Спіральні теплообмінники
Спіральні теплообмінники використовують для нагрівання або охолодження рідин та газів. Вони можна організувати як протиточний, і прямоточний рух теплоносіїв по плавному криволінійному каналу прямокутного перерізу. З точки зору зменшення втрат тепла в навколишнє середовище доцільно в зовнішні кільця спіралі подавати середовище, що нагрівається з початковою температурою t22 і відводити гріюче середовище з кінцевою температурою t1. Поверхня теплообміну такого спірального теплообмінника утворюється двома зігнутими у вигляді спіралей металевими листами завтовшки 3–7 мм (рис. 2.8). Внутрішні кінці спіралей приварюють до перегородки (керну) (3). Зовнішній кінець одного листа приварюється до зовнішньої поверхні іншого листа. З торців набір спіралей закривається плоскими чи конічними кришками (4), які з'єднують болтами із фланцями зовнішнього витка спіралі. У стандартних заводських апаратах протилежні кришки стягують анкерними болтами. Для надання листам жорсткості та міцності, а також для фіксування відстані між спіралями (від 5 до 15 мм) з обох торців листів встановлюють дистанційні, виготовлені по спіралі металеві прокладки (7) або боби.
Між торцями спіралей та кришками розміщують ущільнювальні прокладки з гуми, пароніту або м'якого металу. Найчастіше фіксування та закриття торців спіральних каналів здійснюється шляхом одностороннього приварювання спіральних металевих листів до металевої прокладки аналогічного профілю. Такий спосіб ущільнення запобігає змішанню теплоносіїв у разі нещільності з'єднання на прокладці, оскільки назовні може проходити лише один із теплоносіїв.
За іншим способом один із каналів закривається шляхом зварювання листів з металевою спіральною вставкою зобох сторін. Ущільнення торців наскрізних каналів із застосуванням фіксованих дистанційних бобишок та м'яких прокладок між листами та кришкою допускається лише тоді, коли змішування теплоносіїв (якщо воно відбудеться при порушенні герметичності) безпечне та не викличе зміни їх фізичних та хімічних властивостей.
Підведення та відведення робочих середовищ здійснюється через штуцера.
Мал. 2.8 – Схема спірального теплообмінника: 1, 2 – металеві листи; 3 – перегородка; 4 – кришка; 5 – прокладка; 6 – фланець; 7 – дистанційне прокладання з одного боку каналу; 8 – зварювання
Спіральні теплообмінники виготовляють горизонтальне або вертикальне виконання:
Одинарні теплообмінники мають площу поверхні теплообміну 15–30 м 2 , ширину спіралі 375 та 750 мм, розраховують їх на умовний тиск відповідно 7·10 5 та 3,5·10 5 Па.
Гідністю спіральних теплообмінників є їх компактність і можливість роботи при порівняно великих швидкостях робочих середовищ: рідин до ω = 2 м/с, газів - до ρω = 20 кг/(м 2 ·с). Завдяки відсутності змін живих перерізів, отже, і різких змін швидкостей теплоносіїв гідравлічний опір цих апаратів менше, ніж кожухотрубчастих. Спіральні теплообмінники схильні до меншого забруднення, ніж теплообмінники інших типів.
У той же час необхідно відзначити, що спіральні теплообмінники дуже складні у виготовленні та ремонті, у них скрутна герметизація каналів. Практично неможливо створити теплообмінник, який працює при тисках теплоносіїв вище (10 – 12) 10 5 Па.