Podstawy projektowania wymienników ciepła

Wymienniki ciepła nazywamy urządzenia, które służą do wymiany ciepła pomiędzy przynajmniej dwoma różnymi płynami i znajdują zastosowanie w przemyśle i technologii, ze względu na wymaganą niezawodność systemów. Przez niezawodność owych systemów rozumie się brak negatywnego wpływu na funkcjonowanie pozostałych systemów energetycznych. Wielką wagę przykłada się do kwestii projektowania wymienników ciepła.

Sam system ich projektowania podporządkowano projektowaniu technicznych systemów energetycznych. Wynika to z konieczności zachowania wysokiego poziomu bezpieczeństwa oraz późniejszej efektywnej eksploatacji urządzenia. Główna zasada projektowania wymienników ciepła mówi o tym, że materiałochłonność ma być jak najmniejsza.

Podstawowe etapy projektowania wymienników ciepła

Projektowanie wymienników ciepła to zadanie składające się z wielu etapów, pośród których wyróżniamy: obliczenia powierzchni wymiany ciepła wymienników ciepła, które poprzedza się zebraniem zbioru danych i sformułowaniem założeń, do których będzie się zmierzało w trakcie realizacji projektu. Na tym etapie dobiera się wartości prędkości płynów i rodzaje przepływów cieczy i bierze się też pod uwagę ilość elementów powierzchni wymiennika ciepła oraz określa cechy konstrukcyjne, cechy technologii wytwarzania i cechy jakości wytwarzania. Ten etap nazywamy konstrukcyjnymi jego elementem są obliczenia konstrukcyjno - wytrzymałościowe wymienników ciepła, które muszą uwzględniać powierzchnie wymiany ciepła w konstrukcji wymiennika ciepła. Szacuje się tez powierzchnie wymiany ciepła danego wymiennika bez osadów i z uwzględnieniem spodziewanej grubości osadów, dzieli się to przez liczbę wymienników ciepła i dodatkowo uwzględnia sytuację awarii któregoś z nich. Następnie można przejść do optymalizacji wartości przyjętych w danym projekcie i podjąć się etapu projektowania wymienników ciepła i przedstawienia ich klientowi w formie prezentacji. Sporządza się bilans cieplny, wyznaczając strumień ciepła w danym wymienniku. Szkicuje się kierunek przebiegu temperatur i oblicza ich możliwe spadki w wymienniku. Bierze się pod uwagę średnicę rurek i grubość ścianek rur oraz ulokowanie płynu znajdującego się wewnątrz wymiennika ciepła.  Konieczny jest też wybór projektu uwzględniającego kształt wymiennika ciepła, ma to bowiem wpływ na największe upakowanie. Często stosowane kształty wymienników to kształt szachownicy lub kwadratowy, heksagonalny lub koncentryczny. Sprawdza się też opory hydrauliczne, w tym moc pompowania, ustala geometrię (z uwzględnieniem ewentualnych napraw i wymian rur), podlicza się koszty całkowite projektu. Wszelkie obliczenia muszą być zgodne z Przepisami Dozoru Technicznego. Na koniec tworzy się rysunek zestawieniowy wymiennika, rysunki wykonawcze poszczególnych elementów i mocowania rur i wykreśla charakterystyki. 

Podział wymienników ciepła

Istnieje kilka rodzajów wymienników ciepła, spośród których wyróżniamy: wymienniki przeponowe - rekuperatory, wymienniki z wypełnieniem - regeneratory oraz wymienniki mieszankowe składające się ze skraplacza natryskowego oraz chłodni kominowej. Innym popularnych podziałem wymienników ciepła jest podział na wymienniki współprądowe, przeciwprądowe i krzyżowe.