Теплообменник кожухотрубный принцип работы

Рабочий принцип кожухотрубчатого трубного змеевика, его плюсы и минусы

Теплообменные аппараты – это устройства, которые служат для теплопередачи от носителя тепла (горячего вещества), к веществу холодному (нагреваемому). В качестве тепловых носителей могут применяться газ, пары или жидкость. На данное время самое большое распространение из всех вариантов теплообменных аппаратов получили кожухотрубные. Рабочий принцип кожухотрубчатого трубного змеевика состоит в том, что холодный и горячий тепловые носители двигаются по двум разным каналам. Процесс теплопередачи происходит между стенками таких каналов.

Виды и типы кожухотрубных теплообменных аппаратов

Теплообменный аппарат – очень не простое устройство, и есть очень много его разновидностей. Кожухотрубные теплообменные аппараты относятся к виду рекуперативных. Дробление теплообменных аппаратов на виды производится в зависимости от направления движения носителя тепла. Они могут быть:

• перекрестноточными;
• противоточными;
• прямоточными.

Кожухотрубные теплообменные аппараты получили подобное название вследствие того, что тонкие трубки, по которой двигается тепловой носитель, находятся внутри ключевого кожуха. От того, какое кол-во трубок расположено по середине кожуха, зависит то, с какой скоростью будет перемещаться вещество. От скорости движения вещества зависит, со своей стороны, коэффициент передачи тепла.

Для производства кожухотрубных теплообменных аппаратов применяются легированные и очень прочные стали. Такие разновидности сталей применяется вследствие того, что такие устройства, в основном, работают в очень агрессивной обстановке, которая способна вызывать коррозию.
Теплообменные аппараты делятся также на типы. Делают следующие типы этих устройств:

• c температурным кожуховым компенсатором;
• c неподвижными трубками;
• c U-образными трубками;
• c плавающей головкой.

Плюсы кожухотрубных теплообменных аппаратов

Кожухотрубные агрегаты в наше время пользуются большим спросом, и многие потребители любят собственно этот тип агрегата. Подобный выбор не случайный – кожухотрубные агрегаты имеют много положительных качеств.

Ключевым, и наиболее весомым положительным качеством считается большая устойчивость такого типа агрегатов к гидравлическим ударам. Большинство производимых сегодня видов теплообменных аппаратов таким качеством не обладают.

Еще одним хорошим качеством считается то, что кожухотрубные агрегаты не нуждаются в чистой обстановке. Большинство приборов в агрессивной среде работают нестабильно. К примеру, пластинчатые теплообменные аппараты этим свойством не обладают, и могут работать исключительно в чистых средах.
Третьим весомым преимуществом кожухотрубных теплообменных аппаратов считается их большая эффективность. По уровню эффективности его можно сопоставить с пластинчатым теплообменным аппаратом, который по большинству показателей является самым эффективным.

Подобным образом, можно с решительностью говорить про то, что кожухотрубные теплообменные аппараты считаются одними из наиболее надежных, долговечных и высокоэффективных агрегатов.

Минусы кожухотрубных агрегатов

Не обращая внимания на все плюсы, такие устройства имеют и определенные минусы, о которых также необходимо упомянуть.

Первый, и наиболее существенный минус – внушительные размеры. В большинстве случаев от применения подобных агрегатов необходимо отказываться собственно из-за больших габаритов.

Второй минус – высокая емкость металла, которая считается основой большей стоимости кожухотрубных теплообменных аппаратов.

Рекомендации и советы

Теплообменные аппараты, также и кожухотрубные, устройства довольно «капризные». Когда нибудь им требуется ремонт, а он за собой влечет конкретные результаты. Наиболее «слабая» часть трубного змеевика – трубки. Непосредственно они очень часто и являются источником проблемы. При выполнении работ по ремонту обязательно необходимо взять во внимание, что в результате любого вмешательства может сократиться теплообмен.

Зная эту характерность агрегатов, большинство опытных потребителей предпочитает покупать теплообменные аппараты с «запасом».

Необходимо еще отметить, что могут появляться определенные проблемы при регулировании подобных теплообменных аппаратов «по конденсату». При любых изменениях исходя из этого меняется и площадь теплопередачи. При этом следует читывать, что меняется площадь нелинейно.

