2 способа врезаться в трубу под давлением со сваркой и без

При модернизации системы отопления или водоснабжения может возникнуть необходимость врезаться в трубу находящуюся под давлением. Это сложнее, чем в перекрытую магистраль, но вполне возможно, причем без особого риска промокнуть.

Материалы:

• резьба стальная под сварку или хомут под врезку;
  
• шаровой кран;
  
• лен или фумлента.

Способ 1. Врезка со сваркой

Труба зачищается от краски до чистого металла.

Затем к ней приваривается резьба. Это делается максимально аккуратно без пропусков.

На резьбу накручивается лен или фумлента, и устанавливается шаровой кран.


Далее нужно открыть кран и просверлить через него трубу. Оптимально использовать аккумуляторный инструмент и максимально широкое сверло, которое может поместиться, не повредив шар крана. Дрель или шуруповерт закрываются пакетом или картонкой. Нужно надеть маску или очки, так как напор воды после сверления выбросит стружку от сверления прямо в лицо.

Как только из трубы хлынет вода, необходимо быстро убрать дрель, и закрыть кран. Если на шве имеются подтеки, потребуется капнуть немного сварки.

Способ 2. Врезка без сварки

Для этого способа потребуется купить специальный хомут под врезку.

Он зажимается на трубе с резиновой прокладкой.

Затем на него накручивается кран, и выполняется сверление аналогичным образом.

Оба способы применяются профессиональными сантехниками, но для человека без опыта сварочных работ или неудобном доступе к трубе лучше пользоваться хомутом. Главное не забыть установить уплотнительную резинку.

Смотрите видео

Как сделать простую врезку в стальную трубу

В сантехнической, да и бытовой практике часто бывают случаи, когда необходимо подключиться к трубе, сделать отвод воды. Скажем, для подключения стиральной машинки. Для это обычно тянут водопроводную трубу или шланг к разводному коллектору, либо пилят трубу и устанавливают тройник.
В старых советский домах трубы настолько неудобно и неуклюже положены, что подключиться к ним — это равносильно тому, что придется перебирать всю систему заново.
Но выход есть! Можно сделать врезку хомутом в любую близ расположенную магистраль. Итак, подробнее…

Как сделать простую врезку в стальную трубу своими руками

Что понадобится?

• Водоотвод (врезка) — 1 шт.
  

Её можно купить в сантехнических магазинах, но перед этим, обязательно уточните какая у вас труба, к которой будет выполняться подключение. Я взял на 1/2 дюйма.
Вот как она выглядит:

Теперь непосредственно переходим к подключению. Первым делом перекрываем стояк и сливаем воду.
Затем сверлим отверстие сверлом по металлу. Диаметр отверстия должен быть равен или меньше диаметра врезки.

Далее наждачной бумагой зашкуриваем место одевания хомута. Поверхность должна быть ровной, без старой краски и ржавчины. Одеваем хомут-врезку, перед этим установим герметичную прокладку идущую в комплекте с врезкой.

Далее аккуратно закручиваем 4 болта врезки. Закручивать нужно аккуратно, попеременно, лучше крест накрест. Это нужно для того чтобы прокладка лучше села, а сам хомут не перекосило.
Врезка готова. Подключаем к ней нужный шланг.

Включаем и проверяем герметичность. Для этого рекомендую использовать бумажную салфетку или туалетную бумагу, потому что на ней сразу видны капли, а рука всего этого может просто не почувствовать.

Также после врезки не лишним будет установить кран перед подключением шланга.

В общем, такая врезка выручит вас, казалось бы в самых безвыходных ситуациях.

Подключение можно использовать как на холодную, так и на горячую воду. К тому же это очень быстрый способ и порой единственно возможный.

Сварка водопроводных труб электросваркой: технология и полезные советы

Возникают ситуации, когда дефект на трубопроводе приходится устранять при подаче воды.

Чаще свищи возникают на сварных трубах, устранить их можно, сварив водопроводную трубу электросваркой с использованием наплавочных электродов. Хотя сварка будет непрочной, серьезную аварию, утечку воды удастся предотвратить.

Перед проведением сварки магистральное давление понижают до возможных пределов. Для выполнения работ требуется опыт. Новичку с такой сваркой не справиться. Особенно сложно заваривать чугунные стояки. У чугуна большая текучесть, при нагреве происходят структурные изменения в металле, ухудшающие эксплуатационные характеристики.

Сварка водопроводных труб под давлением электросваркой

Почему возникает необходимость сварки трубы с водой

Варить трубы с водой приходится в следующих ситуациях:

• когда после ввода системы в эксплуатацию обнаруживаются непровары стыков;
• иногда при монтаже сварных труб в магистрали оказывается дефектная;
• когда нельзя оставить без воды большой район;
• нет возможности слить воду или это экономически нецелесообразно;
• нужно срочно врезать запорную арматуру или узел учета;
• из-за уклона вода остается в трубе после слива системы.

Это не все ситуации, при которых нужна сварка трубопроводов с водой.

