Úvod do problematiky výmenníkov tepla para-voda
Využitie prehriatej pary ako teplonosného média je v priemyselných aplikáciách bežné, najmä pri ohreve tekutín. Vo výmenníku para-voda dochádza ku kondenzácii pary, pričom para odovzdáva svoje kondenzačné teplo ohrievanej kvapaline. Kondenzát sa následne môže vrátiť do parného procesu. Para je obzvlášť vhodná ako teplonosné médium na ohrev tekutín. Tlak pary možno použiť na obmedzenie maximálnej teploty, aby sa citlivé kvapaliny mohli bezpečne zohriať.
Princíp a konštrukcia výmenníkov tepla
Ako výmenníky tepla sa používajú napríklad zväzky rúrok. Vykurovacia para v plášti potrubia a studená voda v potrubiach sú nasmerované proti sebe navzájom. Vykurovacia para pritom odovzdáva časť svojej tepelnej energie studenej vode. Ohriata voda prúdi do zásobníka, kde je k dispozícii na odber.
Základným prvkom trenažéra WL 315.01 je rúrkový výmenník tepla, ktorý sa používa na štúdium konvekčného prenosu tepla medzi parou a vodou. Vykurovacia para v plášti potrubia a studená voda v potrubiach sú nasmerované proti sebe navzájom. Vykurovacia para pritom odovzdáva časť svojej tepelnej energie studenej vode. Ohriata voda prúdi do zásobníka, kde je k dispozícii na odber.
V parnom potrubí za rúrkovým výmenníkom tepla sa nachádza odlučovač kondenzátu a druhý malý výmenník tepla ako kondenzátor na kondenzáciu bleskovej pary. Množstvo privádzanej pary je regulované termostatickým ventilom tak, aby teplota vody v zásobníku teplej vody bola na požadovanej teplote. Paralelne s termostatickým ventilom a uzatváracím ventilom môže byť vykurovacia para ručne vedená do rúrkového výmenníka tepla pomocou ručného ventilu. Prietok v okruhu studenej vody je nastaviteľný.
Sitko na vstupe vykurovacej pary chráni pred hrubými časticami v parných trubiciach. Zásobník teplej vody je vybavený poistným ventilom na ochranu systému pred pretlakom. Meraním teplôt, tlakov, prietoku a množstva kondenzátu je možné určiť energiu, účinnosť a celkový súčiniteľ prestupu tepla. Vykurovacia para je dodávaná pomocou príslušenstva WL 315.02.
Špecifikácia trenažéra WL 315.01
- Plášťový a rúrkový výmenník tepla na štúdium konvekčného prenosu tepla medzi parou a vodou v protiprúde
- Objem pary ovládaný termostatickým ventilom
- Prídavný ručný ventil na privádzanie vykurovacej pary do plášťového výmenníka tepla
- Presné určenie objemu pary meraním objemu kondenzátu
- Poistný ventil v zásobníku teplej vody pre bezpečnú prevádzku
- Meranie teplôt, tlakov, prietoku a objemu kondenzátu
- Zásobovanie vykurovacou parou od WL 315.02
Technické dáta trenažéra WL 315.01
| Parameter | Hodnota |
|---|---|
| Typ výmenníka | Plášťový a rúrkový výmenník tepla |
| Teplovýmenná plocha | 0,178 m² |
| Výkon | 14,6 kW |
| Rúrky | 12x, nerez Ø 12 mm |
| Dĺžka rúrok | 0,605 m |
| Spotreba pary | 13 kg/hod |
| Max. tlak nasýtenej pary | 7 bar |
| Rozsah termostatu ovládania pary | 50…120 °C |
| Objem odmerky na kondenzát | 250 ml |
| Meracie rozsahy prietok | 40…400 L/h |
| Meracie rozsahy teplota | 3x 0…120 °C, 2x 0…160 °C |
| Meracie rozsahy tlak | 1x -1…9 bar, 2x 0…4 bar |
| Rozmery (D x Š x V) | 1010 x 610 x 1630 mm |
| Hmotnosť | cca. 70 kg |
Materiály a konštrukčné tlaky
Konštrukčný tlak väčšiny výmenníkov SWEP triedy M-medium je približne 20 bar pri teplote 225 °C. Pri výbere materiálu pre výmenníky je dôležité zohľadniť tlaky a materiály. Hrúbka steny rúrok je najčastejšie 0,4 až 0,6 mm. Materiál je štandardne AISI 316. V prípade, že médium neobsahuje agresívne látky ako chloridy či fluoridy, často možno vybrať lacnejšiu oceľ AISI 304. Dôležitým faktorom je aj kvalita spájky. Tá môže reagovať s niektorými médiami.
Regulácia a prevádzkové aspekty
Regulácia prietoku pary je kľúčová pre správne fungovanie výmenníka. Nesprávne navrhnutý regulačný ventil môže spôsobovať prudké otváranie a zatváranie prietoku, čím dochádza k veľkým teplotným zmenám a napätiu v materiáli výmenníka, čo výrazne skracuje jeho životnosť. Pre plynulú reguláciu sa často používa systém regulácie zaplavovaním výmenníkov, ktorý umožňuje riadiť množstvo pary (zmenou tlaku).
Pri spustení alebo kolísaní zaťaženia môže dochádzať k namáhaniu výmenníka, najmä pri teplotných alebo tlakových rázoch. Preto je dôležité, aby sa ventil pary otváral pomaly. Pred výmenník je vhodné umiestniť odvzdušňovací ventil a prerušovač vákua (zavdušňovač).
Vo výmenníku nesmie zostať zvyškový kondenzát, pretože môže poškodiť materiál. Kondenzát sa môže správať ako brusivo a znižovať životnosť výmenníka. Na jeho odstránenie sa odporúča umiestniť separátor vlhkosti a výmenník proti poškodeniu kvapôčkami kondenzátu. Tomu sa dá predchádzať napríklad správnym zapojením výmenníka.
Ohrievaný okruh sa obvykle zapája do protiprúdu, tzn. zvyčajne zapája v protiprúdovom usporiadaní. Toto usporiadanie zabezpečuje efektívnejší prenos tepla. Vzduchotechnika a rôzne technológie môžu využívať výmenníky tepla, alebo je možné kombinovať ich so zásobníkom teplej vody.
How does a thermostatic mixing valve work?
Doskové výmenníky tepla
Skladané výmenníky ARES namiesto spájky používajú gumové tesnenie. Tieto výmenníky je možné rozobrať na účely čistenia, opráv alebo rozšírenia. Výber konkrétneho typu doskového výmenníka závisí od použitých médií a prevádzkových teplôt. Na trhu existuje mnoho výrobcov, pričom obstarávacia cena doskových výmenníkov býva často polovičná aj nižšia v porovnaní s inými typmi.
Označenie "theta" opisuje usporiadanie kanálikov medzi doskami. Doskové výmenníky s týmto usporiadaním dosahujú najvyššiu účinnosť pre prenos tepla, ale zároveň vykazujú aj väčšie tlakové straty. Tvar a počet dosiek sa vyberá pomocou špecializovaného softvéru od výrobcu. Pre efektívnu konfiguráciu si vyžiadajte návrh od odborníkov.
Užívatelia pre inštalácie spravidla volia vonkajší závit alebo príruby. Pretože vývody nie sú podľa štandardu DIN/ISO, SWEP dodáva aj protipríruby. Výmenníky sú dostupné s mnohými druhmi vývodov, napríklad zváracie vývody, Victaulic a ďalšie.