Сделать кожухотрубный теплообменный аппарат собственными силами тяжело, а в большинстве случаев просто нереально. Это не простое устройство, при изготовлении которого обязаны быть неукоснительно выполнены все шаги тех. процесса.

Кожухотрубный (кожухотрубчатый) теплообменный аппарат. Устройство и рабочий принцип

Кожухотрубные теплообменные аппараты относятся к очень популярным аппаратам. Их используют для теплопередачи и термохимических процессов между разными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.

Кожухотрубные теплообменные аппараты возникли в начале 20 века в связи с потребностью тепловых станций в теплообменных аппаратах с большой поверхностью, например, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно большом давлении. Кожухотрубные теплообменные аппараты используются в качестве конденсаторов, подогревателей и атомайзеров. Сейчас их конструкция в результате специализированных разработок с учетом опыта эксплуатации стала гораздо намного совершеннее. В те же годы настало широкое промышленное использование кожухотрубных теплообменных аппаратов в нефтедобывающей промышленности. Для эксплуатирования в тяжёлых условиях понадобились нагреватели и охладители массы, атомайзеры и конденсаторы для самых разных фракций сырой нефти и сопутствующих органических жидкостей. Теплообменным аппаратам часто доводилось работать с грязными жидкостями при больших температурах и давлениях, и благодаря этому их нужно было конструировать таким образом, чтобы обеспечить простота ремонта и чистки.

Со временем кожухотрубные теплообменные аппараты стали довольно широко используемым типом аппаратов. Это вызвано в первую очередь надежностью конструкции, большим набором вариантов выполнения для самых разных эксплуатационных условий, в особенности:

• однофазные потоки, кипение и конденсация по холодной и горячей сторонам трубного змеевика с по вертикали или горизонтальным исполнением
• диапазон давления от вакуума до высоких значений
• в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обоим сторонам вследствии широкого разнообразия вариантов
• удовлетворение требований по термическим напряжениям без весомого увеличения стоимости аппарата
• размеры от малых до предельно больших (5000 м 2 )
• возможность использования разных материалов соответственно с требованиями к цене, коррозии, режиму температур и давлению
• применение развитых поверхностей теплопередачи как изнутри труб, так и с наружной стороны, разных интенсификаторов и т.д.
• возможность извлечения пучка труб для очищения и ремонта

Однако такое большое разнообразие условий использования кожухотрубных теплообменных аппаратов и их конструкций никоим образом не должно вычеркивать поиск иных, других решений, например, как использование пластинчатых, спиральных или миниатюрных теплообменных аппаратов в том случае, когда их характеристики оказываются оптимальными и их использование может привести к экономически самым прекрасным решением.

Кожухотрубные теплообменные аппараты состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в таких аппаратах разобщены, причем любое из них может быть поделено перегородками на несколько ходов. Традиционная схема кожухотрубчатого трубного змеевика показана на рисунке:

Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч метров квадратных. Так, конденсатор паровой турбины мощностью 150 Мвт состоят из 17 тысяч труб с общей поверхностью теплопередачи около 9000 м 2 .

Схемы кожухотрубчатых аппаратов самых популярных типов показаны на рисунке:

Кожух (корпус) кожухотрубчатого трубного змеевика собой представляет трубу, сваренную из нескольких либо одного листов стали. Кожухи отличаются в основном способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стены кожуха определяется давлением среды работы и диаметром кожуха, но принимается не меньше 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединений с крышками или днищами. На поверхности с наружной стороны кожуха закрепляют опоры аппарата.

Трубчатка кожухотрубчатых теплообменных аппаратов делается из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные трубы из бесшовного проката.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в несколько раз больше проходного сечения изнутри труб. Благодаря этому при равных расходах тепловых носителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты отдачи тепла на поверхности межтрубного пространства невысокие, что уменьшает общий коэффициент передачи тепла в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого трубного змеевика содействует увеличению скорости носителя тепла и повышению эффективности теплопередачи.