Особенности сварки водопроводных труб

Заварить трубу с водой можно электродуговой, газовой сваркой, полуавтоматом с применением наплавочной проволоки. Электросварка водопровода, заполненного водой, связана с некоторыми особенностями:

1. Рабочий режим сварки при заделке дефектов, утечек воды регулируется. Если нет риска прожогов истонченной ржавчиной стенки, силу тока при сварке системы ХВС, заполненную водой, увеличивают на 5–10% в зависимости от вида сплава. За счет охлаждения стенки электрод к ней не будет прилипать при сварке. В зависимости от вида сварочного аппарата, варят на переменном или постоянном токе. Предпочтительнее переменный, дуга при сварке будет стабильной. Соединение образуется даже под толстым слоем воды. Если нужен качественный шов, используют постоянный ток. Хотя напряжение при сварке будет нестабильным, но расплавленный металл наплавки будет глубже проникать в область дефекта при сварке трубопровода с водой.
2. Для работы электроды выбирают по виду материала трубопровода. Для сварки нержавеющих труб подходят НЖ-13, для ремонта чугунных стояков – МНЧ-2 или ОЗЧ-2, или можно заварить серое высокоуглеродистое чугунное литье. При использовании инвертора в качестве источника тока для ремонтных работ на водоводах приобретают электроды МР-3с, ЦЧ-4, они плавятся на низких токах, имеют невысокую температуру плавления. Электроды предварительно прокаливают, нагревая до 200°С выдерживают от 40 минут до часа.

Какие могут возникнуть сложности

Во время ремонтной сварки водопроводных труб электросваркой качество у шва от контакта с водой будет невысокое. Такая заделка дефектов – временная мера. Она не предусмотрена ГОСТом. При повышении давления воды, опрессовке системы шов, образуемый при сварке, способен треснуть. За такую работу берутся не все сварщики. Наплавка металла в зоне повреждения нередко приводит к множественным свищам вокруг зоны наплава, потому что при сварке активизируется процесс окисления от контакта с водой.

Вместо одного свища образуется множество.

Сварка трубопровода, в котором вода, технологически сложная работа еще по ряду причин:

• Из-за образующегося от воды пара  во время сварки приходится периодически протирать маску, рабочая зона плохо просматривается.
• Вода постоянно остужает рабочую зону сварки, не дает металлу проникнуть на большую глубину. Сразу происходит схватывание, начинается кристаллизация.
• При протечке трубопроводов, расположенных под потолком, от воды намокает спецодежда. Это чревато пробоем тока. Рука дергается, происходит залипание электрода.

Как заварить трубу с водой

При сварке труб под давлением, заделке свищей чаще применяют обычную сварку инвертором.

Свищи, протечки воды возникают из-за неправильного выбора режима, ударов или коррозионных разрушений. Их устраняют при хорошей освещенности – повреждение должно быть видно со всех сторон. При вертикальном или горизонтальном шве электрод держат перпендикулярно трубе, чтобы вода по нему не стекала. Дефект заплавляется сверху вниз:

• в верхней точке наносится несколько капель расплава, после прекращения дуги по рабочей зоне пару раз ударяют молотком, чтобы металл глубже проникал в дефект;
• такую же процедуру проводят, опускаясь до самого низа;
• когда вода перестанет течь, исчезнет пар, укрепляют стенку вокруг свища, поднимаясь снизу вверх, наносят полумесяцы. Создают дополнительные валики, разбивают их молотком.

Работать надо на малом токе, чтобы не допустить прожогов на поврежденной коррозией стенке.

Ремонт стыков

Бывают ситуации, когда нужно заново проварить весь стык. Сначала варят нижнюю часть стыка, его проваривают через вырезанное в верхней части трубы окно. Его делают любой геометрии: круглым, квадратным, прямоугольным. Это роли не играет, важно обеспечить доступ к стыку. Воду перекрывают, забивая проход тряпками, их вставляют с двух сторон, чтобы максимально подсушить рабочую зону. Шов делается небольшими фрагментами, по три сантиметра, в две проходки. Вторая делается в противоположную сторону. Когда окалина сбита, тряпку убирают, вода снова будет поступать в трубу. Приступают к боковым частям. Финальная часть работы – заваривание окна, его закрывают приготовленной заплатой, шов проводят вкруговую. Стенки толще 6 мм проваривают дважды в разных направлениях.

Врезка в трубопровод

Когда требуется подключение сантехнических устройств, установка приборов учета или запорной арматуры, сгонять воду из системы необязательно, это бывает слишком накладно.

Отвод для сгона воды или кран проводят по следующей схеме:

• врезаемый элемент подгоняется под трубопровод;
• обваривается по всему контуру;
• после этого сверлится врез через патрубок или разобранный шаровый кран;
• затем к патрубку монтируется подвод или собирается запорная арматура. После этого открывают подачу воды.

Врезка штуцеров в трубопровод по представленной технологии проводится без снижения давления в магистрали. К ним крепится подсоединяемый элемент.

Полезные советы от специалистов

Магистральная система водоснабжения, заполненная водой, источник повышенной влажности. Существуют профессиональные секреты, позволяющие проводить работу качественно. Нужно снизить воздействие воды. Этого достигают несколькими способами:

1. В свищ вбивают болт соответствующего диаметра с большой шляпкой. Струйка воды уменьшается, образуются только капли. Если свищ круглый, он забьется полностью. Достаточно будет обварить шляпку и наплавить металл вокруг нее. Этот способ подойдет для любого пространственного положения повреждения.
2. На свищ накладывают гайку большого размера, течь частично устраняется, вода не попадает на электрод, а вытекает через внутренне отверстие гаки. После этого гайку по внешнему краю обваривают. После этого в нее с использованием фума или вкручивают болт, образуется герметичное соединение, дефект устраняется. Внешний вид трубы становится хуже – это минус, но такой ремонт довольно эффективный, не занимает много времени.
3. Увеличивается объем металла, подаваемого в сварочную ванну. Нескольких капель бывает недостаточно. Величина капли зависит от толщины электрода. Иногда дополнительно берут электрод с обчищенной обмазкой. Первый электрод создает дугу, а когда образуется ванна расплава, в держатель вставляют второй, на котором нет обмазки. Объем наплавочного материала увеличивается, дырка быстрее заплавляется.

