Материал: borisenko

т.е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между жидкостями, парами, газами в любом сочетании в широком диапазоне давлений и температур.

Поверхность теплообмена кожухотрубчатых теплообменников

F = p×dср×l×n,

где l, n - длина труб и их число,

dср= (dн + d)/2 - средний диаметр трубы.

Наиболее популярны трубы с наружным диаметром 20 и 25 мм, толщиной стенки 2 мм. Длина труб стандартных теплообменников - от 1 до 9 метров, диаметр кожуха - от 16 см до 3 м. С увеличением длины труб и уменьшением диаметра кожуха стоимость теплообменника снижается (наиболее дешевы аппараты с длиной труб 5¸7 м). Приемлемые значения коэффициентов теплоотдачи в этих аппаратах обеспечи-

ваются при движении жидких теплоносителей со скоростями w ³ 0.5 м/с, а газообразных – с w = 8¸30 м/с. Для увеличения скорости движения теплоносителей в трубах кожухотрубчатые теплообменники комплектуются распределительной камерой с продольными перегородками, обеспечивающими несколько (2, 4, 6) ходов по трубному пространству. Поскольку интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании труб выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве устанавливаются поперечные перегородки, обеспечивающие зигзагообразное движение теплоносителя.

Типы кожухотрубчатых теплообменников: Н, ТН - с неподвижными трубными решетками; К, ТК - с температурным компенсатором на кожухе; П, ТП - с плавающей головкой; ПК - с компенсатором на плавающей головке; У, ТУ - с U- образными трубами. В аппаратах типа Н и К трубы в трубных решетках размещают только

Продолжение таблицы 3.1

3.2.1 Теплообменники типа Н

Рисунок 3.2 Двухходовой горизонтальный теплообменник типа Н

1,12 – крышка; 2 – распределительная камера; 3,16 – штуцер выхода ивхода в трубы; 4,9 – перегородка; 5 – кожух; 6 – труба; 7 – опора;8 – стяжка; 10,14 – штуцер выхода и входа в межтрубное пространство;

11,15 – трубная решетка; 13 – отбойник; 17,18 – фланец.

Особенностью аппаратов типа Н (рисунок 3.2) является жесткое соединение труб с трубными решетками и решеток с кожухом (сваркой). В них исключается возможность взаимного перемещения труб и кожуха, поэтому их еще называют теплообменниками жесткой конструкции. Для уменьшения количества теплоносителя, проходящего между трубным пучком и кожухом (минующего основную поверхность теплообмена), в этом пространстве размещают специальные заполнители: продольные полосы, приваренные к стенке кожуха, или глухие трубы (рисунок 3.3). Отбойник (круглая или прямоугольная пластина на входе в межтрубное пространство), защищает трубы от местного эрозионного изнашивания.

47

опасность растрескивания тем меньше, чем меньше зазор). Для обеспечения качественной развальцовки и возможности замены труб материал решетки должен быть тверже материала труб. Высота выступа трубы над решеткой обычно равна толщине трубы. При давлениях до 0.6 МПа применяют развальцовку в гладких отверстиях (иногда с отбортовкой выступа) , см. рисунок 3.4а. Прочность и герметичность соединения значительно возрастают при развальцовке в отверстиях с канавками глубиной 0.5 мм (рисунок 3.4б). Трубы развальцовывают на глубину 1.5× dн или на всю толщину решетки, если она меньше 1.5× dн. Со стороны межтрубного пространства оставляют поясок шириной 3 мм, чтобы не подрезать трубу. Для исключения коррозии по причине проникновения среды между трубой и трубной решеткой развальцовку выполняют двумя поясками: шириной 1.5× dн со стороны распределительной камеры и 0.75× dн со стороны межтрубного пространства.

Рисунок 3.4 Способы крепления труб в трубной решетке

а) развальцовка в гладких отверстиях; б) развальцовка в отверстиях с канавками; в) развальцовка со сваркой; г) сварка; д) пайка; е) склеивание.

При креплении труб в решетке сваркой с развальцовкой (рисунок 3.4в) вначале выполняют развальцовку. Пайку концов труб в решетках (рисунок 3.4д) применяют при изготовлении теплообменников из меди и ее сплавов, склеивание (рисунок 3.4е) – из стекла и пластмасс.