Трубные доски (решётки) служат для закрепления в них пучка труб с помощью развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху (рис. а, в), зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки (рис. б, г) или объединяют болтами исключительно с фланцем свободной камеры (рис. д, е). материалом досок служит в большинстве случаев листовая сталь толщиной не меньше 20 мм.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты могут быть жёсткой (рис. а, к), нежесткой (рис. г, д, е, з, и) и полужесткой (рис. б, в, ж) конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.

На рисунке а) изображен одноходовой теплообменный аппарат с прямыми трубками жёсткой конструкции. Кожух и трубки связаны трубными решётками и благодаря этому нет возможности компенсации тепловых удлинений. Подобные аппараты просты по устройству, но используются исключительно при относительно небольших разностях температур между корпусом и пучком труб (до 50 о С). Они имеют невысокие коэффициенты передачи тепла вследствии маленькой скорости носителя тепла в межтрубном пространстве.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в несколько раз больше проходного сечения трубок. Благодаря этому при похожих расходах тепловых носителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, коэффициенты отдачи тепла на поверхности межтрубного пространства низкие, что уменьшает коэффициент передачи тепла в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве содействует увеличению скорости носителя тепла и повышению коэффициента передачи тепла. На рисунке 1,б изображен теплообменный аппарат с поперечными перегородками в межтрубном пространстве и полужесткой мембранной компенсацией тепловых удлинений вследствии некоторой свободы перемещения верхней трубной доски.

В парожидкостных теплообменниках пар проходит в большинстве случаев в межтрубном пространстве, а жидкость – по трубам. Разница температур стены корпуса и труб в большинстве случаев значительна. Для компенсации разности тепловых удлинений между кожухом и трубами устанавливают линзовые (рис. в), сальниковые (рис. з, и) или сильфонные (рис. ж) компенсаторы.

Для устранения стрессов в металле, обусловленных тепловыми удлинениями, делают также с одной камерой теплообменные аппараты с гнутыми U- и W-образными трубами. Они целесообразны при больших давлениях тепловых носителей, так как изготовление водяных камер и крепление труб в трубных досках в аппаратах большого давления – операции непростые и не дешёвые. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут получить большого распространения из-за трудности изготовления труб с различными радиусами гиба, трудности замены труб и неудобства чистки гнутых труб.

Компенсационные устройства сложны в изготовлении (мембранные, сильфонные, с гнутыми трубами) или недостаточно надежны в работе (линзовые, сальниковые). Более совершенна конструкция трубного змеевика с жёстким креплением одной трубной доски и свободным перемещением второй доски одновременно с внутренней крышкой трубной системы (рис. е). определённое подорожание аппарата из-за увеличения диаметра корпуса и изготовления добавочного днища оправдывается обычностью и надежностью в работе. Такие аппараты получили наименование теплообменных аппаратов «с плавающей головкой». Теплообменные аппараты с поперечным током (рис. к) выделяются очень высоким показателем отдачи тепла на поверхности с наружной стороны потому, что тепловой носитель двигается поперек пучка труб. При перекрестном токе уменьшается разница температур между тепловыми носителями, но при достаточном числе трубных секций отличие по сравнению с противотоком невелико. В определенных конструкциях подобных теплообменных аппаратов при протечке газа в межтрубном пространстве и жидкости в трубах для увеличения коэффициента отдачи тепла используют трубы с поперечными ребрами.

Кожухотрубный теплообменный аппарат: рабочий принцип аппарата

Кожухотрубный теплообменный аппарат — данное устройство обмена тепла между 2-мя различными потоками. Происходит нагрев одной среды благодаря охлаждающему агенту другой. Две разные среды могут менять своё агрегатное состояние, однако в процессе энергопередачи смешивания не случается. Обмен теплом выполняется через стены устройства. Трубы часто исполняются ребристыми, чтобы сделать больше площадь теплопередающей поверхности.

Виды теплообменных аппаратов

Теплообменные аппараты бывают разных видов. Их диаметр может составлять от 159 до 3000 мм. Максимальное давление — 160 кг/см 2 . Длина колеблется от нескольких десятков до 10 000 мм. Виды агрегатов:

1. Со спрятанными решётками, сделанными в виде трубы.
2. Устройство кожухотрубного трубного змеевика может учитывать наличие температурного компенсатора.
3. Прибор, оборудованный плавающей головкой.
4. С U-образной формой устройства.
5. Комбинированный. В нём есть компенсатор и встроенная плавающая головка.

