Кожухотрубчасті теплообмінні апарати, їх типи і конструктивне виконання - студопедія

Кожухотрубчасті теплообмінники - найбільш поширена конструкція теплообмінної апаратури. За ГОСТ 9929 сталеві кожухотрубчасті теплообмінні апарати виготовляють наступних типів [10, 11]: ТН - з нерухомими трубними решітками; ТК - з температурним компенсатором на кожусі; ТП - з плаваючою головкою; ТУ - з U-подібними трубами; ТПК - з плаваючою головкою і компенсатором на ній (рисунок 2.49).

ТН - з нерухомими трубними решітками

ТК - з температурним компенсатором на кожусі

ТП - з плаваючою головкою

ТУ - з U-подібними трубами

ТПК - з плаваючою головкою і компенсатором на ній

Малюнок 2.49 - Типи кожухотрубчастих ТОА

Залежно від призначення кожухотрубчасті апарати можуть бути теплообмінниками, холодильниками, конденсаторами і випарниками; їх виготовляють одно- і багатоходовими.

Малюнок 2.50 - Двохходовий горизонтальний теплообмінник типу ТН

Двохходовий горизонтальний теплообмінник з нерухомими трубними решітками (типу ТН - малюнок 2.50) складається з циліндричного зварного кожуха 5, розподільної камери 11 і двох кришок 4. Трубний пучок (рисунок 2.51) утворений трубами 7, закріпленими в двох трубних решітках 3. Трубні решітки приварені до кожуха. Кришки, розподільна камера і кожух з'єднані фланцями. У кожусі і розподільної камері виконані штуцера для введення і виведення теплоносіїв з трубного (штуцера 1, 12) і межтрубного (штуцера 2, 10) просторів. Перегородка 13 в розподільній камері утворює ходи теплоносія по трубах (рисунок 2.52). Для герметизації вузла з'єднання поздовжньої перегородки з трубної гратами використана прокладка 14, укладена в паз решітки 3.

Малюнок 2.51 - Трубний пучок

Малюнок 2.52 - Здвоєний ТОА

Малюнок 2.53 - Трубна решітка

Теплообмінники цієї групи виготовляють на умовний тиск 0,6-4,0 МПа, діаметром 159-1200 мм, з поверхнею теплообміну до 960 м 2; довжина їх до 10 м, маса до 20 т. Теплообмінники цього типу застосовують до температури 350 ° С.

Особливістю апаратів типу ТН є те, що труби жорстко з'єднані з трубними решітками (рисунок 2.53), а грати - з корпусом. У зв'язку з цим виключена можливість взаємних переміщень труб і кожуха; тому апарати цього типу називають ще теплообмінниками жорсткої конструкції.

Оскільки інтенсивність тепловіддачі при поперечному обтіканні труб теплоносієм вище, ніж при поздовжньому, в міжтрубному просторі теплообмінника встановлені зафіксовані стяжками 5 поперечні перегородки 6, що забезпечують зигзагообразное по довжині апарату рух теплоносія в міжтрубному просторі.

На вході теплообмінного середовища в міжтрубний простір передбачений відбійник 9 - кругла або прямокутна пластина, що оберігає труби від місцевого ерозійного зношування.

Перевагою апаратів цього типу є простота конструкції і, отже, менша вартість.

Однак їм притаманні два великих недоліки. По-перше, очищення міжтрубному простору подібних апаратів складна, тому теплообмінники такого типу застосовуються в тих випадках, коли середовище, що проходить через міжтрубний простір, є чистою, не агресивного, т. Е. Коли немає необхідності в чищенні.

По-друге, істотна відмінність між температурами трубок і кожуха в цих апаратах призводить до більшого подовження трубок в порівнянні з кожухом, що обумовлює виникнення температурних напружень в трубній решітці 5, порушує щільність вальцювання труб в решітці і веде до потрапляння однієї теплообменівающіхся середовища в іншу. Тому теплообмінники цього типу застосовують при різниці температур теплообменівающіхся середовищ, що проходять через трубки і міжтрубний простір не більше 50 ° C і при порівняно невеликій довжині апарату.

1 - кожух; 2 - трубки; 3 - трубна решітка; 4 - кришки; 5 - штуцер; 6 - лінзовий компенсатор; 7 - U-подібні трубки; 8 - плаваюча головкаа) - з лінзовим компенсатором на кожусі (ТК); б) - з плаваючою головкою (ТП); в) - з U-подібними трубками (ТУ) Малюнок 2.54 - Основні типи кожухотрубчастих теплообмінних апаратів

Кожухотрубчасті апарат з лінзовим компенсатором на корпусі (типу ТК) представлений на малюнку 2.54а. Такі апарати мають циліндричний кожух 1, в якому розташований трубний пучок 2; трубні решітки 3 з розвальцьованої трубками кріпляться до корпусу апарата. З обох кінців теплообмінний апарат закритий кришками 4. Апарат обладнаний штуцерами 5 для теплообменівающіхся середовищ; одне середовище йде по трубках, інша проходить через міжтрубний простір.

