Кожухотрубный теплообменник: устройство конструкции и принцип работы аппарата

Виды теплообменников

Теплообменники бывают разных типов. Их диаметр может варьироваться от 159 до 3000 мм. Максимальное давление 160 кг / см2. Длина может варьироваться от нескольких десятков до 10 000 мм. Типы юнитов:

1. Со встроенными трубчатыми решетками.
2. Кожухотрубное теплообменное устройство может включать в себя термокомпенсатор.
3. Устройство с плавающей головкой.
4. С П-образным приспособлением.
5. Комбинированный. Имеет компенсатор и встроенную плавающую головку.

Конструкция кожухотрубного теплообменника, в котором присутствуют трубные решетки, имеет жесткую стыковку всех элементов. Такие устройства чаще всего используются в нефтяной или химической промышленности. Этот тип устройств занимает около трех четвертей всего рынка. В этом типе трубные решетки привариваются изнутри к стенкам корпуса и к ним на жестком стыке прикрепляются теплообменные трубки. Это позволяет избежать любого движения всех компонентов внутри тела.

Кожухотрубный теплообменник компенсирует тепловое удлинение за счет продольного сжатия или специальных гибких вставок в расширителях. Это полужесткая конструкция.

Гораздо более совершенным считается устройство с подвижной головкой. Плавающая головка представляет собой специальный подвижный гриль. Он перемещается по всей системе трубопроводов вместе с крышкой. Такое устройство дороже, но и намного надежнее.

Теплообменники бывают одно- и многопроходные

В аппарате с U-образной трубкой два конца привариваются к одной и той же решетке. Угол поворота составляет 180 °, а радиус — 4 диаметра трубы. Благодаря такой конструкции трубы внутри корпуса можно свободно удлинить.

Теплообменники бывают одно- и многопроходные. Выбор зависит от направления движения теплоносителя внутри устройства. За один проход наполнитель перемещается по кратчайшему пути. Наиболее ярким примером такого типа устройств является водонагреватель ВВП, применяемый в системах отопления. Такой прибор лучше всего использовать в местах, где не требуется высокая скорость теплоотдачи (разница между температурой окружающей среды и теплоносителем минимальна).

В многоходовых устройствах есть специальные поперечные дефлекторы. Они обеспечивают перенаправление потока хладагента. Они используются там, где требуется высокая скорость теплопередачи. Кроме того, трубчатые аппараты делятся на однопоточные, поперечно-проточные и противоточные.

Чтобы теплообменник работал в экстремальных условиях, вместо традиционных стальных труб используются стеклянные или графитовые трубки. Тело уплотнено железами.

Технические характеристики кожухотрубчатых холодильников ХН и ХК

Имя параметра	Назначение параметров устройствам
XN	HC
Температура теплоносителя, ºC ± 5ºC	в кожухе	от минус 20ºС до плюс 300ºС
в трубах	от минус 20ºС до плюс 60ºС
Диаметр корпуса, мм	внешний (если из трубы)	630	159 *; 273 *; 325 *; 426 *; 630
внутренний (если из листового металла)	600; 800; 1000; 1200	400 *; 600; 800; 1000; 1200
Поверхность теплообмена, м2	1,5-970
Номинальное давление, МПа в корпусе для приборов диаметром, мм	159, 273, 325, 400 (426)	1.6
600 (630), 800	1.0; 1,6; 2,5; 4.0	1.0; 1.6
1000	0,6; 1.0; 1,6; 2,5; 4.0	0,6; 1.0; 1.6
1200	0,6; 1.0; 1,6; 2,5
Номинальное давление МПа в трубах аппаратов диаметром, мм	159, 273, 325, 400 (426)	0,6
600 (630)	0,6
800, 1000	0,6; 1.0; 1,6; 2,5; 4.0
1200	0,6; 1.0; 1,6; 2,5
Длина теплообменных трубок, мм для приборов диаметром, мм	159, 273		1500; 2000; 3000
325	1500; 2000; 3000; 4000
400 (426),	2000; 3000; 4000; 6000
600 (630), 800	2000; 3000; 4000; 6000
1000	3000; 4000
1200	4000; 6000
Внешний диаметр и толщина стенки теплообменных трубок, мм	25×2
Количество ходов трубы для аппаратов диаметром, мм	159, 273	1
325, 400 (426)	2
600 (630), 800, 1000, 1200
Вес прибора, кг	200 ÷ 18300