В данном видео вы будете знать, как классифицируются теплообменные аппараты:

Конструкция кожухотрубного трубного змеевика, в котором есть трубные решётки, имеет жёсткую сцепку всех компонентов. Подобные аппараты очень часто применяются в нефтяной или химической промышленности. Данный тип устройства занимает ориентировочно три четверти всего рынка. У этого вида трубные решётки привариваются внутри к стенкам корпуса, а к ним на жёсткой сцепке прикреплены теплообменные трубы. Это дает возможность избежать каких-нибудь сдвигов всех составных компонентов изнутри корпуса.

Кожухотрубчатый теплообменник возмещает удлинение от тепла продольным сжатием либо же при помощи специализированных эластичных вставок в расширителях. Это полужесткая конструкция.

Устройство с плавающей головкой считается более совершенными. Плавающая головка — это специализированная подвижная решётка. Она передвигается по всей трубной системе одновременно с крышкой. Такой аппарат дороже, но и гораздо надёжнее.

Есть теплообменные аппараты с одним ходом и многоходовые

У аппарата с U-образной трубной системой два конца привариваются к одной решётке. Поворотный угол составляет 180°, а радиус — от 4 диаметров трубы. Благодаря подобной конструкции трубы изнутри корпуса могут свободно удлиняться.

Есть одноходовые и многоходовые теплообменные аппараты. Выбор зависит от направления перемещения носителя тепла изнутри аппарата. В одноходовом наполнитель двигается по самому короткому пути. Самый явный пример данного типа устройств — это бойлер ВВП, который применяется в системах обогрева. Такой аппарат рекомендуется использовать в местах, где не требуется больший коэффициент теплопередачи (разница между температурой внешней среды и носителем тепла самая маленькая).

В многоходовых аппаратах присутствуют специализированные поперечные перегородки. Они предоставляют перенаправление потока носителя тепла. Применяются там, где нужна высокая скорость теплопередачи. Также трубчатые аппараты разделяют на одноточные, перекрестноточные и противоточные.

Чтобы теплообменный аппарат можно было использовать в сложных условиях, взамен обыкновенных сделанных из стали труб применяют стеклянные или графитовые. Корпус герметизируют при помощи сальников.

Рабочий принцип

Устройство имеет самый что ни есть простой рабочий принцип. Кожухотрубный теплообменный аппарат делит носители. Изнутри конструкции смешивания продуктов не случается. Теплопередача выполняется по стенкам трубчатых компонентов, которые делят тепловые носители. Один носитель находится изнутри труб, а другой подаётся под давлением в межтрубное пространство. Агрегатные состояния двоих источников энергии могут разниться. Это может быть газ, пар или жидкость.

Рабочий принцип кожухотрубчатого трубного змеевика состоит в штатных процедурах энергопередачи между жидкостями и разными газами. Для увеличения коэффициента переноса энергии тепла используются достаточно большие скорости перемещения продуктов изнутри конструкции. Для пара или газа генерируют от 8 до 25 м/с. Для жидких тепловых носителей самая маленькая скорость составляет 1,5 м в секунду.

Тепло идет через стены этого аппарата

Конструкция кожухотрубчатого аппарата

Главное положительное качество кожухотрубного обменника тепла и основная причина его популярности состоит в высокой надёжности конструкции. В неё входят распределительные камеры, которые оборудуются трубками. Также предусматривается цилиндрический кожух, пучок труб и определённое кол-во решёток. Вся система дополняется крышками, которые находятся с торцов. В комплектации идет опоры, которые разрешают разместить устройство в горизонтальном положении. Также есть крепеж для установки аппарата в самой разной точке пространства.

Для увеличения обмена тепла между тепловым носителем применяются трубы, которые покрыты специализированными рёбрами. Если задача находится в снижение отдачи тепла, то корпус покрывается каким-либо теплоизолирующим слоем. Так можно существенно повысить накопляющие свойства изделия. Применяются специализированные конструкции, в которых одна труба находится во второй.