Учитывая особенности работы с заполненной трубой, можно самостоятельно сделать ремонт сети без сгона воды из системы. Нужно правильно подбирать электроды по типу стержня, виду обмазки, регулировать рабочий режим тока.

Что такое Hot Tap, зачем он нужен и как сделать Hot Tap в трубопроводе

Что такое Hot Tap и зачем его делают?

Hot Taps или Hot Tapping — это способность безопасно подключаться к системе, находящейся под давлением, путем сверления или резки, когда она находится в потоке и под давлением.

Типовые соединения состоят из:

• Фитинги для врезки, такие как Weldolet®, усиленный ответвитель или тройник с разрезом. Разрезные тройники, которые часто используются в качестве ответвления, и основная труба имеют одинаковый диаметр.
• Запорный клапан, такой как задвижка или шаровой кран.
• Машина для врезки горячей врезки, в состав которой входит резак и корпус.

Механические фитинги могут использоваться для врезки под горячую воду на трубопроводах и магистралях, если они рассчитаны на рабочее давление трубопровода или магистрали и подходят для этой цели.

• Конструкция: ASME B31.1, B31.3, ASME B31.4 и B31.8, ASME Sec. VIII Div.1 и 2
• Производство: ASME Sec. VIII Div.1
• Сварка: ASME Sec. IX
• NDT: ASME Sec. V

Есть много причин для использования Hot Tap.Хотя предпочтительно устанавливать форсунки во время капитального ремонта, установка форсунки при работающем оборудовании иногда является выгодной, особенно если она предотвращает дорогостоящий останов.

Замечания перед Hot Tap

• Горячая врезка не считается рутинной процедурой, а должна использоваться только тогда, когда нет практической альтернативы.
Отводы
• должны устанавливаться обученными и опытными бригадами.
• Следует отметить, что горячая врезка в трубопроводы высокосернистого газа представляет особые проблемы для здоровья и металлургии и должна выполняться только в соответствии с письменными планами, утвержденными эксплуатирующей компанией.
• Для каждой отводки необходимо убедиться, что просверливаемая или распиливаемая труба имеет достаточную толщину стенки, которую можно измерить с помощью ультразвуковых толщиномеров. Существующая толщина стенки трубы (фактическая) должна быть как минимум равной толщине, необходимой для давления, плюс разумный допуск на толщину для сварки. Если фактическая толщина чуть больше, чем требуется для давления, то потеря герметичности в сварочной ванне представляет собой риск.
• Сварка находящихся в эксплуатации трубопроводов требует разработки и квалификации процедуры сварки, а также высококвалифицированного персонала для обеспечения целостности сварных швов, когда трубопроводы работают при полном давлении и в условиях полного потока.

Установка горячего отвода

Для горячей врезки необходимы три ключевых компонента для безопасного сверления трубы; фитинг, клапан и машину для горячей врезки. Фитинг крепится к трубе в основном сваркой.
Во многих случаях фитинг представляет собой Weldolet® с приварным фланцем или разъемный тройник с фланцевым выходом (см. Изображение выше).

К этому фитингу прикреплен клапан, а к клапану прикреплено устройство для горячей врезки. Для горячей врезки всегда следует использовать новые болты, прокладки и новый клапан, если эти компоненты станут частью постоянных помещений и оборудования.

Комбинация фитинга / клапана крепится к трубе и обычно испытывается давлением. Испытание под давлением очень важно, чтобы убедиться в отсутствии конструктивных проблем с фитингом и отсутствии утечек в сварных швах.

Резак для горячей врезки — это специальный тип кольцевой пилы с пилотной коронкой посередине, установленной внутри корпуса адаптера горячей врезки.

Резак для горячей врезки прикреплен к держателю резака с помощью пилотной насадки и прикреплен к рабочему концу станка для горячей врезки так, чтобы он входил во внутреннюю часть переходника для нарезания резьбы.

Переходник для врезки будет сдерживать давление в трубопроводной системе, пока труба разрезается, в нем размещаются резак, держатель резака и болты к клапану.

Операция горячего отвода

Горячая врезка выполняется за один непрерывный процесс, машина запускается, и резка продолжается до тех пор, пока резак не пройдет сквозь стенку трубы, в результате чего будет удалена часть трубы, известная как «купон».

Купон обычно удерживается на одном или нескольких U-образных проводах, которые прикреплены к пилотному долоту.После того, как резак прорезал трубу, машина для горячей врезки останавливается, резак втягивается в адаптер горячей врезки, и клапан закрывается.

Давление сбрасывается изнутри переходника для врезки, так что машину для врезки можно снять с линии. Станок снимается с конвейера, и создается новый сервис.