* использовать только для устройств обработки материалов с латунными трубками

Материальное исполнение кожухотрубных холодильников

Обозначение агрегата	Конструкция теплообменника по материалам	Материалы, используемые для изготовления узлов теплообменника
кожух	распределительная камера	трубы	трубная решетка
HN, HK	M1	Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 8731 (группа Б) Ст3сп5 по ГОСТ 14637 Сталь марки 16ГС по ГОСТ 5520	Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 8731 (группа Б) Ст3сп5 по ГОСТ 14637 Сталь марки 16ГС по ГОСТ 5520	Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 8733 (группа Б) и ГОСТ 550 (группа А) или трубы электросварные по утвержденной технической документации в установленном порядке	Сталь марки 20 по ГОСТ 1050 и ГОСТ 8479 (гр IV) Сталь марки 16ГС по ГОСТ 5520 и ГОСТ 8479 (гр IV)
HC	M3	Латунь ЛАМш 77-2-0.05 по ГОСТ 21646	Сталь 16ГС по ГОСТ 5520 ГОСТ 8479 (IV группа с покрытием латунью ЛО-62-1 или Л63 по ГОСТ 15527)
HN, HK	M10	Сталь марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 9940 Марка стали 12Х18Н10Т по ГОСТ 5632 и ГОСТ 7350 (группа М2б)	Сталь марок 10 и 20 по ГОСТ 8731 (группа Б) Марка стали ВSt 3sp5 по ГОСТ 380Ст3сп5 по ГОСТ 14637 Сталь марки 16ГС по ГОСТ 5520	Сталь марки 08Х18Н10Т по ГОСТ 9941 или трубы электросварные по утвержденной технической документации в установленном порядке	Сталь марки 08Х22Н6Т по ГОСТ 5632, ГОСТ 7350 (группа М2б), ГОСТ 25054 (группа IV) и технической документации, утвержденной в установленном порядке
M11	Сталь марки 10Х17Н13М2Т по ГОСТ 9940 Марка стали 10Х17Н13М2Т по ГОСТ 5632 и ГОСТ 7350 (группа М2б)	Сталь марки 08Х17Н13М2Т по ГОСТ 9941	Марка стали 10Х17Н13М2Т по ГОСТ 5632, ГОСТ 7350 (группа МБ), ГОСТ 25054 (группа IV) и технической документации, утвержденной в установленном порядке
HN, HK	M12	Ст3сп по ГОСТ 380, ГОСТ 14637 Сталь 16ГС по ГОСТ 5520 Трубы — сталь 20 по ГОСТ 1050, ГОСТ 8731 (группа Б)	Ст3сп, Ст3сп по ГОСТ 380, 14637 Сталь 16ГС по ГОСТ 5520 Трубы — сталь 20 по ГОСТ 1050, ГОСТ 8731 (группа Б)	Сталь марки 08Х22Н6Т по ГОСТ 5632, ГОСТ 9941 Марка стали 112х18Н10Т по ГОСТ 5632 ГОСТ 9941	Сталь марки 16ГС по ГОСТ 5520, ГОСТ 8479
HN, HK	M19	Сталь марки 08Х22Н6Т по ГОСТ 5632 и ГОСТ 7350 (группа М2б)	Ст3сп5 по ГОСТ 14637 Сталь 16ГС по ГОСТ 5520	Сталь марки 08Х22Н6Т по ГОСТ 5632 и ГОСТ 9941	Сталь марки 08Х22Н6Т по ГОСТ 5632, ГОСТ 25054 (группа IV), ГОСТ 7350 (группа М2б) и технической документации, утвержденной в установленном порядке
M20	Сталь марки 08Х21Н6М2Т ГОСТ 5632 и ГОСТ 7350 (группа М2б)	Сталь марки 08Х21Н6М2Т по ГОСТ 5632 и утвержденная техническая документация в установленном порядке	Сталь марки 08Х21Н6М2Т по ГОСТ 5632, ГОСТ 25054 (группа IV), ГОСТ 7350 (группа М2б) и утвержденной технической документации в установленном порядке

Поверхность теплообмена по наружному диаметру труб и площадь проходных сечений по трубному и межтрубному пространству для аппаратов

Диаметр крышки	Внешний диаметр труб	Толщина стенки трубы	Количество ходов трубки	Поверхность теплообмена, м2, при длине трубы, мм
из.	внутр.	1000	1500	2000 г	3000	4000	6000	9000
1	2	3	4	5	6	7	восемь	девять	10	одиннадцать	12
159	—	ветры	2	1	1.2	1,8	2,4	3,6	—	—	—
25	1	1.0	1.5	2.0	3.1	—	—	—
273	—	ветры	1	4.3	6.4	8,5	12,8	—	—	—
25	1	3.3	4.9	6,6	10.0	—	—	—
325	—	ветры	1	—	9,4	12,5	18,8	25,0	—	—
25	2	—	8,5	11,3	16,9	22,6	—	—
426	400	ветры	1	—	7.3	9,7	14,6	19,5	—	—
25	2	—	6,6	8,8	13,2	17,6	—	—
630	600	ветры	1	—	—	22,5	33,7	45,0	67,4	—
25	2	—	—	20,9	31,3	41,7	62,6	—
1	—	—	16,8	25,2	33,6	50,4	—
2	—	—	15.4	23,1	30,8	46,2	—
1	—	—	50,4	75,5	100,7	151,1	—
2	—	—	47,7	71,6	95,5	143,2	—
4	—	—	43,2	64,8	86,4	129,6	—
1	—	—	41,6	62,4	83,2	124,8	—
2	—	—	38,9	58,4	77,9	116,8	—
4	—	—	33,6	50,4	67,2	100,8	—
—	800	ветры	2	1	—	—	94,1	141,1	188,1	282,2	—
25	2	—	—	90,5	135,7	180,9	271,4	—
4	—	—	83,9	125,9	167,8	254,1	—
1	—	—	74,4	111,6	148,8	223,3	—
2	—	—	70,8	106,2	141,6	212,4	—
4	—	—	64,5	96,8	129,1	193,6	—
—	1000	ветры	2	1	—	—	—	224	298,7	448	672
25	2	—	—	—	216,8	289,1	433,7	650,4
—	1200	ветры	4	—	—	—	205	273,3	410	615
25	1	—	—	—	181,6	242,1	363,1	544,7
2	—	—	—	174,5	232,7	349	523,5
4	—	—	—	162,3	216,3	324,5	486,8
1	—	—	—	—	432,3	648,5	972,7
2	—	—	—	—	421,5	632,3	948,4
4	—	—	—	—	401,9	602,9	904,3
1	—	—	—	—	349,8	524,7	787
2	—	—	—	—	338,8	508,2	762,3
4	—	—	—	—	319,3	479	718,5

