Подогреватели и испарители

Подогреватели и испарители применяются для нагрева жидких технологических сред, образования паровой фазы и поддержания заданных температурных режимов промышленных процессов. Оборудование используется в нефтепереработке, нефтехимии, химическом производстве, энергетике и газопереработке. В зависимости от технологической задачи применяются кожухотрубчатые теплообменники, паровые нагреватели, термосифонные испарители, кипятильники и аппараты с паровым пространством.

Промышленные аппараты для нагрева и испарения технологических сред

Теплообменное оборудование этой группы предназначено для передачи теплоты от греющего теплоносителя обрабатываемой жидкости. В подогревателях энергия расходуется преимущественно на повышение температуры продукта, а в испарительных аппаратах — дополнительно на его фазовый переход. Греющей средой может служить водяной пар, горячая жидкость или другой теплоноситель, предусмотренный проектом. Конструкция выбирается по необходимой тепловой мощности, рабочему давлению, температуре и свойствам продукта.

Основные технические характеристики оборудования

Виды промышленных подогревателей и испарителей

Технологические аппараты классифицируют по назначению, конструкции поверхности теплообмена и организации движения рабочих сред. Подогреватели используются для температурной подготовки продукта, а испарители — для образования паровой фазы. Отдельные разновидности предназначены для работы в ректификационных колоннах, выпарных установках, системах теплоснабжения и технологических контурах предприятий.

Основные виды нагревательного и испарительного оборудования

Кожухотрубчатый подогреватель состоит из корпуса, трубного пучка и распределительных элементов. Одна среда проходит внутри теплообменных труб, другая — в межтрубном пространстве. Передача теплоты осуществляется через стенки труб без непосредственного смешивания потоков. При подборе конструкции учитываются тепловая нагрузка, возможное загрязнение поверхности, гидравлическое сопротивление и условия технического обслуживания.

Основные конструктивные элементы подогревателя:

• Корпус для размещения трубного пучка.
• Теплообменные трубы заданного диаметра и длины.
• Трубные решётки для крепления труб.
• Распределительные камеры и крышки.
• Перегородки для организации движения межтрубного потока.
• Патрубки подачи и отвода рабочих сред.
• Опорные и крепёжные элементы.

В паровых подогревателях теплота передаётся от водяного пара нагреваемой жидкости. При поверхностном теплообмене греющий пар конденсируется на одной стороне теплообменной стенки, а обрабатываемая среда движется по другой стороне. Образовавшийся конденсат удаляется через предусмотренный патрубок. Такой принцип применяется в различных установках нагрева воды, жидкого топлива и других продуктов при соответствии материалов и рабочих параметров.

Подогреватели с горячей водой и жидкими теплоносителями

Для нагрева технологических жидкостей могут использоваться водяные и другие жидкостные теплоносители. В этом случае процесс теплопередачи обычно происходит без фазового перехода греющей среды. Конструктивный тип аппарата выбирают по температуре и расходам потоков, вязкости продукта, допустимому перепаду давления и требованиям к материалам теплообменной поверхности.

Промышленные испарители с паровым пространством

Испарители с паровым пространством предназначены для подвода теплоты к жидкости с последующим разделением образовавшейся парожидкостной смеси. Внутри корпуса размещается трубная поверхность нагрева и предусматривается объём для отделения пара. Такие аппараты могут использоваться в нефтехимических и других технологических установках, где требуется получение паровой фазы с контролируемыми характеристиками.

Основные элементы испарителя с паровым пространством

Аппараты типов ИП и ИУ относятся к кожухотрубчатым испарителям с паровым пространством. Исполнение ИП предусматривает трубную систему с плавающей головкой, а ИУ — U-образные теплообменные трубы. Эти конструкции по-разному учитывают температурные расширения и отличаются возможностями очистки и ремонта. Выбор типа определяется свойствами испаряемого продукта и требованиями к эксплуатации.

Испарители с принудительной циркуляцией

В циркуляционных испарительных установках движение продукта через поверхность нагрева может обеспечиваться насосом. Это позволяет задавать необходимую скорость потока с учётом вязкости жидкости, склонности к образованию отложений и гидравлических условий. При подборе таких аппаратов дополнительно рассчитывают производительность циркуляционного насоса и характеристики внешних трубопроводов.

Ребойлеры и кипятильники ректификационных колонн

Ребойлеры обеспечивают подвод теплоты к жидкости из нижней части ректификационной колонны и образование парового потока, необходимого для разделения компонентов смеси. В зависимости от технологической схемы используются термосифонные, циркуляционные и испарители с паровым пространством. Характеристики аппарата определяются необходимой паровой нагрузкой, составом смеси, давлением и параметрами греющего теплоносителя.

Теплообмен при нагреве и фазовом переходе жидкости

Тепловой расчёт подогревателя и испарителя выполняется с учётом разных энергетических процессов. Для подогревателя основное значение имеют расход жидкости, теплоёмкость и требуемое повышение температуры. Для испарителя дополнительно учитывают теплоту парообразования, температуру кипения и необходимую долю испарившегося продукта. В обоих случаях поверхность теплообмена определяется с учётом температурного напора и коэффициента теплопередачи.