Футболка с разрезом (www.armorplateonline.com)

Купон Hot Tap

Купон — это отрезок трубы, который снимается для начала обслуживания.Очень желательно «сохранить» купон и вынуть его из трубы, и в подавляющем большинстве случаев горячей врезки это так.

Пожалуйста, обратите внимание, за исключением того, что не выполняется горячее нажатие, нет никакой возможности полностью гарантировать, что купон не будет «выпадать».

Удержание купонов — это в основном «работа» u-wire. Это проволока, которая проходит через пилотное долото, разрезается и изгибается, так что они могут загибаться обратно против сверла в рельефную зону, фрезерованную в долоте, а затем складываться, когда пилотное долото прорезало трубу.

Практически во всех случаях используются несколько U-образных проводов, которые служат страховкой от потери купона.

Остановка линии

Остановки линии

, иногда называемые стопорами (Stopple® — торговая марка TD Williamson Company), начинаются с горячей врезки, но предназначены для остановки потока в трубе.

Line Stops по необходимости несколько сложнее обычных горячих кранов, но они начинаются примерно так же. К трубе крепится штуцер, выполняется горячая врезка по расписанию.После завершения горячей врезки клапан закрывается, затем на трубе устанавливается другой механизм, известный как привод остановки линии.

Привод ограничителя линии используется для вставки заглушки в трубу, наиболее распространенным типом является механизм с поворотной головкой. Ограничители линии используются для замены клапанов, арматуры и другого оборудования. Как только работа будет выполнена, давление уравняется, и заглушка линии будет снята.

Фитинг ограничителя линии имеет специально модифицированный фланец, который включает в себя специальную заглушку, которая позволяет снимать клапан.Эти фланцы имеют несколько различных конструкций, но все они работают примерно одинаково: заглушка вставляется во фланец через клапан, она надежно фиксируется на месте, в результате чего давление может стравливаться из корпуса и клапан, затем клапан можно снять и закрыть фланец.

Настройка остановки линии

Настройка остановки линии включает в себя машину для горячей врезки, а также дополнительное оборудование, привод останова линии. Привод останова линии может быть механическим (винтового типа) или гидравлическим, он используется для установки головки ограничителя линии в линию, тем самым останавливая поток в линии.

Привод ограничителя линии прикреплен болтами к кожуху ограничителя линии, который должен быть достаточно длинным, чтобы включать в себя головку ограничителя линии (поворотную или складывающуюся головку), чтобы привод и корпус ограничителя линии можно было прикрепить к линии болтами. запорный клапан.

В ограничителях трубопровода часто используются специальные клапаны, называемые сэндвич-клапанами. Остановка трубопровода
обычно выполняется через арендованные клапаны, принадлежащие обслуживающей компании, выполняющей работу, после завершения работы фитинг останется на трубе, но клапан и все другое оборудование будут удалены.

Линия Остановка работы

Остановка линии начинается так же, как и горячая врезка, но используется резак большего размера.
Чем больше отверстие в трубе, позволяет остановить линия головы, чтобы вписаться в трубу.

После того, как разрез сделан, клапан закрывается, машина для горячей врезки снимается с линии, и привод останова линии прикручивается на место.

Новые прокладки всегда должны использоваться для каждой настройки, но часто используются «использованные» шпильки и гайки, потому что эта операция является временной операцией, клапан, механизм и привод удаляются в конце работы.

Новые шпильки, гайки и прокладки следует использовать при окончательном заканчивании, когда глухой фланец устанавливается за пределами пробки заканчивания.

Привод ограничителя линии приводится в действие, чтобы протолкнуть заглушку (головку стопора линии) вниз, в трубу, общая поворотная головка будет поворачиваться в направлении потока и образовывать стопор, таким образом останавливая поток в трубе. труба.

Заглушка

Для снятия клапана, используемого для операций остановки линии, заглушка для заканчивания устанавливается во фланец заглушки линии (фланец завершения).

Существует несколько различных типов комплектов фланцев / заглушек для заканчивания, но все они работают в основном одинаково, заглушка и фланец изготавливаются таким образом, чтобы фланец мог принять и зафиксировать на месте заглушку для заканчивания.

Эта пробка для заканчивания устанавливается под клапаном, после установки давление над пробкой может быть сброшено, а затем клапан может быть удален.

После того, как вилка в правильном положении, он заблокирован на место с замком кольцевых сегментами, это предотвращает движение штекера, причем уплотнительное кольцо становится первичным уплотнением.

Было разработано несколько различных типов заглушек для заканчивания скважин с уплотнениями металл по металлу в дополнение к уплотнительному кольцу.

10 способов экономии электроэнергии дома

Помимо освещения, электроники и кондиционеров, большинство бытовых приборов в нашем доме работает на электричестве. По мере того как мы используем электрические приборы, увеличиваются и наши счета за коммунальные услуги. Кроме того, так же, как растет осведомленность об экономии воды, электричество также является невозобновляемым источником энергии, и важно сохранять его, а не тратить впустую.Если вы хотите сэкономить на счетах за электроэнергию или хотите что-то сделать для сохранения окружающей среды, важно знать , как сэкономить электроэнергию дома . В этой статье oneHOWTO будет обсуждаться 10 способов экономии электроэнергии в домашних условиях .

