Industriella värmeväxlare
Användningen av värmeväxlare, korrekt valda och utformade, i industriella processer är av avgörande betydelse för industrin för att säkerställa energieffektivitet och låg miljöpåverkan. Värmeväxlare överför energi mellan två olika medier. Dessa medier kan vara vätskor, gaser, bifasiska och i vissa fall även vätskor som innehåller stora mängder fasta partiklar. Industriella värmeväxlare spelar en central roll inom processindustrin i tillämpningar för värmeåtervinning, uppvärmning, kylning, kondensering och förångning etc.
Vad är värmeväxlare?
En värmeväxlare är en apparat som överför värmeenergi från ett medium till ett annat. Ett av medierna, med högre temperatur (ofta kallat varmt medium), avger värmeenergi och sänker sin temperatur medan det andra mediet, med en kallare temperatur (ofta kallat kallt medium) än det varma mediet, tar emot värmeenergi och därmed höjer sin temperatur.
I vissa fall kan värmeöverföringen ske i direktkontakt där medierna blandas medan energiöverföringen sker, till exempel i kondensorer med direktkontakt.
Oftast är det nödvändigt att hålla medierna åtskilda för att undvika blandning och därmed kontaminering mellan dem. I dessa fall är det nödvändigt att hitta en korrekt teknisk lösning som ger en bra värmeöverföring och ett rimligt tryckfall samtidigt som man tar hänsyn till potentiell nedsmutsning, eventuell korrosion från media eller miljö, samt ekonomiska aspekter som initialinvestering (CAPEX) och driftskostnader (OPEX). Det finns flera olika typer av värmeväxlare på marknaden och valet av rätt typ är av avgörande betydelse för den totala energi- och driftseffektiviteten för att minimera miljöpåverkan och livstidskostnaden för processen och apparaten. Några av de vanligaste värmeväxlartyperna är - Tubvärmeväxlare; - Packingsförsedda Plattvärmeväxlare; - Tubvärmeväxlare med korrugerade rör; – Svetsade plattvärmeväxlare; – Spiralvärmeväxlare; - Lamellvärmeväxlare, etc.
Industriella värmeväxlare
Industriella värmeväxlare är konstruerade för att uppfylla kraven i den process där de ska användas, ofta i en skräddarsydd lösning. Många faktorer måste beaktas för ett korrekt val beroende på typ av media och deras fysiska egenskaper, flödeshastigheter, temperaturer, tryck, tillåtet tryckfall, potentiell nedsmutsning och eventuella korrosiva media eller miljö.
- Storlek och kapacitet: Industriella värmeväxlare är normalt skräddarsydda för en specifik tillämpning. Storlek och kapacitet beror på konstruktionsförhållandena, från mycket små enheter med små anslutningar, DN25, och lågtrycksvärden och storlekar långt under 1 m och 50 kg till enorma enheter med stora anslutningar, DN650, och mycket högtrycksvärden och storlekar beroende på typ över 20 m och flera 10-tals ton.
- Material: Industriella värmeväxlare tillverkas ofta av korrosionsbeständiga material, såsom olika rostfria stålkvaliteter, duplex- eller superduplexstål, SMO, titan etc. för att klara tuffa processmiljöer och korrosiva medier. Om värmeväxlaren använder packningar måste dessa också vara korrekt valda för att klara driftstemperaturer och vara kompatibla med de medier som används.
- Design: Konstruktionen av industriella värmeväxlare är optimerad för att uppfylla industrins behov för den specifika applikationen, inklusive - hög värmeöverföringskapacitet, - tryck- och temperaturbeständighet, - rimlig flödeshastighet och tryckförlust, - eventuella korrosions- och igensättningsfaktorer, - materialdefinitioner, - typ av värmeväxlare, - enkelt underhåll och rengöring etc.
