2 - Трубна решітка

6 - опорна лапа;

I, II - теплоносії.

Труби відстоять один від одного на відстані кроку (відстань між центрами сусідніх труб), який найчастіше приймається рівним (1,25-1,3) dн де dн - зовнішній діаметр трубок.

Відстань від крайніх труб до кожуха приймається рівним (0,8-1,0) dн

Число труб, розташованих по периметрах правильних шестикутників, буде, таким чином, так само n = 3x 2 + 3x + 1, де x - число шестикутників.

Однак при числі шестикутників, більшому шести, кількість труб збільшується на те число, яке може бути розміщено на сегментах останнього шестикутника.

Внутрішній діаметр кожуха може бути в цьому випадку знайдений з висловлю-ня D = 2 (xt + t1), де x - число шестикутників; t - крок, t1 - відстань від крайньої труби до кожуха.

Апарат, зображений на рис.3, має нерухомі, приварені до корпусу трубні решітки. Це апарат жорсткої конструкції. Його можна при-міняти лише в разі, якщо середня різниця температур труб і кожуха не перевищує 50 ° С так як в іншому випадку виникають темпера-турне напруги внаслідок різного теплового подовження труб і кожуха.

При неоднаковому подовженні труб і кожуха можуть зруйнуватися зварні шви і порушитися щільність з'єднання труб з решіткою, що призведе до абсолютно неприпустимого змішання теплоносіїв.

Для компенсації різниці температурного подовження труб і кожуха застосовуються апарати нежорсткій конструкції, в яких труби (або кожух) можуть при необхідності вільно подовжуватися.

На рис.6 і рис.7 показані кілька способів компенсації нерівномірності подовження. Найбільш простою конструкцією є теплообмінник з лін-зовим компенсатором на корпусі (рис.6, а), що піддається пружною деформації-ції. Однак лінзові компенсатори можна застосовувати лише при невеликих надлишкових тисках в міжтрубномупросторі (не більше 1 МПа).

Більш широко застосовуються апарати з плаваючою головкою (рис.6, б і в), мають одну жорстко закріплену і другу, вільно переміщається трубні решітки. У цих апаратах можлива будь-яка різниця тим-температур теплоносіїв внаслідок вільного подовження труб незалежно від корпусу апарата. Позитивним фактором у цих ап-Параті є також можливість демонтажу трубного пучка для ремон-ту і очищення. При необхідності забезпечення особливо надійного розіб'ємо-щення трубного і міжтрубному просторів штуцер від плаваючої головки виводиться через кришку апарату за допомогою сальникового ущільнення (рис.7, г).

Малюнок 4. Способи ущільнення труб в трубних решітках:

б) розвальцюванням з отворами і канавками;

Малюнок 5. Схеми розміщення труб в трубних решітках:

а) по сторонам і вершин правильного шестикутника;

б) на всі боки і вершин квадратів;

в) по концентричних колах.

Компенсація нерівномірності подовження можлива також в теплообмін-никах з U- образними трубами, де самі труби виконують функцію компенсуючих пристроїв (рис.7, д). При цьому спрощується і полегшити-ється конструкція апарату. Однак у цього способу є і вельми серь-езние недоліки: труднощі очищення внутрішньої поверхні труб і складність розміщення великої кількості труб в трубній решітці.

Апарат, наведений на рис.3. називають також одноходовой, так як і один, і другий теплоносії проходять через апарат один раз.

Для інтенсифікації роботи теплообмінних апаратів в них встановлюються перегородки, що змушують теплоносії кілька разів проходити по апарату. Такі апарати називають багатоходовими. На рис. 8, а поки-зан чотирьохходовий по трубному простору апарат. Завдяки пере-містечкам, встановленим в кришках теплообмінника, трубний пучок розділений на окремі секції, або ходи, по яких послідовно про-ходить рідина. Зазвичай розбивку на ходи виробляють таким чином, що-б число труб в кожному ході було приблизно однаковим. Так як рідина надходить тепер в перетин труб, в кілька разів (відповідно до числа ходів) менше, то швидкість її руху в відповідне число разів зростає. Так, в чотирьохходові теплообміннику швидкість в трубах при інших рівних умовах в 4 рази більше, ніж в одноходовой з тим же числом труб. Збільшення швидкості призводить і збільшення коефіцієнта тепловіддачі і інтенсифікації теплопередачі в цілому.