Следующие шаги:

1

Максимум дневного света . Вместо того, чтобы включать свет в доме, постарайтесь больше полагаться на естественные источники света в течение дня.Откройте эти жалюзи и занавески и впустите внутрь солнечный свет. Если вам все же нужно держать шторы закрытыми, выбирайте светлые, которые могут укрывать падающие солнечные лучи. Если вы планируете построить новый дом, то преимущества стеклянного дома будут отличными для экономии электроэнергии.

2

Поменять лампочки . Вместо ламп накаливания используйте КЛЛ или светодиодные лампы, которые выделяют достаточно энергии при меньшей мощности. Они могут быть дорогими в покупке, но благодаря более низкому потреблению электроэнергии они помогут вам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе.Они служат дольше и требуют менее частой замены. Узнайте, как выбрать светодиодные лампы, чтобы получить дополнительную информацию по этому вопросу.

3

Вместе время . Вам нужно включать свет по вечерам и ночам, но вместо того, чтобы освещать все комнаты, постарайтесь собраться вместе в одной комнате, например в гостиной, и выключить свет в других комнатах. Таким образом вы не только сэкономите электроэнергию, но и проведете некоторое время со всеми членами вашей семьи.

4

Всегда отключайте кабель питания . Электронные приборы продолжают потреблять электричество, даже если вы их выключили. Возьмите за привычку отключать его от сети после каждого использования. Все ваши телевизоры, радиосистемы, компьютеры, кофеварки, зарядные устройства для телефонов, фены и другие приборы должны быть отключены от сети после использования. Вы обязательно заметите уменьшение вашего следующего счета.

5

Зажигание свечей . Не ждите прорыва силы, чтобы насладиться ужином при свечах.Выключайте свет в доме хотя бы раз в неделю и освещайте дом медленно горящими свечами. Используйте при свечах, чтобы читать ночью, или привыкните к занятиям, которые более увлекательны в темноте, например, рассказывать страшные или забавные истории детям, играть в прятки и т. Д.

6

Наружное освещение . Если в целях безопасности на лужайке или подъездной дорожке есть уличное освещение, не позволяйте им оставаться включенными всю ночь. Вместо этого используйте автоматическое освещение. Эти огни будут обнаруживать движение и предупреждать вас, когда в вашем доме что-то не так. Также выключайте декоративное освещение перед сном, так как никто не увидит их и не оценит после полуночи.

7

Стирка и сушка одежды . Вместо того, чтобы сушить одежду в сушилке, дайте ей повиснуть на солнце и высохнуть естественным путем. Сушилка — одна из главных виновников, потребляющая много электроэнергии. В солнечный день используйте силу солнечного света, чтобы одежда высохла. Помните, что солнечный свет доступен абсолютно бесплатно, и ваша одежда будет сушиться бесплатно.

Кроме того, мы советуем вам всегда подождать, пока поставить стиральную машину на , когда у вас полная загрузка, и использовать самый короткий цикл, который обеспечит эффективную стирку вашей одежды.

8

Копите на готовке . Нагревание микроволновой печи потребляет много электроэнергии. Если вы выпекаете, соберите все свои работы по выпечке и выполняйте их все одновременно, вместо того, чтобы нагревать ее через день.

9

Энергоэффективная техника .Замените старые электроприборы в вашем доме более новыми энергоэффективными моделями для устойчивого дома . Производители сейчас делают энергоэффективные модели для экономии электроэнергии. Старые приборы потребляют больше электроэнергии по сравнению с последними моделями. Итак, если прибор стал слишком старым, замените его прибором с рейтингом звезд, вместо того, чтобы время от времени ремонтировать его.

10

Сделайте свой дом энергоэффективным . Экономно используйте кондиционеры.Изолируйте свой дом, откройте окна, чтобы обеспечить циркуляцию свежего воздуха, пейте много воды, чтобы оставаться прохладным, и каждый день проводите время на улице. Постарайтесь приспособиться к естественной температуре в помещении и включайте кондиционер только тогда, когда жара станет невыносимой.

ТЕПЛООБМЕННИКИ

Теплообменник — это устройство, используемое для передачи тепла между двумя или более жидкостями. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и, в зависимости от типа теплообменника, могут быть разделены или находиться в прямом контакте. Устройства, в которых используются источники энергии, такие как стержни ядерного топлива или огневые нагреватели, обычно не считаются теплообменниками, хотя многие принципы, заложенные в их конструкции, одинаковы.

Чтобы обсудить теплообменники, необходимо дать некоторую форму категоризации. Обычно используются два подхода. Первый рассматривает конфигурацию потока в теплообменнике, а второй основан на классификации типа оборудования в первую очередь по конструкции. Оба рассмотрены здесь.

Классификация теплообменников по конфигурации потока

Существует четыре основных конфигурации потока:

На рисунке 1 показан идеализированный противоточный теплообменник, в котором две жидкости текут параллельно друг другу, но в противоположных направлениях.Этот тип устройства потока позволяет максимально изменить температуру обеих жидкостей и, следовательно, является наиболее эффективным (где эффективность — это количество фактически переданного тепла по сравнению с теоретическим максимальным количеством тепла, которое может быть передано).

Рисунок 1. Противоток.

В теплообменниках с прямоточным потоком потоки текут параллельно друг другу и в том же направлении, как показано на рисунке 2. Это менее эффективно, чем противоток, но обеспечивает более однородную температуру стенок.

Рисунок 2. Попутный поток.

