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Fester Rohrbodenwärmetauscher

Ein fester Rohrbodenwärmetauscher ist eine Art Wärmetauscher, der hauptsächlich aus Komponenten wie einem Mantel, einem Rohrboden, einem Rohrbündel und einer Kopfabdeckung besteht. Die Rohrböden an beiden Enden des Wärmetauschers mit festem Rohrboden sind zur festen Verbindung mit dem Mantel verschweißt.

Description

Fester Rohrboden-Wärmetauscher

Ein Wärmetauscher mit festem Rohrboden ist ein Wärmetauschertyp, der hauptsächlich aus Komponenten wie Mantel, Rohrboden, Rohrbündel und Kopfdeckel (auch Endkappe genannt) besteht. Die Rohrböden an beiden Enden des Wärmetauschers mit festem Rohrboden sind zur festen Verbindung mit dem Mantel verschweißt. Die Wärmetauscherrohre können entweder glatte Rohre oder Rohre mit niedrigen Rippen sein. Seine Struktur ist einfach, die Herstellungskosten sind niedrig, er ermöglicht einen kleineren Manteldurchmesser und das Rohrbündel kann in verschiedene Abschnitte unterteilt werden. Die Mantelseite kann auch mithilfe von Längsleitblechen in mehrere Abschnitte unterteilt werden, wodurch er in technischen Anwendungen weit verbreitet ist.

Inhaltsverzeichnis

1. Aufbau des Festrohrplatten-Wärmetauschers

2. Dehnungsfugen des Wärmetauschers mit festem Rohrboden

3. Anzahl der Rohrdurchgänge im Festrohrplatten-Wärmetauscher

4. Hauptmerkmale des Wärmetauschers mit festem Rohrboden

Aufbau des Wärmetauschers mit festem Rohrboden

Abbildung 1 zeigt den typischen Aufbau eines Wärmetauschers mit festem Rohrboden. Wie in Abbildung 1 gezeigt, ist der Rohrboden des Wärmetauschers mit festem Rohrboden an den Mantel geschweißt und kann nicht vom Mantel abmontiert werden. Der Vorteil dieses Wärmetauschertyps ist sein relativ einfacher und kompakter Aufbau, seine geringen Kosten und seine weite Verbreitung. Der Nachteil ist jedoch, dass die Rohraußenseite nicht mechanisch gereinigt werden kann und die Flüssigkeit auf der Mantelseite sauber und kalkbeständig sein muss bzw. nicht zur Korrosion des Mantels neigt. Der Temperaturunterschied zwischen den heißen und kalten Flüssigkeiten innerhalb und außerhalb der Rohre verursacht einen Wärmeausdehnungsunterschied und damit thermische Spannungen. Diese Spannungen, auch als thermische Differenzspannungen bekannt, können zu Undichtigkeiten an den Verbindungen zwischen Rohr und Rohrboden oder sogar zum Ablösen der Rohre vom Rohrboden führen und so den gesamten Wärmetauscher beschädigen.

Dehnungsfugen von Wärmetauschern mit festem Rohrboden

Das Merkmal von Dehnungsfugen, die thermische Differenzspannungen ausgleichen, ist ihre einfache Struktur. Wenn die Kompensationskapazität einer einzelnen Wellendehnungsfuge nicht ausreicht, können mehrwellige Dehnungsfugen verwendet werden. Die Anzahl der Wellen in der Dehnungsfuge sollte jedoch 6 nicht überschreiten. Um eine gute Elastizität zu gewährleisten, werden in der Fertigung häufig dünne Edelstahlplatten mit einer Dicke von 1–3 mm verwendet. In Hochdrucksituationen wird häufig eine Dehnungsfuge vom Balgtyp (mit Schutzabdeckung) verwendet, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Durch die Schutzhülle kann der Kompensator nicht nur einem höheren Druck standhalten, sondern sie verhindert auch seitliche Verformungen, sodass der Kompensator bei Druckbeaufschlagung nicht verbogen wird und somit ein Versagen vermieden wird.

Im Allgemeinen sollten feste Rohrplattenwärmetauscher mit Dehnungsfugen verwendet werden, wenn der Temperaturunterschied zwischen Rohrwand und Mantelwand unter 60–70 °C liegt und der Flüssigkeitsdruck auf der Mantelseite nicht hoch ist. Wenn der Druck auf der Mantelseite 0,6 MPa übersteigt, kann ein höherer Druck zu dickeren Balgwänden führen, was die Elastizität verringert und folglich die Wirksamkeit der thermischen Differenzkompensation mindert. In solchen Fällen sind möglicherweise andere Arten von Wärmetauschern, wie z. B. Wärmetauscher mit schwimmendem Kopf, besser geeignet.