(продолжение)

Диаметр крышки	Внешний диаметр труб	Площадь сечения прохода по трубам, м2	Площадь поперечного сечения, м2
из.	внутр.	в вырезе перегородки	между перегородками
1	2	3	13	14	15
159	—	ветры	0,0040	0,0019	0,0070
25	0,0045	0,0033	0,0075
273	—	ветры	0,0136	0,0067	0,0124
25	0,0147	0,0081	0,0137
325	—	ветры	0,0200	0,0110	0,0190
25	0,0090	0,0156
426	400	ветры	0,0217	0,0130	0,0278
25	0,0098	0,0147
630	600	ветры	0,0358	0,0180	0,0448
25	0,0162	0,0300
0,0375	0,0210	0,0438
0,0168	0,0250
0,0802	0,0426	0,0540
0,0370	0,0480
0,0162
0,0928	0,0400	0,0525
0,0420	0,0450
0,0 179
—	800	ветры	0,1498	0,0693	0,0770
25	0,0706	0,0700
0,0308
0,1659	0,0662	0,0788
0,0774	0,0700
0,0329
—	1000	ветры	0,2378	0,1048	0,1560
25	0,1138	0,1248
—	1200	ветры	0,0512
25	0,2695	0,1062	0,1414
0,1257	0,1300
0,0553
0,3442	0,1495	0,1870
0,1658	0,1760
0,0788
0,3899	0,1640	0,1788
0,1834	0,1650
0,0854

Масса кожухотрубчатых холодильников, кг

Диаметр	Кожное давление хе, МПа, не более	25×2 длинные трубы
из.	внутр.	1500	2000 г	3000
Теоретическая масса, кг
сталь	латунь	сталь	латунь	сталь	латунь
1	2	3	4	5	6	7	восемь	девять
1591	—	1.6	1 ход
—	200	—	220	—	280
2731	—	1 ход
—	380	—	450	—	580
3251	—	2 хода
—	470	—	530	—	670
426	400	2 хода
—	—	—	860	—	1080
630	600	2 хода
1.0	—	—	1490	1550	1910 г	1990 г
1.6	—	—	1580	1640	2030 г	2110
2,5	—	—	1610	—	2170	—
4.0	—	—	1960 г	—	2520	—
4 хода
1.0	—	—	1480	1540	1870 г	1930 г
1.6	—	—	1570	1630	1990 г	2050 г
2,5	—	—	1600	—	2130	—
4.0	—	—	1950	—	2480	—
—	800	2 хода
1.0	—	—	2540	2580	3270	3480
1.6	—	—	2720	2820	3520	3590
2,5	—	—	3000	—	3640	—
4.0	—	—	3420	—	4240	—
4 хода
1.0	—	—	2620	2630	3310	3500
1.6	—	—	2800	2890	3560	3610
2,5	—	—	3080	—	3680	—
4.0	—	—	3500	—	4280	—
—	1000	2 хода
0,6	—	—	—	—	4630	5040
1.0	—	—	—	—	4780	5140
1.6	—	—	—	—	4970	5310
2,5	—	—	—	—	5280	—
4.0	—	—	—	—	5780	—
4 хода
0,6	—	—	—	—	4650	5050
1.0	—	—	—	—	4880	5150
1.6	—	—	—	—	4990	5320
2,5	—	—	—	—	5300	—
4.0	—	—	—	—	5800	—
—	1200	2 хода
0,6	—	—	—	—	—	—
1.0	—	—	—	—	—	—
1.6	—	—	—	—	—	—
2,5	—	—	—	—	—	—
4 хода
0,6	—	—	—	—	—	—
1.0	—	—	—	—	—	—
1.6	—	—	—	—	—	—
2,5	—	—	—	—	—	—

(продолжение)