Для збільшення швидкості і подовження шляху руху теплоносія в міжтрубному просторі можуть служити поперечні перегородки (рис.8, б), що представляють собою сегменти, приварені до стінок, з отворами для труб. Ці перегородки можуть служити також проміжні-ми опорами для пучка труб, оберігаючи їх від прогину. Наявність великої кількості перегородок ускладнює конструкцію апарату і збільшує його гідравлічний опір як за рахунок зростання ско-рости руху теплоносіїв, так і за рахунок збільшення числа додат-Передачі місцевих опорів. Тому зазвичай, керуючись техніко-економічними міркуваннями, число ходів обмежують п'ятьма-шістьма; в окремих випадках його доводять до восьми.

Кожухотрубні апарати можуть розташовуватися вертикально (рис.8, а) або горизонтально (рис.8, б), в залежності від місцевих умов. Крім цього, слід враховувати, що вертикально розташований апарат за-нимает менше місця, ніж горизонтальний, але зате вимагає більшої за-трати енергії для підйому рідини на велику висоту.

Найчастіше застосовують труби з діаметрами 25x2, 38x2, 57x2,5 мм, довжина труб зазвичай досягає 6 м, число їх в трубній решітці 1500 -1700 штук.

При необхідності подовження шляху теплоносіїв теплообмінники мо-гут з'єднуватися послідовно; при необхідності мати більше число труб, ніж допускається в одному апараті, встановлюється декілька апаратів, з'єднаних паралельно.

Малюнок 6. Кожухотрубні теплообмінники з компенсаційними пристроями:

а) з лінзовими компенсаторами;

б) з плаваючою головкою закритого типу;

в) з плаваючою головкою відкритого типу;

I, II - теплоносії.

Їх можна поділити на дві групи:

1) апарати з зануреними змеевиками;

2) зрошувальні апарати.

У погружном змеевиковом апараті (рис.9) один теплоносій рухається по спіральному змійовика, виконаному з труб діаметром (15-75 мм), який занурений в рідину, що знаходиться в корпусі апарату. Внаслідок великого обсягу корпусу швидкість рідини в ньому невелика, що призводить до низьких значень коефіцієнта тепловіддачі зовні змійовика.

Для збільшення швидкості рідини і інтенсифікації процесу теплопередачі-редачі встановлюють в корпусі спеціальний внутрішній стакан, умень-шує перетин для проходу рідини в корпусі апарату.

Переваги заглибних змієвикових теплообмінників полягають в простоті пристрою, дешевизні виготовлення, доступності поверхні теплообміну для очищення та ремонту, а також у малій чутливості до зміни режиму внаслідок наявності великого об'єму рідини в посудині.

Недоліки цих апаратів: малі коефіцієнти теплопередачі, так як тепло в міжтрубномупросторі практично передається шляхом вільної конвекції; труднощі очищення внутрішньої поверхні труб, громіздкість.

Зрошувальні теплообмінники (рис.10) є змійовики з розміщених один над одним прямих труб, з'єднаних між собою пос-ледовательно зварюванням або на фланцях за допомогою сполучних колін (калачів). Застосовують їх найчастіше в якості холодильників і кондом-саторі.

Труби, по яких рухається охолоджуване речовина, розташовані у вигляді паралельних вертикальних секцій (на малюнку показана одна секція) з загальними колекторами для підведення і відведення охолоджувальної середовища. Зверху змеевики зрошуються водою, рівномірно розподіляється у вигляді крапель і струменів по поверхні труб за допомогою жолоби з зубчастими краями.

Стікає по поверхні труб вода охолоджує речовину, що проходить по трубах, і збирається в піддоні (кориті), встановленому під змеевиками.

Витрата води в цих холодильниках значно менше в порівнянні з холодильниками інших типів, так як близько (1-2)% охолоджуючої води випаровується з поверхні труб, відводячи приблизно половину всього тепла.