Typer av industriella värmeväxlare
Flera olika typer av värmeväxlare kan användas i industriella processer. Valet av den lämpligaste kan ibland vara en utmaning på grund av specifika processparametrar som flödeshastigheter, höga temperaturer och/eller tryck, korrosiva eller nedsmutsande medier, krav på fotavtryck, rengöringsbehov och stilleståndstid för underhåll, reservdelsbehov, hållbarhet och förväntad livslängd etc. Några av de värmeväxlartyper som Erivac kan erbjuda är
Packingsförsedda Plattvärmeväxlare
Packningsförsedda Plattvärmeväxlare är en typ av värmeväxlare som ofta används i industriella processapplikationer där temperaturer och tryck är relativt låga. Korrugerade plattor separeras av packningar som skapar en flerkanalig passage för mediet. Medierna, som separeras av plattorna, strömmar normalt i motström. Plattpaket med packningar är monterade i ramar.
Egenskaper och fördelar hos Packingsförsedda Plattvärmeväxlare:
- Effektiv värmeöverföring: Små kanalavstånd och korrugerade plåtar ger bra flödeshastigheter och hög turbulens för höga värmeöverföringskoefficienter och effektiv värmeöverföring. Mycket tunn platt-tjocklek ger mycket god värmeöverföring mellan varma och kalla mediet.
- Kompakt design: Packingsförsedda Plattvärmeväxlare har en kompakt design tack vare höga värmeöverföringskoefficienter och tar mindre plats jämfört med andra typer av värmeväxlare, vilket kan vara en fördel i vissa industrimiljöer.
- Relativt enkel rengöring och underhåll: Plattvärmeväxlare är monterade på ramar där plattorna och mellanliggande packningar är installerade. Bultar håller ihop plattpaketet, plattorna och packningarna, med ett specifikt vridmoment för att undvika läckage. Dessa bultar kan lossas för att separera plattorna för rengöring och byte av packningar samt eventuellt utbyte av plattor för att bibehålla värmeväxlarens prestanda över tid.
Svetsade plattvärmeväxlare
Svetsade plattvärmeväxlare är en typ av värmeväxlare som används i industriella processapplikationer, ofta för halvsmutsiga eller viskösa medier eller när temperaturen eller trycket är högre än vad som är tekniskt möjligt för packade plattor. Oftast används korrugerade plattor som svetsas samman och skapar en flerkanalig passage för mediet. Medierna, som separeras av plattorna, flödar normalt i korsflöde / motström (när mer än en passage används). Det svetsade plattpaketet kan monteras i skal - Plate and Shell Heat Exchangers - eller i ramar med lock på varje sida som bildar ett block - Block Heat Exchangers.
Egenskaper och fördelar hos svetsade plattvärmeväxlare:
- Effektiv värmeöverföring: Relativt små kanalavstånd (större än för konventionella packade plattor) och korrugerade plattor säkerställer goda flödeshastigheter och hög turbulens för höga värmeöverföringskoefficienter och effektiv värmeöverföring. Den relativt tunna platt-tjockleken säkerställer god värmeöverföring mellan varma och kalla medier.
- Kompakt design: Svetsade plattvärmeväxlare har en kompakt design tack vare höga värmeöverföringskoefficienter och tar mindre plats jämfört med andra typer av värmeväxlare, vilket kan vara en fördel i vissa industrimiljöer.
- Enkel rengöring och underhåll: Svetsade plattvärmeväxlare och i synnerhet blockvärmeväxlare är lätta att rengöra och kräver endast ett minimum av reservdelar. Bultar säkrar sidopanelerna till ramen med plattpaketet. Dessa bultar kan lossas för att få åtkomst till plattpaketet från båda sidor, för vart och ett av de två medierna, för enkel rengöring och byte av packningar för de fyra sidopanelerna för att bibehålla värmeväxlarens prestanda över tid.
- Låg driftskostnad: Lägre rengöringsfrekvens på grund av större kanalavstånd och lägre behov av reservdelar än för Packingsförsedda Plattvärmeväxlare ger låga driftskostnader.
- Mycket robust konstruktion: Korrekt tillverkning, tjockare plattmaterial, patent för mekanisk konstruktion tillsammans med svetsning med extra material säkerställer en mycket robust konstruktion och lång livslängd för dessa svetsade plattväxlare (blocktyp), även för applikationer med frekventa förändringar i temperatur och/eller tryck.
- Motståndskraftig mot kontaminering: Den robusta svetsade konstruktionen minskar risken för läckage från en mediesida till den andra.