Диаметр	Кожное давление хе, МПа, не более	25×2 длинные трубы
из.	внутр.	4000	6000	9000
Теоретическая масса, кг
сталь	латунь	сталь	латунь	сталь	латунь
1	2	3	10	одиннадцать	12	13	14	15
1591	—	1.6	1 ход
—	—	—	—	—	—
2731	—	1 ход
—	—	—	—	—	—
3251	—	2 хода
—	810	—	—	—	—
426	400	2 хода
—	1340	—	1780 г	—	—
630	600	2 хода
1.0	2310	2420	3170	3350	—	—
1.6	2440	2550	3300	3420	—	—
2,5	2680	—	3540	—	—	—
4.0	2930	—	3900	—	—	—
4 хода
1.0	2230	2320	3010	3170	—	—
1.6	2360	2450	3140	3240	—	—
2,5	2600	—	3380	—	—	—
4.0	2850	—	3740	—	—	—
—	800	2 хода
1.0	4000	4130	5430	5530	—	—
1.6	4200	4290	5890	5980	—	—
2,5	4450	—	6160	—	—	—
4.0	5100	—	6720	—	—	—
4 хода
1.0	3990	4100	5330	5400	—	—
1.6	4190	4260	5790	5850	—	—
2,5	4440	—	6060	—	—	—
4.0	5090	—	6620	—	—	—
—	1000	2 хода
0,6	5760	6210	8020	8560	11400	12100
1.0	5910	6330	8120	8720	11500	12300
1.6	6140	6590	8370	9060	11900	12800
2,5	6490	—	8870	—	12500	—
4.0	7060	—	9650	—	—	—
4 хода
0,6	5730	6210	7870	8370	11070	11720
1.0	5880	6330	7970	8530	11170	11920
1.6	6110	6390	8220	8870	11570	12220
2,5	6460	—	8720	—	12170	—
4.0	7030	—	9500	—	—	—
—	1200	2 хода
0,6	8400	9130	11610	12430	16500	17400
1.0	8500	9300	11710	12680	16600	17750
1.6	9000	9640	12210	13040	17100	18150
2,5	9800	—	13170	—	18300	—
4 хода
0,6	8430	9130	11500	12280	16180	17020
1.0	8530	9300	11 600	12530	16280	17370
1.6	9030	9640	12100	12890	16780	17770
2,5	9830	—	13060	—	17980	—

1) В качестве устройств типа ХН, ХК с диаметром корпуса 159, 273, 325, 400 (426) мм со стальными теплообменными трубами следует применять устройства типа ТН, ТК.

Наибольшая допускаемая разность температур кожуха (tК) и труб (tT) для аппаратов

Диаметр корпуса, мм	Давление в обсадной колонне, МПа	tk — tT при температуре трубки tТ, ºС
до 250	250… 300	до 250	250… 300	до 200
внешний	интерьер	для материальных версий
M1	M10; M11; M12	M19; M20
630	600	1.0; 1.6	40	тридцать	тридцать	тридцать	40
2,5; 4.0	тридцать	ветры	тридцать
—	800	1.0: 1.6	40	тридцать	40
2,5; 4.0	тридцать	ветры	тридцать
—	1000	0,6; 1.0	50	40	40	40	50
тридцать
1.6
2,5; 4.0	тридцать	тридцать	ветры	тридцать
—	1200	0,6; 1.0	60	50	40	60
1.6	50	40	тридцать	50
2,5	40	тридцать	ветры	40

Наибольшая допускаемая разность в удлинении кожуха и труб для аппаратов

M1; M3; M12; M17; M23; M24<td>M8; M9; M10; M11; M19; M20; M21; M22

Длина трубки, мм	Допустимая разница удлинения корпуса и труб ± 0,1 мм для исполнений по материалам
1500; 2000 г	2.2	3.0
3000; 4000; 6000	4.4	6.0
9000	6,6	9.0

Исполнение аппаратов по температурному пределу

Обозначение	Имя	Предел температуры
Нет	Низкая температура	от -30ºC до + 100ºC
H1	Низкая температура	от -40ºC до + 100ºC
H2	Низкая температура	от -60ºC до + 100ºC
H3	Низкая температура	от -70ºC до + 100ºC
Ой	Обычный	от -20ºC до + 100ºC
С УЧАСТИЕМ	В среднем	от -20ºC до + 200ºC
В	Высокая температура	от -20ºC до + 300ºC
В 1	Высокая температура	от -20ºC до + 350ºC

Типы

Технологический флюид, который необходимо нагреть или охладить в теплообменнике, обычно называют «обслуживаемым». Сервис может быть однофазным (газ или жидкость) или двухфазным (смесь газа и жидкости).

В качестве альтернативы, одна из текучих сред (со стороны кожуха или трубы) может быть непроизводственной текучей средой, которая используется только для нагрева или охлаждения технологической текучей среды. Этот поток известен как «служебный» поток. Сеть также может быть однофазной или двухфазной.

Обменники бывают следующих типов:

• Теплообменник: жидкости с обеих сторон представляют собой однофазные технологические жидкости
• Охладитель: один поток — это технологическая жидкость, другой — более холодный поток, такой как охлаждающий воздух или вода.
• Нагреватель: поток технологической жидкости и другое горячее вспомогательное оборудование, такое как пар или горячее масло.
• Конденсатор: с одной стороны, у нас двухфазный поток с газом в точке росы. Этот газ конденсируется с помощью холодного теплоносителя на другой стороне, такого как холодный воздух или вода.
• Охладитель: один поток представляет собой технологическую жидкость, которая конденсируется при температурах ниже атмосферного, а другой — кипящий хладагент или технологический поток.
• Ребойлер: один поток — это нижний поток из дистилляционной колонны, а другой — горячий вспомогательный поток (пар или горячее масло) или технологический поток.

Принцип работы

Устройство имеет довольно простой принцип работы. Кожухотрубный теплообменник разделяет среду. На объекте нет смешивания продуктов. Теплообмен осуществляется по стенкам трубчатых элементов, разделяющих хладагенты. Один носитель находится внутри трубок, а другой находится под давлением в кольцевом пространстве. Агрегатное состояние обоих энергоносителей может быть разным. Это может быть газ, пар или жидкость.

Принцип работы кожухотрубного теплообменника состоит из стандартных процессов передачи энергии между жидкостями и различными газами. Для увеличения коэффициента передачи тепловой энергии используются достаточно высокие скорости движения изделий внутри конструкции. Для пара или газа они производят от 8 до 25 м / с. Для жидких теплоносителей минимальная скорость составляет 1,5 м / с.