Теплообмінні апарати з температурним компенсатором типу ТК мають нерухомі трубні решітки та забезпечені спеціальними гнучкими елементами 6 (лінзами) для компенсації різниці в подовженні кожуха і труб, що виникає внаслідок відмінності їх температур. Найбільш часто в апаратах типу ТК використовують одно- і багатоелементні лінзові компенсатори (рисунок 2.55), що виготовляються обкаткою з коротких циліндричних обичайок. Лінзовий елемент, показаний на малюнку 2.55б, зварений з двох підлозі лінз, отриманих з листа штампуванням.

а - однолінзовий; б - зварений з двох полулінз; в - двохлінзовий Малюнок 2.55 - Компенсатори

Компенсирующая здатність лінзового компенсатора приблизно пропорційна числу лінзових елементів в ньому, проте застосовувати компенсатори з числом лінз більше чотирьох не рекомендується, так як різко знижується опір кожуха вигину. Для збільшення компенсує здібності лінзового компенсатора він може бути при складанні кожуха попередньо стиснутий (якщо призначений для роботи на розтягнення) або розтягнутий (при роботі на стиск).

При установці лінзового компенсатора на горизонтальних апаратах в нижній частині кожної лінзи свердлять дренажні отвори з заглушками для зливу води після гідравлічних випробувань апарату.

Теплообмінники з U-подібними трубками типу ТУ (рисунок 2.56) мають одну трубну решітку, в яку завальцьовані обидва кінці U-образних трубок 7, що забезпечує вільне подовження трубок при зміні їх температури. Недоліком таких апаратів є труднощі чищення внутрішньої поверхні труб, внаслідок якої вони використовуються переважно для чистих продуктів.

Малюнок 2.56 - Теплообмінний апарат типу ТУ

Теплообмінники цього типу можуть бути в горизонтальному і вертикальному виконанні. Їх виготовляють діаметром 325-1400 мм з трубами довжиною 6-9 м, розрахованих на умовний тиск до 6,4 МПа і для робочих температур до 450 ° С. Маса теплообмінників до 30 т.

Для забезпечення роздільного введення і виведення теплоносія в розподільній камері передбачена перегородка (рисунок 2.57).

Теплообмінники типу ТУ є Двоходові по трубному простору і одно- або Двоходові по міжтрубному просторі.

Малюнок 2.57 - Трубний пучок з U-подібними трубами

В апаратах типу ТУ забезпечується вільне температурне подовження труб: кожна труба може розширюватися незалежно від кожуха і сусідніх труб. Різниця температур стінок труб по ходам в цих апаратах не повинна перевищувати 100 ° С. В іншому випадку можуть виникнути небезпечні температурні напруги в трубній решітці внаслідок температурного стрибка на лінії стику двох її частин.

Перевагою конструкції апарату типу ТУ є можливість періодичного вилучення трубного пучка (див. Рисунок 2.57) для очищення зовнішньої поверхні труб або повної заміни пучка. Однак слід зазначити, що зовнішня поверхня труб в цих апаратах незручна для механічного очищення.

Оскільки механічна очистка внутрішньої поверхні труб в апаратах типу ТУ практично неможлива, в трубне простір таких апаратів слід направляти середовище, не утворить відкладень, які вимагають механічної очистки.

Внутрішню поверхню труб в цих апаратах очищають водою, водяною парою, гарячими нафтопродуктами або хімічними реагентами. Іноді використовують гідравлічний спосіб (подача в трубне простір потоку рідини містить абразивний матеріал, тверді кулі та ін.).

Один з найбільш поширених дефектів кожухотрубчасті теплообмінника типу ТУ - порушення герметичності вузла з'єднання труб з трубною решіткою через досить значних згинальних напружень, що виникають від маси труб і протікає в них середовища. У зв'язку з цим теплообмінні апарати типу ТУ діаметром від 800 мм і більше для зручності монтажу і зменшення згинальних напружень в трубному пучку постачають роликовими опорами.

До недоліків теплообмінних апаратів типу ТУ слід віднести відносно погане заповнення кожуха трубами через обмеження, обумовлених вигином труби. Зазвичай U-образні труби виготовляють гнучкою труб в холодному або нагрітому стані.

До істотних недоліків апаратів типу ТУ також слід віднести неможливість заміни труб (за винятком зовнішніх труб) при виході їх з ладу, а також складність розміщення труб, особливо при великому їх числі.

Через зазначених недоліків теплообмінні апарати цього типу не знайшли широкого застосування.

Теплообмінні апарати з плаваючою головкою типу ТП (з рухомою трубної гратами) є найбільш поширеним типом поверхневих апаратів (рисунок 2.58). Рухома трубна решітка дозволяє трубному пучку вільно переміщатися незалежно від корпусу. В апаратах цієї конструкції температурні напруги можуть виникати лише при істотному розходженні температур трубок.