Spiralvärmeväxlare
Spiralvärmeväxlare är en typ av värmeväxlare som ibland används i industriella processapplikationer, för smutsning eller viskösa medier, medier med betydande solidinnehåll, när temperatur eller tryck är mycket höga, högre än tekniskt möjligt för Packingsförsedda Plattvärmeväxlare eller Svetsade Plattvärmeväxlare.
Spiralvärmeväxlare har en unik enkanalig konstruktion med två plåtar med dubbar, för att skapa kanalavstånd, lindade runt en cylindrisk kärna till en spiralform. Plåtarna svetsas samman på ett sådant sätt att medierna separeras från varandra och kanalerna är åtkomliga från en sida för varje medium. Spiralens sidor är förslutna med tunga cirkulära sidopaneler. Flödesregimen är normalt motströms. Tack vare den unika enkanalsdesignen har dessa värmeväxlare en självrengörande effekt.
Egenskaper och fördelar hos Spiralvärmeväxlare:
- Effektiv värmeöverföring: Den unika kanalkonfigurationen i en spiral i kombination med god design med hänsyn till tryckfall och flödeshastighet ger hög turbulens och därmed goda värmeöverföringskoefficienter och effektiv värmeöverföring.
- Kompakt design: Spiralvärmeväxlare har en kompakt design jämfört med motsvarande tubvärmeväxlare, tack vare höga värmeöverföringskoefficienter och därmed ett mindre fotavtryck.
- Enkel rengöring och underhåll: Spiralvärmeväxlare är lätta att rengöra och kräver endast ett minimum av reservdelar. Bultar håller fast de två sidopanelerna i spiralkroppen. Dessa bultar kan lossas för att få åtkomst till spiralkanalerna från båda sidor, normalt en sida för vart och ett av de två medierna, för enkel rengöring och byte av packningar för de 02 sidopanelerna för att bibehålla värmeväxlarens prestanda över tid.
- Självrengörande effekt: Den unika kanalkonfigurationen med endast en, ibland två, kanaler för varje media ger en unik självrengörande effekt. När påväxt börjar uppstå vid någon punkt i kanalen kommer den transversella ytan vid den punkten att minska, vilket leder till en ökning av hastighet och turbulens vid den punkten. Med ökad lokal turbulens kan smuts/påväxt ofta spolas bort. Spiralplattvärmeväxlarens självrengörande effekt resulterar i längre drifttid innan de behöver rengöras, antingen med CIP eller öppnas för mekanisk rengöring med högtryckstvätt.
- Låg driftskostnad: Lägre rengöringsfrekvens tack vare större kanalavstånd samt den tidigare nämnda självrengörande effekten och lägre behov av reservdelar än för andra typer av värmeväxlare säkerställer mycket låga driftskostnader.
- Mycket robust konstruktion: Korrekt tillverkning, tjockare plattmaterial, patent för mekanisk konstruktion tillsammans med utmärkt svetskvalitet säkerställer en mycket robust konstruktion och lång livslängd för dessa Spiralvärmeväxlare, även för applikationer med frekventa förändringar i temperatur och/eller tryck.
- Motståndskraftig mot kontaminering: Den robusta svetsade konstruktionen minskar risken för läckage från en mediesida till den andra.
Tubvärmeväxlare med korrugerade rör
Värmeväxlare med korrugerade rör är särskilt användbara för industriella processer som involverar värmeöverföring för uppslamningar och partikelformiga vätskor. Dessa värmeväxlare består av två koncentriska rör, där det ena eller båda rören kan vara korrugerade.
Egenskaper och fördelar hos värmeväxlare med korrugerade rör:
- Effektiv värmeöverföring: Rörens korrugering i kombination med god design med hänsyn till tryckfall och flödeshastighet ger hög turbulens och därmed goda värmeöverföringskoefficienter och effektiv värmeöverföring.
- Hantering av partikelformiga vätskor: Den korrugerade rörkonstruktionen gör att värmeväxlaren kan hantera medier med hög viskositet eller som innehåller partiklar, fibrer eller andra partikelformiga material utan risk för igensättning eller blockering.
Tillämplighet i specifika branscher: Värmeväxlare med korrugerade rör används ofta i industrier som bearbetar slam eller partikelformiga vätskor, t.ex. livsmedelsindustrin och kemiska processer.