По эффективности теплообменники с перекрестным потоком занимают промежуточное положение между противоточными и параллельными теплообменниками. В этих установках потоки текут под прямым углом друг к другу, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Поперечный поток.

В промышленных теплообменниках часто встречаются гибриды вышеуказанных проточных типов. Примерами являются комбинированные теплообменники с поперечным / противотоком и многоходовые теплообменники.(См., Например, рисунок 4.)

Рисунок 4. Поперечный / противоточный поток.

Классификация теплообменников по конструкции

В этом разделе теплообменники классифицируются в основном по их конструкции, Garland (1990) (см. Рисунок 5). Первый уровень классификации — разделение типов теплообменников на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативный теплообменник имеет отдельные пути потока для каждой жидкости, и жидкости протекают одновременно через теплообменник, обмениваясь теплом через стенку, разделяющую пути потока.Рекуперативный теплообменник имеет единственный путь потока, по которому попеременно проходят горячие и холодные жидкости.

Рисунок 5. Классификация теплообменников.

Регенеративные теплообменники

В регенеративном теплообменнике путь потока обычно состоит из матрицы, которая нагревается, когда горячая жидкость проходит через нее (это известно как «горячий удар»). Это тепло затем передается холодной жидкости, когда она протекает через матрицу («холодный удар»).Регенеративные теплообменники иногда называют емкостными теплообменниками . Хороший обзор регенераторов дает Walker (1982).

Регенераторы в основном используются для рекуперации тепла газа / газа на электростанциях и в других энергоемких отраслях. Два основных типа регенератора — статический и динамический. Оба типа регенераторов являются кратковременными в эксплуатации, и, если при их проектировании не уделить должного внимания, обычно происходит перекрестное загрязнение горячего и холодного потоков.Однако использование регенераторов, вероятно, расширится в будущем, поскольку предпринимаются попытки повысить энергоэффективность и утилизировать больше низкопотенциального тепла. Однако, поскольку регенеративные теплообменники, как правило, используются для специальных применений, рекуперативные теплообменники более распространены.

Рекуперативные теплообменники

Существует много типов рекуперативных теплообменников, которые можно в широком смысле сгруппировать в непрямой контакт, прямой контакт и специальные. В теплообменниках непрямого контакта теплоносители разделяются с помощью трубок, пластин и т. Д.. Теплообменники с прямым контактом не разделяют жидкости, обмениваясь теплом, и фактически полагаются на то, что жидкости находятся в тесном контакте.

В этом разделе кратко описаны некоторые из наиболее распространенных типов теплообменников, и они организованы в соответствии с классификацией, приведенной на рисунке 5.

В этом типе пары разделены стенкой, обычно металлической. Примерами являются трубчатые теплообменники, см. Рисунок 6, и пластинчатые теплообменники, см. Рисунок 7.

Трубчатые теплообменники очень популярны из-за гибкости, которую разработчик должен учитывать в широком диапазоне давлений и температур.Трубчатые теплообменники можно разделить на несколько категорий, из которых кожухотрубный теплообменник является наиболее распространенным.

Кожухотрубный теплообменник состоит из ряда трубок, установленных внутри цилиндрической оболочки. На рисунке 8 показан типичный блок, который можно найти на нефтехимическом заводе. Две жидкости могут обмениваться теплом, одна жидкость течет по внешней стороне трубок, а вторая жидкость течет по трубкам. Жидкости могут быть одно- или двухфазными и могут течь в параллельном или перекрестном / противотоке. Кожухотрубный теплообменник состоит из четырех основных частей:

• Передняя часть — это то место, где жидкость входит в трубную часть теплообменника.

• Задний конец — это место, где жидкость на трубной стороне выходит из теплообменника или где она возвращается в передний коллектор в теплообменниках с несколькими проходами на трубной стороне.

• Пучок труб — состоит из трубок, трубных решеток, перегородок, анкерных стержней и т. Д. Для удержания пучка вместе.

• Кожух — содержит пучок труб.

Популярность кожухотрубных теплообменников привела к разработке стандарта для их обозначения и использования. Это стандарт ассоциации производителей трубчатых теплообменников (TEMA). Обычно кожухотрубные теплообменники изготавливаются из металла, но для специальных применений (например, с использованием сильных кислот в фармацевтических препаратах) могут использоваться другие материалы, такие как графит, пластик и стекло. Также нормальным является то, что трубки прямые, но в некоторых криогенных применениях используются спиральные катушки или катушки Хэмпсона .Простая форма кожухотрубного теплообменника — это двухтрубный теплообменник. Этот теплообменник состоит из одной или нескольких трубок, находящихся внутри трубы большего размера. В самой сложной форме нет большой разницы между многотрубным двухтрубным теплообменником и кожухотрубным теплообменником. Однако двухтрубные теплообменники, как правило, имеют модульную конструкцию, поэтому несколько блоков могут быть соединены болтами для достижения требуемой нагрузки. Книга Э.А.Д. Saunders [Saunders (1988)] дает хороший обзор трубчатых теплообменников.

К другим типам трубчатых теплообменников относятся:

• Печи — технологическая жидкость проходит через печь в прямых или спирально намотанных трубах, а нагрев осуществляется горелками или электрическими нагревателями.

• Пластинчатые трубы — в основном используются в системах рекуперации тепла и кондиционирования воздуха. Трубки обычно монтируются в какой-либо форме воздуховода, а пластины действуют как опоры и обеспечивают дополнительную площадь поверхности в виде ребер.