Поперечные перегородки в межтрубном пространстве (рисунок 3.5) не только обеспечивают движение теплоносителя в направлении, перпендикулярном оси труб,

48

и увеличение его скорости, но и выполняют роль опор трубного пучка, обеспечивая неизменность расстояния между трубами. Они также уменьшают вибрацию труб, которая представляет серьезную опасность в случаях, когда по межтрубному пространству с большой скоростью движется газ.

Рисунок 3.5 Поперечные перегородки в межтрубном пространстве

а) сегментные; б) секторные; в) кольцо-диск; г) сплошные (для чистых жидкостей)

Наиболее широко на практике применяют сегментные перегородки, см. рисунок 3.5а. Высота удаляемого сегмента - примерно 1/3 диаметра кожуха D, расстояние между перегородками - около 0.5×D. Утечки теплоносителя в зазорах между перегородками и кожухом ухудшают условия теплообмена, поэтому величина зазора ограничи-

вается (при D £ 600 мм он не должен превышать 1.5 мм). Толщина перегородок в межтрубном пространстве, а также продольных перегородок распределительных камер не должна быть меньше 6 мм.

Теплообменники типа Н просты по устройству и сравнительно дешевы, но имеют два крупных недостатка: 1) наружная поверхность труб недоступна для механической очистки; 2) область их применения ограничена разностью средних температур теплоносителей 50 оС по причине возникновения в кожухе и трубах так называемых температурных напряжений (при разных температурах стенок труб и кожуха их температурные деформации неодинаковы). Для уменьшения температурных напряжений при пуске аппаратов типа Н рекомендуют сначала заполнять межтрубное пространство (для выравнивания температур кожуха и труб). Если расчетная разность температур кожуха и труб превышает 30о С, рекомендуется использовать теплообменники с частичной (тип К, ПК) или полной компенсацией температурных напряжений (тип П,У).

3.2.2 Теплообменники с компенсацией температурных напряжений

Между двумя частями кожуха теплообменников типа К вваривают линзовый компенсатор с обтекателем, уменьшающим гидравлическое сопротивление. Одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы (рисунок 1.6а,б) изготавливают обкаткой коротких цилиндрических обечаек. Компенсирующая способность с ростом числа элементов увеличивается, однако применять компенсаторы с числом линз более 4-х не рекомендуется, т.к. резко снижается сопротивление кожуха изгибу. В нижней части компенсаторов горизонтальных аппаратов имеются дренажные отверстия с заглушками для слива затекающего за обтекатель теплоносителя.

49

Рисунок 3.6 Конструкции компенсаторов

а) однолинзовый; б) двухлинзовый; в) из двух полулинз; г) из плоских колец; д) из сферических элементов; е) из трубы.

Кроме линзовых, в аппаратах типа К используют следующие компенсаторы, см. рисунок 3.6в,г,д,е:

-сваренные из двух полулинз, полученных из листа штамповкой;

-из плоских колец, соединенных пластиной;

-сваренные из двух полусферических элементов;

-тороидальные, изготовленные из согнутой трубы с вырезанной внутренней поверхностью.

Эти компенсаторы дешевле линзовых, но из-за наличия сварных швов не могут выдерживать больших напряжений.

Каппаратам, обеспечивающим частичную компенсацию температурных деформаций за счет гибких элементов относится также те-

плообменник с расширителем на кожухе (ри-

сунок 3.7). Дополнительное преимущество

трубной решетке. Теплообменники с компенсаторами и расширителями дороже аппаратов типа Н, но допускают гораздо больший перепад температур стенок труб и кожуха. Область их применения ограничена давлением теплоносителей 2.5 МПа.

В кожухотрубчатых теплообменниках типа П (с плавающей головкой) температурные деформации кожуха и труб практически исключены, т.к. только одна трубная решетка приварена к корпусу, а другая имеет возможность свободного осевого перемещения, см. рисунок 3.8. Подвижная трубная решетка вместе с присоединенной к ней крышкой образует "плавающую головку", которая перемещается внутри кожуха при нагревании и удлинении труб. Однако компенсация температурных деформаций в аппаратах типа П не является полной, т.к. различие темпе-

50