzgl´dem wymaganej powierzchni
grzewczej, materiałów konstrukcyjnych, gabarytów jak
i ceny.
LITERATURA
[1] GPSA: Engineering data book. Vol. 1.
[2] John M. Campbell: Gas conditioning and processing. Vol. 2.
[3] ASME Boilers and Pressure Vessels Code, Section VIII, Pressure
Vessels, Division 1, Unfired Pressure Vessels, Parts UG-125 to 136,
Pressure Relief Devices.
[4] Standards of the Tubular Exchanger Manufacturers Association.
[5] API STD 660, Heat Exchangers for General Refinery Service.
[6] API STD 661, Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Service.
[7] Materiały zawarte w broszurach firmy Alfa Laval.
[8] Materiały zawarte w broszurach firmy Spirax Sarco.
mgr in˝. Cezary Pokrzywniak, PBG S.A.,
[email protected]
mgr in˝. Leszek Kulawski, PBG S.A.,
[email protected]
05/2008