Anzahl der Rohrdurchgänge im Wärmetauscher mit festem Rohrboden

Wärmetauscher mit festen Rohrplatten gibt es in zwei Bauarten: mit Einzelrohrdurchgang und mit mehreren Rohrdurchgängen. Bei Wärmetauschern mit mehreren Rohrdurchgängen sind an einem oder beiden Enden des Wärmetauschers Leitbleche im Rohrkasten installiert, sodass die Flüssigkeit jeweils nur durch einen Satz Wärmeaustauschrohre fließen kann und den Wärmetauscher am Ende verlässt. Jeder Satz Wärmeaustauschrohre, durch den die Flüssigkeit fließt, wird als Rohrdurchgang bezeichnet. Die Gesamtzahl der Sätze von Wärmeaustauschrohren wird als Anzahl der Rohrdurchgänge bezeichnet. Bei einer geraden Anzahl von Rohrdurchgängen sind sowohl der Einlass als auch der Auslass der Rohrdurchgangsflüssigkeit am gleichen Ende des Wärmetauschers installiert, wie in Abbildung 3 gezeigt. Bei einer ungeraden Anzahl von Rohrdurchgängen sind der Einlass und der Auslass der Rohrdurchgangsflüssigkeit an gegenüberliegenden Enden des Wärmetauschers installiert, wie in Abbildung 4 gezeigt.

Wärmetauscher mit einer geraden Anzahl von Rohrdurchgängen sind im Allgemeinen einfacher herzustellen, zu betreiben und zu warten, weshalb sie häufiger verwendet werden. Übliche Anzahlen von Rohrdurchgängen sind 2, 4 und 6. Wärmetauscher mit einer ungeraden Anzahl von Rohrdurchgängen werden, mit Ausnahme von Wärmetauschern mit einem Durchgang, selten verwendet. Während mehrere Rohrdurchgänge die Flüssigkeitsgeschwindigkeit in den Rohren erhöhen und die Wärmeübertragungseffizienz verbessern können, führen sie auch zu erhöhten Reibungsverlusten und lokalen Widerstandsverlusten am Einlass und Auslass; die Leitbleche nehmen eine größere Rohroberfläche ein; und die Konstruktion ist komplexer, was Installation, Demontage und Reinigung schwieriger macht. Daher sollte die Anzahl der Rohrdurchgänge nicht zu hoch sein. Wärmetauscher mit einem Rohrdurchgang und festem Rohrblech sind nicht nur einfach herzustellen, zu betreiben und zu warten, sondern haben auch den Vorteil, dass sie eine reine Gegenstrom-Wärmeübertragung erreichen. Dies bedeutet, dass die Strömungsrichtung der Mantelseitenflüssigkeit entgegengesetzt zu der der Rohrdurchgangsflüssigkeit ist, was zu einer deutlich höheren Wärmeübertragungseffizienz im Vergleich zu anderen Wärmetauschern mit gleichzeitigem oder gemischtem Fluss führt. Daher sollten die einzigartigen Eigenschaften von Wärmetauschern mit einem Rohrdurchgang und festem Rohrblech bei ihrer Konstruktion und Auswahl berücksichtigt werden.

Hauptmerkmale des Wärmetauschers mit festem Rohrboden

Ein Wärmetauscher mit festem Rohrboden besteht hauptsächlich aus Komponenten wie Mantel, Rohrboden , Rohrbündel und Kopfdeckel (Endkappe). Innerhalb des runden Mantels sind parallele Rohrbündel eingebaut, wobei die Enden der Rohrbündel durch Schweißen oder Aufweitverfahren am Rohrboden befestigt werden. Die beiden Rohrböden sind direkt mit dem äußeren Mantel verschweißt und der Kopfdeckel mit den Zu- oder Ablaufrohren ist mit Bolzen mit den Enden des Mantels verbunden. Zu seinen Merkmalen gehören ein einfacher Aufbau, keine mantelseitigen abgedichteten Verbindungen, die Möglichkeit, eine maximale Anzahl von Rohren bei gleichem Manteldurchmesser unterzubringen, minimale Bypässe im Durchfluss durch Leitbleche und die Möglichkeit, das Rohrbündel in eine beliebige Anzahl von Durchgängen aufzuteilen. Da die beiden Rohrböden sich gegenseitig durch die Rohre stützen, ist der Rohrboden bei diesem Wärmetauschertyp der dünnste und die Kosten am niedrigsten, weshalb er weit verbreitet ist.

Der Nachteil dieses Wärmetauschers ist die schwierige Reinigung der Mantelseite und das Vorhandensein von thermischen Differenzspannungen. Wenn zwischen den beiden Flüssigkeiten ein erheblicher durchschnittlicher Temperaturunterschied besteht oder wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der Materialien von Mantel und Wärmeaustauschrohr erheblich abweicht, was zu einer thermischen Spannung führt, die die zulässige Materialspannung überschreitet, müssen Dehnungsfugen am Mantel installiert werden. Aufgrund der begrenzten Festigkeit der Dehnungsfuge darf der Druck auf der Mantelseite nicht zu hoch sein. Dieser Wärmetauschertyp eignet sich für Situationen, in denen der Temperaturunterschied zwischen zwei Medien nicht groß ist oder wenn der Temperaturunterschied erheblich ist, der Druck auf der Mantelseite nicht hoch ist und das Medium auf der Mantelseite sauber und beständig gegen Ablagerungen ist.