+7 (495) 822-72-02
Навигация
Кожухотрубные теплообменные аппараты – один из видов рекуперативных теплообменников с широким промышленным применением – на предприятиях нефтехимической, нефтегазовой, металлургической, пищевой индустрии. Они также востребованы в области ЖКХ для систем отопления и горячего водоснабжения. В отличие от пластинчатых, кожухотрубные аппараты практически не используются в частных отопительных системах, что обусловлено габаритной конструкцией и ориентацией на большую теплопроизводительность.
Что представляют собой кожухотрубные теплообменники
Являясь теплообменным оборудованием, кожухотрубные теплообменники выполняют задачи, присущие всем устройствам этого класса. Аппараты обеспечивают теплообмен между двумя средами через поверхность трубок, без смешения теплоносителей. По своей конструкции они принципиально отличаются от разборных пластинчатых, сварных или паяных аппаратов, но в то же время выполняют аналогичные функции по нагреву, охлаждению среды и поддержанию требуемого температурного режима в системе.
К основным конструктивным элементам кожухотрубных теплообменников относятся:
- Теплообменные трубы (трубный пучок)
- Цилиндрический кожух/корпус, представляющий собой камеру
- Трубные доски/решетки с фланцем
- Крышки, устанавливаемые в торцах аппарата на прокладках, с креплением шпильками либо болтами
- Патрубки для входа и выхода теплоносителя из трубного и межтрубного пространства
- Дренажный штуцер
Это базовая конструкция, которая в зависимости от вида аппарата, может дополняться другими элементами. Например, в многоходовых кожухотрубных теплообменниках в камере и крышке предусматриваются поперечные перегородки. Они увеличивают скорость теплоносителя и позволяют создать турбулентность потока. Кроме того, перегородки служат опорами для труб, предотвращая их прогиб.
Аппараты с корпусами малого диаметра, предназначенные для работы с невысокими давлениями, выполняют с линзовыми компенсаторами. Они компенсируют увеличение либо уменьшение длины трубок, вызванное температурным воздействием. Это расширяет рабочий диапазон по температуре, но ограничивает по параметрам давления. Примером решения с температурным компенсатором может быть кожухотрубный теплообменник Secespol P-100.140.08, разработанный специально для гигиенических применений в фармацевтической, пищевой и молочной промышленности.
Чтобы оптимизировать процесс теплоотдачи, теплообменные трубы выполняют с оребрением, посредством навивки ленты либо накатки. Рифленая теплообменная поверхность позволяет не только улучшать теплообмен, но и создавать более турбулентный поток. Оребренные теплообменные трубы предусмотрены в модели Ciat FKN 508 40R, рассчитанной на работу с аммиаком или хладагентами высокой либо средней теплоемкости.
Классификация кожухотрубных теплообменников
Классифицировать теплообменные аппараты этого типа можно по следующим критериям:
- Тип – классический теплообменник, испаритель, конденсатор, холодильник
- Конструктивное исполнение – «труба в трубе», с плавающей головкой, жестко закрепленными трубными решетками, температурным компенсатором на кожухе, U-образными трубками
- Способ установки – вертикальные, горизонтальные; некоторые модели способны работать в обоих положениях
- Рабочий режим – устройства периодического либо непрерывного действия
Конструкция кожухотрубного теплообменника с плавающей головкой отличается наличием задней трубной решетки, не прикрепленной к кожуху. Таким образом корпус аппарата и пучок труб закреплены только с одной стороны, что позволяет им свободно деформироваться при температурном воздействии, не создавая дополнительных напряжений. Характерный пример такого аппарата – модель ПП 1-17-7-4, представляющая собой паровой подогреватель.
Решения с U-образными трубками используются в тех случаях, когда трубы не загрязняются во время работы или грязь можно легко удалить. Такие теплообменные аппараты применимы для чистых продуктов. В отличие от оборудования с плавающей головкой, они обладают большей надежностью с точки зрения протечек. U-образная форма также позволяет трубам свободно деформироваться внутри корпуса, без возникновения температурных напряжений.
Кожухотрубные теплообменники «труба в трубе», такие как HRS MI 32 154/18, представляют собой конструкцию из последовательно соединенных между собой двухтрубных элементов. Пространственная компоновка оборудования может быть разной. При этом труба меньшего диаметра располагается внутри кожуховой (наружной) трубы с большим диаметральным размером. Как правило, такие аппараты применяют при небольших расходах. Они могут быть как разборными, так и неразборными. Последние относятся к жестким конструкциям, поэтому при разнице температур теплоносителей более 70°, их не используют.
Как рассчитывают теплообменные аппараты
Для выбора кожухотрубного теплообменника, равно как и теплообменного аппарата другого типа, необходимо знать площадь теплообменной поверхности, давление и диапазон рабочих температур теплоносителей. Также учитывают свойства самих сред. Например, их склонность к образованию отложений на стенках труб, коррозионную активность, качества с точки зрения пожарной опасности.
В целом, расчет теплообменников состоит из следующих этапов:
- Предварительный выбор теплообменных аппаратов для сопоставления их параметров
- Выполнение для каждой модели отдельных расчетов, включая тепловой, гидравлический, компоновочный, экономический
- Сравнение и анализ полученных результатов с окончательным выбором варианта с большими практическими и эксплуатационными преимуществами
Основная формула, используемая в тепловом расчете для определения площади поверхности теплообмена, выглядит следующим образом:
F= Q/ K · Δtср,
где Q – тепловой поток, К – коэффициент теплопередачи, Δtср – средний температурный напор.
Чтобы рассчитать кожухотрубный теплообменник, необходимо знать ряд параметров. Прежде всего, максимальный расход теплоносителя, обеспечивающего нагрев, и его физические характеристики. К последним относятся вязкость, температура на выходе, плотность и другие.