Тепло проходит через стены этого агрегата

Виды в зависимости от материала

В зависимости от материала изготовления различают чугунные и стальные приборы. У них есть свои достоинства и недостатки.

Чугунные

Главное достоинство чугунных устройств — долгий срок эксплуатации.

Материал не подвергается коррозии при контакте с водой, поэтому прибор служит долго.

Недостатком чугунного изделия являются повышенные требования к газовой технике. Это связано с тем, что область, расположенная между горячей и сильно нагретой частями устройства, является уязвимой областью, где на металле часто образуются трещины.

Мытье инструмента помогает предотвратить дефекты. Эта процедура удаляет отложения в уязвимых местах теплообменника.

Внутри прибора есть место столкновения горячей воды с холодной водой, то есть участок, где теплоноситель возвращается в теплообменник из системы отопления. Это зона риска низкотемпературной коррозии. Чтобы уменьшить вероятность образования ржавчины, к обратному потоку устройства прикреплен трехходовой смесительный клапан.

Стальные

Такие теплообменники самые распространенные. Это связано с простотой обработки материала и доступной ценой. Особой популярностью в бытовых отопительных приборах пользуются стальные изделия.

Основные качества материала:

• Больше силы. Это защищает теплообменник от механических повреждений.
• Пластик. Это свойство предотвращает появление трещин на устройстве при нагревании.

Недостатки:

• Склонность к ржавчине. Коррозия образуется внутри и снаружи устройства. Это сокращает время работы устройства.
• Стальной теплообменник увеличивает расход топлива. Это связано с утолщением стенок устройства и увеличением размеров змеевика при изготовлении устройства. Производители вынуждены проводить такие манипуляции для увеличения инерции.

Конструкция кожухотрубчатого аппарата

Основное преимущество кожухотрубного теплообменника и основная причина его популярности — высокая надежность конструкции. Он включает в себя распределительные камеры, которые снабжены трубами. Также предусмотрены цилиндрический кожух, трубный пучок и определенное количество решеток. Весь дизайн дополняют крышки, которые расположены по торцам. Поставляется с подставками, позволяющими размещать устройство горизонтально. Также есть держатель для установки устройства в любом месте пространства.

Для увеличения теплообмена между теплоносителем используются трубы, которые покрыты специальными ребрами. Если стоит задача снизить теплоотдачу, корпус покрывают своеобразным теплоизоляционным слоем. Таким образом, способность продукта к аккумуляции может быть значительно увеличена. Применяются специальные конструкции, когда одна трубка находится во второй.

Для изготовления кожуха используется толстый стальной лист (от 4 мм). Для изготовления решеток очень часто берут один и тот же материал, но его толщина намного больше (от 2 см). Основной элемент — связка трубок из материала с высокой теплопроводностью. Этот пучок закреплен на одной или обеих сторонах трубных решеток.

Преимущества и недостатки

Эти устройства обладают рядом преимуществ, обеспечивающих достаточную конкурентоспособность на рынке систем теплообмена. Основные преимущества оборудования:

1. Конструкция отличается отличной устойчивостью к гидроударам. Подобные системы не имеют этой функции.
2. Кожухотрубные теплообменники могут работать в экстремальных условиях или с сильно загрязненными продуктами.
3. Они очень удобны в использовании. Легко проводить механическую очистку оборудования, его плановое обслуживание. Оборудование отличается высокой ремонтопригодностью.

У этого теплообменника есть достоинства и недостатки

Несмотря на все достоинства, у этого устройства есть и недостатки. Это следует учитывать перед покупкой. В зависимости от цели использования могут потребоваться другие подобные системы. Недостатки устройства:

1. КПД ниже, чем у изделий из листового металла. Это связано с тем, что кожухотрубные теплообменники имеют меньшую поверхность, передающую тепло.
2. он большой по размеру. Это увеличивает его конечную стоимость, а также эксплуатационные расходы.
3. Коэффициент теплопередачи сильно зависит от скорости, с которой движется агент.

Несмотря на все свои недостатки, кожухотрубные устройства заняли свою нишу на рынке теплообменников. Они остаются популярными и используются во многих отраслях.

Принципы маркировки теплообменных аппаратов

В настоящее время символы кожухотрубных теплообменников соответствуют международному стандарту TEMA, который отражает основные принципы маркировки этого типа оборудования.

Обозначения теплообменников стандарта TEMA

Типы передних неподвижных головок по системе обозначений ТЕМА:

• А — тип — воздуховод, крышка — съемная;
• Б — тип — крышка, крышка — сплошная;
• С — полноканальный, с трубной пластиной и съемной крышкой;
• N — полноканальный, с трубной решеткой и несъемной крышкой;
• D — оборудован специальной головкой с крышкой для работы в условиях повышенного давления.

Виды туш по системе обозначений ТЕМА:

• Д — каркас с вылетом в кольцевом пространстве;
• F — двухпроходная оболочка в кольцевом пространстве с продольной перегородкой;
• G — огибающая распределенного потока;
• H — кожух с двойным расширением выдачи;
• J — огибающая разделенного потока;
• К — ребойлер;
• Х — оболочка с перетеканием в затрубное пространство.