• С электрическим нагревом — в этом случае жидкость обычно протекает по внешней стороне электрически нагреваемых трубок (см. Джоулев нагрев).

• Теплообменники с воздушным охлаждением состоят из пучка труб, вентиляторной системы и несущей конструкции. Трубки могут иметь ребра различного типа, чтобы обеспечить дополнительную площадь поверхности со стороны воздуха. Воздух либо всасывается через трубы вентилятором, установленным над пучком (принудительная тяга), либо продувается через трубы вентилятором, установленным под пучком (принудительная тяга). Как правило, они используются в местах, где есть проблемы с получением достаточного количества охлаждающей воды.

• Тепловые трубы, сосуды с мешалкой и теплообменники из графитовых блоков можно рассматривать как трубчатые или помещать в Рекуперативные «Особые предложения». Тепловая труба состоит из трубы, материала фитиля и рабочей жидкости. Рабочая жидкость поглощает тепло, испаряется и переходит на другой конец тепловой трубы, где конденсируется и выделяет тепло. Затем жидкость под действием капилляров возвращается к горячему концу тепловой трубы для повторного испарения. Сосуды с мешалкой в ​​основном используются для нагрева вязких жидкостей.Они состоят из емкости с трубками внутри и мешалки, такой как пропеллер или ленточный винтовой импеллер. Трубки несут горячую жидкость, а мешалка вводится для обеспечения равномерного нагрева холодной жидкости. Теплообменники с угольным блоком обычно используются, когда необходимо нагреть или охладить агрессивные жидкости. Они состоят из твердых блоков углерода, в которых просверлены отверстия для прохождения жидкости. Затем блоки скрепляются болтами вместе с коллекторами, образуя теплообменник.

Пластинчатые теплообменники разделяют жидкости, обменивающиеся теплом, с помощью пластин. Обычно они имеют улучшенные поверхности, такие как ребра или тиснение, и скрепляются вместе болтами, припаяны или свариваются. Пластинчатые теплообменники в основном используются в криогенной и пищевой промышленности. Однако из-за высокого отношения площади поверхности к объему, малого количества жидкостей и способности обрабатывать более двух паров они также начинают использоваться в химической промышленности.

Пластинчатые и рамные теплообменники состоят из двух прямоугольных концевых элементов, которые удерживают вместе несколько рельефных прямоугольных пластин с отверстиями на углах для прохождения жидкостей.Каждая из пластин разделена прокладкой, которая герметизирует пластины и обеспечивает поток жидкости между пластинами, см. Рис. 9. Этот тип теплообменника широко используется в пищевой промышленности, поскольку его можно легко разобрать для очистки. Если утечка в окружающую среду вызывает беспокойство, можно сварить две пластины вместе, чтобы гарантировать, что жидкость, протекающая между сваренными пластинами, не сможет протечь. Однако, поскольку некоторые прокладки все еще присутствуют, утечка все еще возможна. Паяные пластинчатые теплообменники предотвращают возможность утечки за счет пайки всех пластин вместе, а затем приваривания входных и выходных отверстий.

Рисунок 6. Классификация трубчатых теплообменников.

Рисунок 7. Классификация пластинчатого теплообменника.

Рисунок 8. Кожухотрубный теплообменник.

Рисунок 9. Пластинчато-рамный теплообменник.

Пластинчато-ребристые теплообменники состоят из ребер или прокладок, зажатых между параллельными пластинами. Ребра могут быть расположены так, чтобы допускать любую комбинацию поперечного или параллельного потока между соседними пластинами. Также возможно пропустить до 12 потоков жидкости через один теплообменник за счет тщательного расположения коллекторов.Обычно они изготавливаются из алюминия или нержавеющей стали и спаяны вместе. Их основное применение — сжижение газа из-за их способности работать с близкими температурами.

Пластинчатые теплообменники в некоторых отношениях похожи на кожухотрубные. Прямоугольные трубы с закругленными углами уложены друг на друга, образуя пучок, который помещается внутри оболочки. Одна жидкость проходит через трубки, тогда как жидкость течет параллельно через промежутки между трубками.Они, как правило, используются в целлюлозно-бумажной промышленности, где требуются проточные каналы большего размера.

Спиральные пластинчатые теплообменники образуются путем наматывания двух плоских параллельных пластин вместе в змеевик. Затем концы уплотняются прокладками или свариваются. Они в основном используются с вязкими, сильно загрязняющими жидкостями или жидкостями, содержащими частицы или волокна.

В данной категории теплообменников не используется поверхность теплопередачи, из-за чего она зачастую дешевле, чем косвенные теплообменники.Однако, чтобы использовать теплообменник с прямым контактом с двумя жидкостями, они должны быть несмешиваемыми, или, если будет использоваться одна жидкость, она должна претерпеть фазовый переход. (См. Прямая контактная теплопередача.)

Наиболее легко узнаваемая форма теплообменника с прямым контактом — градирня с естественной тягой, которая используется на многих электростанциях. Эти агрегаты состоят из большой приблизительно цилиндрической оболочки (обычно более 100 м в высоту) и насадки внизу для увеличения площади поверхности. Охлаждаемая вода распыляется на набивку сверху, в то время как воздух проходит через дно набивки и поднимается вверх через башню за счет естественной плавучести.Основная проблема с этим и другими типами градирен с прямым контактом — это постоянная необходимость восполнения подачи охлаждающей воды за счет испарения.