Отличия подогревателей от испарительных аппаратов

Корпуса, теплообменные трубы и внутренние устройства изготавливаются из материалов, соответствующих рабочему давлению, температуре и химическому составу сред. Для различных применений используются углеродистые, низколегированные и коррозионно-стойкие стали, а также другие технически обоснованные материалы. При выборе учитывают коррозионную активность продукта, требования к сварным соединениям и возможность очистки теплообменной поверхности.

Применение подогревателей и испарителей в промышленности

Нагревательное и испарительное оборудование используется в процессах подготовки сырья, ректификации, выпаривания, нагрева топлива и температурной обработки технологических жидкостей. Конкретная конструкция определяется параметрами производственного процесса. Для нагрева без кипения выбирают соответствующий подогреватель, а для образования паровой фазы — испарительный аппарат с необходимой схемой циркуляции и разделения фаз.

Основные направления использования:

• Нефтепереработка — нагрев и испарение углеводородных продуктов.
• Нефтехимическая промышленность — температурная обработка сырья и промежуточных потоков.
• Химическое производство — нагрев растворов и испарение растворителей.
• Газопереработка — теплообмен и испарение технологических компонентов.
• Ректификационные установки — работа кипятильников и ребойлеров.
• Выпарные комплексы — подвод теплоты для удаления части растворителя.
• Энергетика — нагрев воды и других технологических теплоносителей.
• Промышленные системы теплоснабжения — передача теплоты между рабочими контурами.

Основные расчётные параметры оборудования

При эксплуатации подогревателей и испарителей на теплообменных поверхностях могут образовываться отложения, снижающие коэффициент теплопередачи. Особенно важно учитывать загрязняемость при работе с концентрированными растворами, вязкими продуктами и средами, склонными к образованию осадка. Способы очистки определяются конструкцией аппарата, материалами и эксплуатационной документацией.

ГОСТ 31842-2012 для кожухотрубчатых подогревателей и испарителей

ГОСТ 31842-2012 «Нефтяная и газовая промышленность. Теплообменники кожухотрубчатые. Технические требования» распространяется на соответствующие стальные кожухотрубчатые аппараты для нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и смежных отраслей. Стандарт предусматривает конструкции с неподвижными трубными решётками, компенсатором, плавающей головкой, а также испарители ИП и ИУ с паровым пространством. Область его действия ограничена установленными параметрами, включая расчётное давление не более 21 МПа. Он не распространяется на все виды промышленных подогревателей, в частности на нагреватели питательной воды.

Требования к аппаратам под избыточным давлением

Для соответствующих стальных сварных сосудов и аппаратов учитываются положения ГОСТ 34347-2017. При отнесении оборудования к объектам регулирования ТР ТС 032/2013 необходимо выполнять применимые требования к безопасности оборудования под избыточным давлением. Перечень нормативных документов определяется конструкцией, рабочими параметрами, назначением аппарата и условиями эксплуатации.

Как выбрать промышленный подогреватель или испаритель

Для предварительного выбора оборудования необходимо определить, требуется ли только нагрев продукта или также образование паровой фазы. Затем уточняют состав и расход среды, давление, температуру, тепловую мощность и характеристики греющего теплоносителя. Для испарительных установок дополнительно устанавливают требуемую производительность по пару, схему циркуляции и способ сепарации. При замене существующего аппарата проверяют присоединительные размеры и совместимость с технологической схемой.

Исходные данные для технического задания:

• Назначение аппарата и описание технологического процесса.
• Подогрев или испарение рабочей среды.
• Наименование, состав и свойства продукта.
• Массовый или объёмный расход жидкости.
• Температура продукта на входе.
• Требуемая температура на выходе или температура кипения.
• Рабочее и расчётное давление в каждом контуре.
• Тип, расход и параметры греющего теплоносителя.
• Необходимая тепловая мощность.
• Требуемая производительность по пару для испарителя.
• Предпочтительное конструктивное исполнение.
• Естественная или принудительная циркуляция при необходимости.
• Площадь теплообменной поверхности.
• Допустимые гидравлические потери.
• Материалы корпуса и теплообменных элементов.
• Требования к отводу пара, конденсата и газов.
• Склонность продукта к образованию отложений.
• Габаритные ограничения и монтажное положение.
• Расположение и размеры присоединительных патрубков.
• Требования к контролю качества, испытаниям и обслуживанию.

Для подбора нагревательного или испарительного аппарата рекомендуется предоставить техническое задание с характеристиками продукта, требуемой тепловой нагрузкой, параметрами греющего теплоносителя и условиями эксплуатации. При согласовании уточняются конструкция, материалы изготовления, поверхность теплообмена, схема циркуляции и условия подключения. Наличие, стоимость, комплектация и окончательные технические характеристики определяются по конкретному исполнению оборудования.

Для покупки обратитесь к нашим менеджерам по номеру телефона +375 (25) 734-97-83 или электронной почте vitebsk@metatorg.ru