Типы задних торцевых заглушек по системе обозначений ТЕМА:

• L — с неподвижной трубной пластиной, как у неподвижной головки типа А;
• М — с неподвижной трубной решеткой, как у неподвижной головки типа Б;
• N — с неподвижной трубной решеткой, как у неподвижной головки типа N;
• П — с плавающей головкой, загерметизированной снаружи;
• S — с плавающей головкой с опорным устройством;
• Т — с плавающей головкой, извлекаемой из картера двигателя;
• П — головка с П-образным пучком труб;
• W — головка с плавающей трубной пластиной с внешним уплотнением.

Тип ставки

Применение: нагрев жидких сред с низким давлением пара в корпусе; охлаждение газа или масла в пространстве тела.

Тип AES

Применение: Часто используется на нефтеперерабатывающих заводах с повышенным давлением в корпусе.

Тип BEP

Описание: Съемный пучок труб, крепление к внешней решетке, трубная решетка может быть изготовлена ​​из кованой стали, чтобы соответствовать требованиям к расчетному давлению на корпус, доступны из различных материалов, максимальное давление в трубке до 3000 фунтов на квадратный дюйм, полностью герметичный корпус.

Применение: При использовании особо опасных газов под высоким давлением на участке трубопровода, где неисправности уплотнения необходимо выявлять как можно быстрее.

БЭМ типа

Описание: трубная решетка несъемная с несъемным пучком труб, приваренная непосредственно к внутренней поверхности корпуса, одно- или двухтактного исполнения.

Применение: химическая промышленность; рабочие средства — воздух (при высоком давлении), азот (газ в трубах, фреон в корпусе).

Тип БЭУ

Описание: Трубы типа U; съемный или несъемный пучок труб; многоступенчатый дизайн; широкий диапазон рабочих давлений как по корпусу, так и по трубам.

Применение: химическая промышленность; жидкостные нагреватели; различные типы испарителей.

Тип ДРЛО

Описание: Съемный пучок труб; строительство в один-два этапа; плавающая трубная плита с двойным уплотнением с уплотнительным кольцом и резьбовыми соединениями с контрольными отверстиями для обнаружения утечек, размеры корпуса от 6 до 42; широкий диапазон рабочих давлений.

Применение: промышленные и бытовые чиллеры.

Компенсация температурных удлинений

Кожухотрубный теплообменник, принцип работы которого всегда основан на передаче тепла от теплоносителя к нагретому через перегородку, имеет точку, которая сильно влияет на его конструкцию. В том случае, если значения температуры нагрева и нагреваемой среды существенно различаются, конструкция должна предусматривать компенсацию температурных удлинений. В противном случае тело будет расширяться быстрее, чем пучок труб (или наоборот). Это приведет к деформации труб, а значит, ремонт неизбежен. Возможные решения показаны на рис.4

Рис. 4 Типы кожухотрубных теплообменников

I и II — отопительные и отопительные средства.

• 1 — кожух рекуператора.
• 2 — трубная система.
• 3 — компенсатор.
• 4 — головка трубопроводной системы.

а) Теплообменник с линзовым компенсатором, к которому приварены две независимые части корпуса. Эта конструкция (схема) подходит только для рекуператоров с низкими температурами и давлениями. При подаче хладагентов с высокими параметрами не избежать отключения на ремонт (работа тонкого компенсатора в таких условиях невозможна). Кожухотрубный теплообменник, конструкция которого показана на рис. 2, относится только к линзовым теплообменникам.

б) Рекуператор с плавающей головкой. Система трубопроводов зажата только с одной стороны между корпусом и фланцами крышки (нижняя). Вместо этого концы труб привариваются в отдельной камере (головке), которая не связана жестко с корпусом. Таким образом, пучок труб и корпус можно удлинить независимо друг от друга. Ремонт в этом случае не будет проблемой — трубопроводная система вытаскивается вместе с головкой.

в) Теплообменник с U-образными трубками Крыша, куда входит теплоноситель, разделена перегородкой на две камеры. Принцип, на котором основан теплообмен: жидкость I входит в камеру, а половина U-образных трубок, проходя через весь теплообменник с пучком труб, возвращается во вторую камеру входной крышки. Среда II входит в одну трубку оболочки, циркулирует в кольцевом пространстве и выходит через вторую трубку. Кожух и система труб расширяются независимо друг от друга.

Функциональные возможности

Кожухотрубный теплообменник обеспечивает:

• нагрев, охлаждение или установление равновесия между температурами двух сред;
• возможность обмена тепловой энергией между двумя средами в разном агрегатном состоянии: жидкостями, газами, паром газов;
• возможность изменять физическое состояние вещества.

Устройство может работать как нагреватель, испаритель, конденсатор. Преимущества:

• надежность, долговечность, относительно невысокая стоимость;
• удобные формы для установки;
• значительная площадь теплообмена при компактных размерах;
• работа с веществами в различных агрегатных состояниях;
• механическая стойкость к гидроударам;
• возможность использования в загрязненных средах.

Этот аппарат, полностью сделанный из металла, имеет один существенный недостаток — значительный вес. Технические параметры определяют востребованность трубчатых теплообменников в нефтехимической и горнодобывающей промышленности. А использование устройства в различных и сложных условиях эксплуатации потребовало создания целого списка модификаций, подходящих для решения определенного круга задач.

Советы по выбору теплообменника

Программа расчета кожухотрубного нагревателя требует четкой формулировки исходных данных. Для хорошей работы устройства восстановления требуется четко определенная схема. При выборе кожухотрубного теплообменника следует учитывать несколько факторов. Эти положения очень важны для расчетов.