Конденсаторы прямого контакта иногда используются вместо трубчатых конденсаторов из-за их низких капитальных затрат и затрат на обслуживание. Существует множество вариантов конденсатора прямого контакта. В простейшей форме охлаждающая жидкость разбрызгивается сверху емкости над паром, поступающим сбоку емкости. Затем конденсат и охлаждающая жидкость собираются внизу.Большая площадь поверхности распылителя гарантирует, что они являются достаточно эффективными теплообменниками.

Закачка пара используется для нагрева жидкости в резервуарах или в трубопроводах. Пар способствует передаче тепла за счет турбулентности, создаваемой впрыском, и передает тепло путем конденсации. Обычно попытки собрать конденсат не предпринимаются.

Прямой нагрев в основном используется в сушилках, где влажное твердое вещество сушится, пропуская его через поток горячего воздуха. Другая форма прямого нагрева — это горение под водой.Он был разработан в основном для концентрирования и кристаллизации коррозионных растворов. Жидкость испаряется пламенем, а выхлопные газы направляются вниз в жидкость, которая находится в резервуаре.

Воздухоохладитель с мокрой поверхностью в некоторых отношениях похож на теплообменник с воздушным охлаждением. Однако в устройствах этого типа вода распыляется по трубкам, а вентилятор всасывает воздух и воду через пучок труб. Вся система закрыта, и теплый влажный воздух обычно выбрасывается в атмосферу.

Скребковые теплообменники состоят из емкости с рубашкой, через которую проходит жидкость, и вращающегося скребка, который непрерывно удаляет отложения с внутренних стенок емкости. Эти агрегаты используются в пищевой и фармацевтической промышленности в процессе образования отложений на нагретых стенках сосуда с рубашкой.

Статические регенераторы или регенераторы с неподвижным слоем не имеют движущихся частей, кроме клапанов. В этом случае горячий газ проходит через матрицу в течение фиксированного периода времени, в конце которого происходит реверсирование, горячий газ отключается, а холодный газ проходит через матрицу.Основная проблема с этим типом агрегатов заключается в том, что и горячий, и холодный поток прерывистый. Чтобы преодолеть это и обеспечить непрерывную работу, требуются по крайней мере два статических регенератора или можно использовать роторный регенератор.

В роторном регенераторе насадка цилиндрической формы вращается вокруг оси цилиндра между парой газовых уплотнений. Горячий и холодный газ протекает одновременно по каналам с обеих сторон газовых уплотнений и через вращающуюся насадку. (См. Рекуперативные теплообменники.)

Термический анализ любого теплообменника включает решение основного уравнения теплопередачи.

(1)

Это уравнение рассчитывает количество тепла, передаваемого через область dA, где T _h и T _c — локальные температуры горячей и холодной жидкости, α — местный коэффициент теплопередачи, а dA — локальная дополнительная площадь, на которой α основывается. Для плоской стены

(2)

где δ _w — толщина стенки, λ _w — ее теплопроводность.

Для однофазного обтекания стенки α для каждого из потоков является функцией Re и Pr. Когда происходит конденсация или кипение, α также может зависеть от разницы температур. Как только коэффициент теплопередачи для каждого потока и стены известен, общий коэффициент теплопередачи U определяется как

(3)

где сопротивление стенки r _w равно 1 / α _w . Общая скорость теплопередачи между горячей и холодной текучими средами тогда определяется выражением

(4)

Это уравнение предназначено для постоянных температур и коэффициентов теплопередачи.В большинстве теплообменников это не так, поэтому используется другая форма уравнения

(5)

где — общая тепловая нагрузка, U — средний общий коэффициент теплопередачи, а ΔT _M — средняя разница температур. Расчет ΔT _M и отказ от предположения о постоянном коэффициенте теплопередачи описаны в разделе «Средняя разница температур».

Расчет U и ΔT _M требует информации о типе теплообменника, геометрии (например,g., размер проходов в пластине или диаметр трубы), ориентация потока, чистый противоток или поперечный поток и т. д. Затем можно рассчитать общую нагрузку с использованием предполагаемого значения AT и сравнить с требуемой нагрузкой. Затем можно внести изменения в предполагаемую геометрию и U, ΔT _M и пересчитать, чтобы в конечном итоге перейти к решению, где равно требуемой нагрузке. Однако при выполнении термического анализа на каждой итерации также следует проверять, не превышен ли допустимый перепад давления.Компьютерные программы, такие как TASC от HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service), автоматически выполняют эти вычисления и оптимизируют конструкцию.

Механические аспекты

Все типы теплообменников должны подвергаться механической конструкции в той или иной форме. Любой теплообменник, работающий при давлении выше атмосферного, должен быть спроектирован в соответствии с местным кодом конструкции сосуда высокого давления , код , например, ASME VIII (Американское общество инженеров-механиков) или BS 5500 (Британский стандарт).Эти нормы определяют требования к резервуару высокого давления, но не касаются каких-либо специфических особенностей конкретного типа теплообменника. В некоторых случаях для определенных типов теплообменников существуют специальные стандарты. Два из них перечислены ниже, но в целом отдельные производители определяют свои собственные стандарты.