Почему в теплообменниках используются гофрированные трубы?

Перевод статьи Мэтта Хэйла, Директора по Международным продажам и Маркетингу HRS Heat Exchange, опубликованной в Manufacturing Chemist

На рынке представлено множество теплообменников, на для многих приложений гофрированные трубки остаются более предпочтительными по сравнению с гладкими. Мэтт Хэйл, Директор по Международным продажам и Маркетингу HRS Heat Exchange, объясняет, почему это так.

Использование в теплообменниках гофрированных трубок вроде этих имеет ряд преимуществ

Фото Manufacturing Chemist

В то время как пластинчатые теплообменники всё еще, как правило, используются для слабовязких жидкостей, таких как вода, молоки и некоторые лёгкие масла, для большинства других применений выбор трубчатых теплообменников является предпочтительным. Существует много различный типов трубчатых теплообменников, такие как устройства с кольцевым зазором, двухтрубные и многотрубные, однако наибольшее влияние на эффективность оказывает не конфигурация, а тип используемых трубок – гофрированные трубки более эффективно передают тепло, чем гладкие, и имеют ряд других преимуществ.

Повышенная эффективность

Одно из преимуществ гофрированных трубок состоит в том, что они не дают вязким жидкостям и суспензиям образовать пограничный теплоизолирующий слой на поверхности трубки

Фото Manufacturing Chemist

Когда жидкость течёт по трубке, на её прохождение влияет несколько факторов, таких как давление, природа жидкости (степень её вязкости) и конструкция стенки трубки. В гладкой трубке, жидкости обычно текут ровным потоком, в котором частицы, составляющие жидкость, не сталкиваются друг с другом. Это известно как ламинарное течение. Однако, когда ровное течение нарушается, в жидкости появляются области малых завихрений и возникает турбулентность. По этой причине такой поток получил название турбулентного.

Турбулентность делает трубчатые теплообменники более эффективными, предотвращая прилипание вязких материалов к стенке трубки, где они могут действовать как теплоизоляция и предотвращать эффективную передачу тепла (формируя пограничный слой). Она также предотвращает выпадение материалов в суспензии из несущей жидкости, оказывающее аналогичное действие. Это главное преимущество гофрированных труб.

Меньшая занимаемая площадь

Поскольку гофрированная трубка имеет повышенную интенсивность теплопередачи по сравнению с гладкой трубкой той же длины, теплообменник можно сделать меньше. Например, если гофрирование увеличивает теплопередачу на 10% по сравнению с гладкой трубкой, то устройство может быть сделано на 10% короче, чем с эквивалентной гладкой трубкой, обеспечивая при этом ту же производительность. Повышенная тепловая эффективность – которая может быть в три раза выше, чем у гладкотрубного теплообменника – также означает, что для достижения того же уровня теплопередачи требуется меньше места. Таким образом, в зависимости от области применения, теплообменник с гофрированной трубкой может быть вдвое меньше своего аналога с гладкой трубкой. Именно поэтому теплообменники HRS обычно предназначены для случаев, когда пространство для их установки ограниченно.

Теплообменники с гофрированными трубками, использованные для замены спиральных устройств на этой водоочистной станции.

Большая продолжительность рабочих циклов

Теплообменники с гофрированными трубками, использованные для замены спиральных устройств на этой водоочистной станции.

Фото Manufacturing Chemist

Предотвращение образования пограничного слоя в трубке не только повышает тепловую эффективность теплообменника, но и сокращает время простоя, необходимое для удаления этого слоя. Таким образом, время работы между циклами очистки обычно намного больше для гофрированных трубок, чем для гладких, что еще больше повышает общую эффективность процесса.

Проще обслуживание и очистка

Для некоторых типов вязких материалов, гофрированная трубка обеспечивает достаточную турбулентность, чтобы предотвратить необходимость механического перемешивания, как, например, в скребковых теплообменниках или устройствах с приводным винтом. При отсутствии движущихся частей, гофрированная трубка гораздо легче чистится и обслуживается, а также может быть более надежной, чем теплообменник с очищаемой поверхностью (скребковый), хотя есть области применения, где скребковый теплообменник является лучшим вариантом.

В совокупности, преимущества гофрированных трубок весьма значительны. Настолько, что в HRS Heat Exchangers мы не используем гладкие трубки в наших нескребковых трубчатых теплообменниках. Повышенная эффективность теплопередачи, особенно при повышенных скоростях потока, означает, что требуется меньшая площадь теплопередачи, поэтому мы можем производить более короткие и компактные конструкции, которые также дешевле в производстве.