В первую очередь стоит отметить, что для жидких и газообразных теплоносителей существует своя скорость циркуляции по трубам. Как уже упоминалось выше, чем выше скорость, тем лучше теплопередача. Для жидких сред скорость варьируется от 0,6 до 6 м / с. Для газообразных сред скорость может варьироваться от 3 до 30 м / с. Однако количество потребляемой электроэнергии также зависит от скорости вращения, поэтому в некоторых случаях скорость теплоносителя занижается для снижения потребления электроэнергии.

Выбирая трубы, нужно обращать внимание на материал, из которого они изготовлены, и на их диаметр. Материал труб выбирается исходя из того рабочего тела, которое будет в них циркулировать. Необходимо помнить: чем агрессивнее среда, тем надежнее должен быть материал трубы.

Важно! Если очистка системы будет производиться кислотой, рекомендуется выбирать трубы из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь обладает высокими антикоррозионными свойствами, обладает отличной стойкостью к агрессивным реагентам и, кроме того, имеет низкий коэффициент теплопроводности.

Кожухотрубные теплообменники — довольно громоздкие устройства, поэтому при их выборе необходимо учитывать их габариты, чтобы в будущем не возникло трудностей с их транспортировкой и установкой.

Большие устройства тяжелые, что увеличивает транспортные расходы

также необходимо учитывать, что после монтажных работ перед рекуператором должно быть достаточно места для того, чтобы в случае необходимости провести оперативный ремонт устройства. Для снятия системы трубопроводов с кузова должно быть достаточно места. Кожухотрубный теплообменник должен иметь конструкцию, учитывающую свободный доступ не только к основным элементам, но и к остальным запасным частям. Особенно это касается устройств управления.

Область применения

Кожухотрубная продукция используется в составе сервисных сетей. Также они используются на тепловых электростанциях для обеспечения горячей водой жилых домов. Индивидуальные тепловые пункты имеют ряд преимуществ перед центральным отоплением и водоснабжением: они обеспечивают теплом здания и другие объекты намного эффективнее, чем центральная тепловая сеть.

Кроме того, теплообменники этого типа используются в нефтяной, химической и газовой промышленности. Они используются в области теплоэнергетики, где теплоносители имеют высокую скорость теплопередачи. И это далеко не все отрасли, где используется такое оборудование. Встречается в испарителях ребойлеров или конденсаторах воздушного теплообмена, ректификационных колоннах. Он нашел применение в пивоваренной и пищевой промышленности.

Увеличение коэффициента теплообмена

Промышленность не стоит на месте: модернизация теплообменников постоянно развивается. Повышение производительности достигается за счет использования следующих методов:

• создание турбулентных потоков;
• выполнение спиральных вставок, за счет которых вокруг труб образуется продольный и поперечный поток;
• производство фасонных и спиральных труб;
• использование смесей, в состав которых входят жидкости и газы;
• создают колебания поверхностей, отвечающих за теплообмен;
• пульсирующее питание работающего автомобиля.

Вышеуказанные методы позволяют увеличить коэффициент теплопередачи. Также часто используется несколько методов одновременно. Такое сочетание позволяет существенно повысить рабочие характеристики кожухотрубного нагревателя в 2-3 раза. Также стоит отметить, что некоторые методы не только повышают показатели теплоотдачи, но также могут выполнять другие полезные функции. Например, турбулентные потоки предотвращают образование отложений солей на внутренних стенках трубок, что исключает сужение просвета трубок.

Постоянное совершенствование конструкции теплообменника позволяет увеличить теплопередачу и улучшить производительность

Инструкция по изготовлению

Ниже представлены чертежи деталей для изготовления. Материал: нержавеющая сталь Х18Н9Т или 12Х18Н9Т.

Порядок сборки:

• Приготовить штуцер 7 к фланцу 3
• Прокипятите сливную трубку 10 до крышки 5
• Проварить змеевик: а) приготовить трубки 6 на фланце 3 б) приготовить трубки 6 на фланце 4
• Вставьте змеевик в кожух 1 до упора и готовьте с двух сторон
• Приварите гайку 8 к корпусу 1
• Подключение варочной панели 9 к корпусу 1
• Закройте штуцер 9, залейте воду через штуцер 7 и проверьте герметичность
• Отварите фланец 2 к корпусу 1
• Крышка отваривания 5 со сливом 10 на лайнере 1
• Заглушить гайку 8, слить воду через слив 10 и проверить герметичность.

Строительство готово.

Спиртосодержащие пары поступают через гайку 8, проходят по патрубкам 6, конденсируются и отводятся через выхлоп 10. Движение паров и воды в противотоке. Вода подается через сопло 9 и выходит через сопло 7.

Эксплуатация устройства

Трубчатый теплообменник имеет длительный срок службы. Чтобы он качественно выполнял свою роль и работал долгое время, необходимо своевременно проводить плановые ТО. Чаще всего агрегат заполняется жидкостью, не прошедшей стадии фильтрации. Это приводит к постепенному засорению труб, что не позволяет теплоносителю свободно перемещаться по системе. Необходимо своевременно и систематически проводить механическую очистку всех элементов кожухотрубного изделия. Также необходимо промыть компоненты под высоким давлением.