Tubvärmeväxlare med Lindad Spiral
Tubvärmeväxlare med lindad spiral är en av de mest avancerade, effektiva och energibesparande storskaliga värmeväxlingsutrustningarna i världen.
Den har inte bara fördelarna med hög värmeöverföringseffektivitet, kompakt struktur och låg vikt hos plattvärmeväxlare, men har också fördelarna med motståndskraft mot högt tryck och höga temperaturer, god tätningsprestanda, säkerhet och tillförlitlighet hos mantlade tubvärmeväxlare.
Med tanke på den nuvarande situationen med global vatten- och energibrist har denna produkt bred tillämpning i industrier med stor energi- och kylvattenförbrukning.
- Kompakt konstruktion och litet fotavtryck. Värmeväxlare med spirallindade rör är vanligtvis placerade vertikalt och upptar bara en tiondel av ytan hos vanliga värmeväxlare med skal och rör.
- Vanliga tubvärmeväxlare begränsas av rörlängd och transport och har en maximal värmeväxlararea på 3 000 m², medan tubvärmeväxlare med lindad spiral har en maximal värmeväxlararea på 25 000 m² per enhet.
- Upp till 8 olika medier kan värmas, kondenseras eller kylas samtidigt.
- Den specifika utformningen av våra Tubvärmeväxlare med Lindad Spiral gör dem extremt robusta och de kan hantera mycket större temperatur- och tryckskillnader än andra värmeväxlartyper.
- Värmeväxlartuberna i denna högeffektiva värmeväxlare har en spiralformad struktur, vilket är detsamma som att använda otaliga expansionsfogar i värmeväxlaren. Värmeväxlartuberna kan expandera fritt när de utsätts för temperaturförändringar.
- En mycket låg temperaturskillnad mellan media kan uppnås, vilket effektivt kan återvinna mer värme. De spirallindade värmeväxlartuberna är 4 till 6 gånger längre än längden på mantelsidan. Temperaturskillnaden mellan media för vanliga mantlade tubvärmeväxlare är i allmänhet ca 40°C, medan temperaturskillnaden mellan media för Tubvärmeväxlare med Lindad Spiral kan vara inom 5°C.
- Mediet på tubsidan stannar kvar i värmeväxlartubknippet under en längre tid, vilket gör att kondenseringen kan bli mer fullständig.
- På grund av tubernas spiralformade design måste mediet på tubsidan kontinuerligt ändra riktning, vilket ökar det turbulensen på mediet. Detta ökar värmeöverföringseffektiviteten och minskar värmeväxlingsytan. Jämfört med vanliga mantlade tubvärmeväxlare kan Tubvärmeväxlare med Lindad Spirals värmeöverföringskoefficient ökas upp till 6 gånger.
Slutsats
Industriella värmeväxlare spelar en avgörande roll i olika branscher genom att möjliggöra effektiv värmeöverföring mellan medier. Det finns flera typer av industriella värmeväxlare och de skiljer sig från varandra när det gäller storlek/kompakthet/fotavtryck, tillgängliga konstruktionsmaterial, temperatur- och tryckbeständighet, robusthet, mekanisk konstruktion, reservdelsbehov, tillgänglighet och rengörbarhet, driftsäkerhet och underhållsfrekvens etc. Varje typ är optimerad för sina industriella behov och processtillämpningar. Med de olika typer av värmeväxlare som finns tillgängliga, såsom Packingsförsedda Plattvärmeväxlare, Svetsade Plattvärmeväxlare, Tubvärmeväxlare, Spiralvärmeväxlare och Tubvärmeväxlare med Korrugerade Rör, etc., kan industrin välja den som passar bäst för deras specifika tillämpningar.
Genom att använda effektiva och tillförlitliga värmeväxlare kan industrier uppnå hög energieffektivitet, kostnadsbesparingar och en optimerad produktionsprocess. Att förstå skillnaderna och fördelarna med olika typer av värmeväxlare är viktigt för att välja rätt eller bästa möjliga lösning som passar de specifika behoven och kraven i branschen och dess processtillämpningar samt med hänsyn till initialinvestering (CAPEX) och driftskostnader (OPEX) och värmeväxlarnas förväntade livslängd etc.