Трубного и межтрубного пространства аппарата

- В силу своего большого сечения трубного и межтрубного

пространства, аппараты характеризуются невысокими скоростями

движения потоков теплоносителей, что, в свою очередь, отражается

на снижении значений коэффициентов теплоотдачи со стороны

теплоносителей.

Для достижения оптимальных скоростей потоков теплоносителей их

зачастую аппараты конструируют многоходовыми, с установкой

перегородок.

Загрязнения межтрубного пространства аппарата.

- Очень сложной задачей считается чистка в таких аппаратах

межтрубного пространства. Поэтому применения кожухотрубчатых

теплообменников допускается в тех случаях, когда соблюдаются

условия, что поступающая в межтрубное пространство среда была

чистой, по с теплоносителем поступающим в трубное пространство

(охлаждающая вода), так как очистка трубок- менее трудоёмкая

работа.

Достоинства.

К основным достоинствам данных теплообменников является

простота конструкции, способствующая уменьшению стоимости, и довольно

большая поверхность теплообмена, из-за чего они и являются наиболее

востребованными.

Основные типы кожухотрубчатых теплообменников приведены на

рисунке 1.1

Рис.1.1 Типы кожухотрубчатых теплообменников:[21]

а)теплообменник одноходовой с линзовым компенсатором;

b)теплообменник многоходовой;

c)теплообменник сV - образными трубами;

d)теплообменник закрытого типа с подвижной решеткой;

e)теплообменник с двойными трубами;

f) теплообменник секционный.

Обозначения:

1 - корпус;

3 - трубы;

2 - трубная решетка;

4 - крышки;

5 - перегородки.

1) Кожухотрубные аппараты с линзовым температурным компенсатором.

На рисунке 1(а) представлена схема такого теплообменного аппарата.

Такой аппарат состоит из неподвижных трубных решеток и устройств,

напоминающих линзы, которые служат компенсации при удлинении кожуха

и труб, проявляющегося при возникновении большой разницы их

температур.[3]

2) Кожухотрубные аппараты с плавающей головкой.

На рисунке 1.2 представлена схема такого теплообменного аппарата.

В таком аппарате трубный пучок, при такой же подвижной трубной решётке,

может свободно перемещаться в независимости от корпуса. Температурные

напряжения в этих аппаратах возникают только в следствии высокой

разницы температур труб.

Одним из достоинств данной конструкции аппарата является

сравнительно простой ремонт, так как трубный пучок довольно легко можно

удалить из корпуса аппарата, что значительно упрощает их чистку и замену.

Рис. 1.2. Кожухотрубные аппараты с плавающей головкой.[6]

3)Теплообменные аппараты с V- образными трубами.

Теплообменник данного типа показан на Рис 1(с). Эти

теплообменники имеют всего одну трубную решетку, в неё вмонтированы

оба конца V-образных труб. Это создаёт независимое удлинение труб при

увеличении разницы температур. Основным недостатком этих

теплообменников является большая трудность в очистки труб и их

поверхности изнутри.

4) Теплообменные аппараты с двойными трубками.

Теплообменник данного типа показан на рисунке 1(e).В их

конструкции имеются две трубные решётки, которые размещены только с

одной стороны теплообменного аппарата. Одна трубная решётка состоит из

развальцованных труб с наименьшим диаметром трубок, а вторая состоит из

труб наибольшего диаметра, которых заглушены. Данная конструкция

обладает особенностью обеспечения независимого удлинения трубок в

решётке.

В теплообменных аппаратах данного вида одна из

теплообменивающихся сред направляется через патрубок в пространство

между верхней трубной решеткой и крышкой кожуха, и далее поступает в

нижнюю часть по трубам наименьшего диаметра. На выходе из трубам

наименьшего диаметра поток теплоносителя возвращается по пространству,

выполненном в виде кольца, между трубками, и через пространство между

решётками трубными выходит из теплообменного аппарата.[6]

Для повышения эффективности работы кожухотрубных

теплообменных аппаратов необходимо поддерживать высокие скорости

движущихся потоков теплоносителей и преобладающему турбулентному

режиму течения потоков теплоносителей. Для увеличения скорости

движущихся потоков теплоносителей, максимального использования всей

поверхности теплообмена и создания турбулентных потоков теплоносителей

в теплообменной аппаратуре конструируют специальные перегородки.[21]

Чтобы увеличить скорость потока теплоносителя, движущегося в

трубах, при неизменной работе, размещают трубные перегородки в крышках

распределительной камеры теплообменника так, чтобы достичь нужное

число ходов потока теплоносителя, движущегося в трубах.