Для производства кожуха применяется толстолистовая сталь (от 4 мм). Чтобы сделать решётки, очень часто берётся аналогичный материал, но его толщина намного больше (от 2 см). Важный элемент — пучок из труб, сделанных из материала, какой имеет большую проводимость тепла. Этот пучок крепится с одной или 2-ух сторон на трубных решётках.

Плюсы и минусы

У данных устройств имеется несколько положительных качеств, что обеспечивает достаточную конкурентоспособность на рынке теплообменных систем. Важные достоинства оборудования:

1. Конструкция обеспечена хорошей стойкостью к на гидравлике ударам. У подобных систем этой характеристики нет.
2. Кожухотрубные теплообменные аппараты могут работать в сложных условиях или с продуктами, которые довольно очень грязные.
3. Их весьма просто использовать. Легко проводить ручную чистку оборудования, его плановое техобслуживание. Аппаратура имеет высокую возможность ремонта.

У данного трубного змеевика есть как достоинства, так и недостатки

.Не обращая внимания на все плюсы, у данного устройства присутствуют и минусы. Их необходимо взять во внимание перед покупкой. В зависимости от целей применения, возможно, могут понадобиться остальные такие же системы. Минусы аппарата:

1. КПД меньше, чем у пластинчатых изделий. Связывают это с тем, что у кожухотрубных обменников поверхностную площадь, передающей тепло, меньше.
2. Имеет внушительные размеры. Это увеличивает его конечную цену, и также эксплуатационные расходы.
3. Показатель отдачи тепла сильно зависит от того, насколько быстро передвигается агент.

Не обращая внимания на все собственные минусы, кожухотрубные устройства заняли собственную рыночную нишу теплообменных аппаратов. Они остались популярными, и их применяют во многих ветвях промышленности.

Область использования

Кожухотрубные изделия используются в важной части инженерных сетей ЖКХ. Также их используют в теплопунктах для оснащения горячей водой домов для жилья. У местных тепловых пунктов есть конкретные плюсы перед центральным тепловым и водоснабжением: они намного эффектнее предоставляют теплом строения и иные объекты, чем централизованная систему теплопроводов.

Также тепловые обменники данного типа применяются в нефтедобывающей, химической и газовой промышленностях. Их используют в области теплоэнергетики, где тепловые носители имеют большие показатели передачи температуры. И это ещё абсолютно не все отрасли, где используется аналогичное оборудование. Его можно повстречать в атомайзерах ребойлера либо же в конденсаторах-охладителях воздушного теплопередачи, ректификационных колоннах. Оно нашло использование в пивном производстве и пищевой отрасли.

Работа устройства

Трубчатый обменник энергии тепла обладает большим показателем эксплуатационного периода. Чтобы он исполнял собственную роль качественно и служил долго, нужно вовремя проводить плановое техобслуживание. Очень часто наполняют аппарат жидкостью, которая не прошла этапы фильтрации. Это приводит к поэтапному закупориванию трубок, что не даёт жидкости-теплоносителю свободно передвигаться по системе. Необходимо своевременно и регулярно проводить механическую чистку всех компонентов кожухотрубного изделия. Также нужно мыть важные части под большим давлением.

Если появилась необходимость ремонта трубчатого аппарата, в первую очередь необходимо провести диагностические мероприятия. Это дает возможность выявить основные проблемы. Самой уязвимой частью являются трубки, которые очень часто повреждаются. Диагностика ведется при помощи гидравлических испытаний.

Рекомендации и советы

Все оборудование обмена энергии тепла довольно капризное. К этому числу относятся и кожухотрубные устройства. При любых вмешательствах в конструкцию для выполнения ремонта необходимо брать во внимание, что это может оказать влияние на показатель теплопроводимости и, исходя из этого, обмена тепла между носителями. Большинство предприятий, и также частные лица приобретают одновременно несколько установок, чтобы можно было быстро подсоединиться к иному устройству.

Нужно также помнить, что могут возникать настоящие сложности во время регулирования оборудования «по конденсату». Совершенно любые изменения притягивают за собой увеличение или уменьшение теплопередачи. Также необходимо брать во внимание, что изменение площади происходит нелинейно.

Конструкции кожухотрубчатых теплообменников