При необходимости ремонта трубчатого аппарата первым делом необходимо провести диагностические мероприятия. Это позволяет найти основные проблемы. Самая уязвимая часть — это трубы, которые чаще всего повреждаются. Диагностика проводится с помощью гидравлических испытаний.

Принцип работы кожухотрубных теплообменников и сфера их применения

В домашнем производстве многопроходные холодильники с поперечным потоком обычно называют кожухотрубными охладителями (KHT), а их однотрубные версии называются прямоточными или противоточными холодильниками. Следовательно, при использовании этих конструкций в качестве дефлегматоров — кожухотрубные и кожуховые дефлегматоры.

В бытовых перегонных кубах, пивных и ректификационных колоннах пар подается в эти теплообменники по внутренним трубам, а охлаждающая вода подается в кожух. Любой промышленный проектировщик-инженер по отоплению возмутился бы, так как именно в трубах может создаваться высокая скорость теплоносителя, существенно повышающая теплоотдачу и КПД системы. Однако у кубов есть свои цели, и они не всегда нуждаются в высокой эффективности.

Например, в конденсаторах орошения для паровых колонн, наоборот, требуется смягчить градиент температуры, максимально расширить зону конденсации по высоте и после конденсации необходимой части пара избежать переохлаждения орошения. Кроме того, и точно регулируют этот процесс. На первый план выходят самые разные критерии.

Среди холодильников, используемых в домашнем производстве, наиболее распространены змеевики, прямоточные и трубчатые трубы. У каждого из них своя сфера применения.

Кожух и трубка выходят на первый план в автономных системах охлаждения, так как совершенно нетребовательны к давлению воды. Как правило, для хорошей работы достаточно обычной аквариумной помпы. Кроме того, при тепловой мощности 5-6 кВт и выше кожухотрубный холодильник практически не становится альтернативой, так как длина однопроходного холодильника для использования большой мощности будет нерациональной.

Для орошающих конденсаторов заторной колонны ситуация несколько иная. При небольших диаметрах колонны, до 28-30 мм, наиболее рациональным является обычный футеровщик (в принципе, такой же футеровщик).

Для диаметров 40-60 мм дефлеммер Dimroth становится лидером. Это высокоточный охладитель с точным регулированием мощности и абсолютным сопротивлением воздуху. Димрот позволяет регулировать режимы с наименьшим количеством переохлажденной мокроты. При работе с насадочными колоннами, благодаря своей конструкции, он позволяет центрировать возврат отлива, оптимально орошая упаковку.

Кожух и трубка выходят на первый план в автономных системах охлаждения. Отлив насадки происходит не по центру колонны, а по всей плоскости. Это менее эффективно, чем у Димрота, но вполне приемлемо. Расход воды в этом режиме для пучка труб будет значительно выше, чем у Димрота.

Если вам нужен конденсатор для колонны отвода жидкости, то Dimroth вне конкуренции благодаря точности регулирования и низкому обратному охлаждению. Кожух и трубка также используются для этих целей, но переохлаждения мокроты трудно избежать, и потребление воды будет больше.

Основная причина популярности кожухотрубных узлов среди производителей бытовой техники заключается в том, что они более универсальны в использовании, а их части легко соединяются. Кроме того, использование кожухотрубных дефлекторов в устройствах типа «строительный» или «изменяющий форму» не имеет себе равных.

Расчет параметров

Долгое время кожухотрубные теплообменники считались самыми компактными из всех существующих. Однако появились пластинчатые теплообменники, которые в три раза компактнее кожухотрубных. Кроме того, конструктивные особенности такого теплообменника приводят к возникновению термических напряжений из-за разницы температур между трубами и кожухом. Поэтому при выборе такого агрегата очень важно произвести правильный расчет.

Формула для расчета площади кожухотрубного теплообменника

F — площадь поверхности теплообмена;
тав — средняя разница температур между теплоносителями;
K — коэффициент теплообмена;
Q — количество тепла.

Для выполнения теплового расчета кожухотрубного теплообменника необходимы следующие показатели:

• максимальный расход отопительной воды;
• физические характеристики теплоносителя: вязкость, плотность, теплопроводность, конечная температура, теплоемкость воды при средней температуре.

Заказывая кожухотрубный теплообменник, важно знать, какими техническими характеристиками он обладает:

• давление в трубах и обсадных трубах;
• диаметр корпуса;
• исполнение (горизонтальное / вертикальное);
• тип трубных решеток (мобильная стационарная);
• климатическое исполнение.

самостоятельно произвести грамотный расчет достаточно сложно. Для этого необходимы знания и глубокое понимание всей сути процесса его работы, поэтому лучше всего будет обратиться к специалистам.

Производитель кожухотрубных теплообменников — шведская компания Alfa Laval.

Советы и рекомендации

Все оборудование для обмена тепловой энергии довольно капризное. Сюда входят кожухотрубные устройства. При любых вмешательствах в конструкцию при ремонте следует учитывать, что это может повлиять на коэффициент теплопроводности и, как следствие, на теплообмен между носителями. Многие предприятия, а также частные лица приобретают несколько установок одновременно, чтобы быстро подключиться к другому устройству.

Следует помнить, что при настройке «конденсатного» оборудования могут возникнуть некоторые трудности. Абсолютно любая модификация предполагает увеличение или уменьшение теплоотдачи. Также следует учитывать, что изменение площади не является линейным.