На рисунке 1.3 показаны схемы наиболее распространённых

поперечных перегородок трубного пучка.

Рис. 1.3 Схемы наиболее распространённых поперечных перегородок

трубного пучка.[6]

а) перегородка сегментная;

б) перегородка секторная;

в) перегородка кольцевая;

г) перегородка поперечная в межтрубном пространстве.

Устанавливая продольные перегородки, можно изменять число ходов

для теплоносителя, поступающего в межтрубное пространство

теплообменника. Но данные перегородки широкого применения не имеют, в

связи с трудностью обеспечения герметичности между этими перегородками

и корпусом теплообменников.

Из известных типов перегородок наибольшее распространение в

применении получили сегментные перегородки. Особое внимание стоит

уделить зазору между внутренней поверхностью кожуха теплообменного

аппарата и перегородками. Он должен быть максимально минимальным,

исключая возможность утечки жидкости, движущейся в межтрубном

пространстве и не участвующей в процессе теплообмена, и в тоже время этот

зазор должен быть достаточным для демонтажа трубного пучка из

теплообменника при его ремонте.[21]

Теплообменные аппараты типа «труба в трубе»

Аппараты теплообменные типа "труба в трубе" находят применение,

преимущественно для жидких теплоносителей, охлаждая или нагревая

последних. При этот расходы движущихся потоков невелики и в процессе

охлаждения или нагревания не происходит изменения их агрегатного

состояния. Кроме того, эти теплообменники обладают сравнительно

небольшой поверхностью теплообмена. Однако, иногда такие

теплообменные аппараты могут применяться в процессах с высоким

давлением в системе для жидких и газообразных сред в качестве

конденсаторов (синтез метанола, аммиака).

Аппараты данного типа подразделяются на четыре вида аппаратов:

- теплообменники разборные многопоточные труба в трубе(Рис. 1.5);

- теплообменники разборные однопоточные труба в трубе(Рис. 1.4);

- теплообменники неразборные однопоточные труба в трубе(Рис. 1.6).

Рис. 1.4Теплообменникразборный однопоточный типа «труба в трубе».

Рис. 1.5Теплообменникразборный многопоточный типа «труба в трубе».

Рис. 1.6 Теплообменник неразборный однопоточный типа «труба в трубе».

1 - труба теплообменная;

2 - труба кожуховая;

3 - тройник специальный;

4 - двойник.

В этих аппаратах теплообмен между теплоносителями происходит за

счёт движения одного теплоносителя по трубкам, а второго- по кольцевому

пространству, образующегося между трубками разных диаметров.

За счёт больших размеров диаметров труб, чем у кожухотрубных

теплообменников, в этих теплообменниках преобладают более высокие

скорости теплоносителей, что обеспечивает более высокие коэффициенты

теплопередачи между движущимся теплоносителями. Гораздо проще

устроить противоток движущихся теплоносителей.

Состоят такие аппараты из нескольких последовательных элементов,

из двух соосных трубок разных диаметров. Конструктивные элементы

аппарата присоединяются так называемыми калачами, с помощью которых

образуется плоский змеевик необходимой длины, в котором прямые участки

состоят из рубашек.

Наружные трубы присоединяются с помощью штуцеров с фланцами,

за счёт чего и создаётся необходимый путь в кольцевом пространстве

теплообменника. Судя по такому способу присоединения конструктивных

элементов теплообменный аппарат можно довольно легко демонтировать для

очистки поверхности теплообмена и ремонта аппарата.

Также, кроме жесткого присоединения трубных элементов при

необходимости требуемой довольно частой чистки всех поверхностей

используют разъёмное соединение труб. Если разность температур двух

теплоносителей велика, то для разъемного соединения труб делается при

помощи сальников, способных компенсировать термическое расширение.

Недостатком данного вида теплообменных аппаратов является

большое гидравлическое сопротивление и значительная металлоемкость

всего аппарата в целом.