Порівняно мала витрата води, простота конструкції, легкість ос-Мотря й очищення зовнішньої поверхні труб (при з'єднанні труб на фланцях легко очищається і внутрішня поверхня труб) - все це можна віднести до переваг даної конструкції теплообмінників. Однак суттєвими недоліками їх є громіздкість, слабке участь в теплопередачі нижніх поверхонь труб, особливо при невеликих расхо-дах води; прискорена корозія труб, підвищена вологість і забруднений-ність атмосфери цеху в результаті випаровування технічної води.

Малюнок 7. Кожухотрубчасті теплообмінники з компенсаційними пристроями (продовження):

а) з сальниковим компенсатором;

б) з U-подібними трубами;

I, II - теплоносії.

Малюнок 8. Кожухотрубні теплообмінники з нерухомими трубними решітками:

а) багатоходової по трубному простору;

б) багатоходової по міжтрубному просторі;

I, II - теплоносії.

Малюнок 9. змеевиковую теплообмінник:

1 - спіральний змійовик;

2 - корпус апарату;

3 - внутрішній стакан;

4 - конструкція для кріплення змійовика.

Малюнок 10. Зрошувальний теплообмінник:

2 - сполучна коліно;

Зазвичай їх встановлюють на відкритому повітрі і захищають деревян-ними гратами, щоб зменшити винесення води у вигляді бризок.

Апарати повітряного охолодження

Для конденсації і охолодження робочих середовищ застосовують в основному апарати з водяним охолодженням. Обмежені ресур-си технічної води і суттєві капітальні витрати на створення систем оборотного водопостачання вимагають пошуку інших способів охолодження. У деяких випадках доцільно застосовувати теплообмінні апарати повітряного охолодження (АВО). У цих апаратах охолодження продукту, що протікає всередині трубного пучка, здійснюється за рахунок обдування пучка труб зовні потоком повітря, що подається потужними вентиляторами.

Залежно від розташування обребрена трубного пучка АВО класифікуються на горизонтальні, вертикальні (малогабаритні) і з похилим розташуванням трубного пучка (шатрові, звивисті).

На рис.11 показано пристрій апарату повітряного охолодження з горизонтальним розташуванням трубного пучка (секції) - АВГ. Апарат складається з декількох секцій 1 з горизонтально розташованими оребренними трубами 2. Кінці труб кожної секції развальцовани в двох трубних решітках прямокутної форми. До трубним грат через фланцеве з'єднання на болтах кріплять кришки 3 з штуцерами для введення і виведення охолоджувальної рідини. Трубні секції монтують на рамі 4, що спирається на стійки 5. Секції кріплять до рам жорстко тільки з одного кінця, що забезпечує вільне теплове розширення елементів секції при нагріванні. До рами і стійок кріплять всмоктуючий колектор 6 і дифузор 7 вентилятора:

На окремому фундаменті 8 змонтований осьовий вентилятор, робоче колесо якого 9 насаджено на вертикальний вал редуктора 10. Привід здійснюється від спеціального двохшвидкісний електродвигуна 11.

Вентилятор нагнітає повітря через міжтрубний простір секцій, за рахунок чого відбувається охолодження гарячої рідини в трубах до температури, на 10-20 ° С перевищує температуру навколишнього повітря.

Для зниження температури охолоджуючого повітря на виході з вентилятора в літній період його можуть зволожувати. Знесолена вода в зволожувач подається з окремої системи водопідготовки. Зволожувач являє собою трубу з отворами, спрямованими в бік осі повітряного потоку. У зимовий час для запобігання заморожування рідини всередині труб в секціях, повітря на виході з вентилятора можна підігрівати, розташувавши в дифузорі 7 змійовик з паровим підігрівом.

Кількість подається через апарат повітря регулюється низкою пристроїв, в тому числі поворотом лопатей вентилятора. Поворот лопатей може виконуватися при зупиненому вентиляторі: або вручну, або спеціальним механізмом дистанційного повороту лопатей. Іншим пристроєм для регулювання кількості повітря, що проходить через секції, є жалюзі, встановлені зверху секції.

Малюнок 11. Апарат повітряного охолодження горизонтального типу (АВГ)

2 - оребрені труби;

6 - всмоктуючий колектор;