Принцип работы кожухотрубного теплообменника

Кожухотрубный теплообменник - это класс теплообменных конструкций. Этот тип теплообменника состоит из кожуха (большого сосуда высокого давления) с пучком труб внутри него. Одна жидкость протекает через трубки, а другая жидкость течет по трубам (через кожух) для передачи тепла между двумя жидкостями. Теплообменники предназначены для рекуперации тепла между двумя технологическими потоками.

Вообще, видов теплообменников несколько, вот здесь мы уже рассказывали про пластинчатый теплообменник.

В этой статье поговорим про кожухотрубный или кожухотрубчатый теплообменник.

Область применения кожухотрубных теплообменников

Теплообменники широко используются на электростанциях, в системах охлаждения и кондиционирования воздуха, в космической химической, ядерной, нефтехимической и криогенной промышленности. Теплообменники бывают самых разных форм и размеров. Они могут быть огромными, как конденсатор электростанции, передающего сотни мегаватт тепла, или крошечным, как электронный охладитель микросхем, который передает всего несколько ватт тепловой энергии.

Теплообменники - одно из наиболее часто используемых в обрабатывающих отраслях. Теплообменники используются для передачи тепла между двумя технологическими потоками.

Любой процесс, который включает в себя охлаждение, нагревание, конденсацию, кипение или испарение потребует для этой цели теплообменника.

Сравнение пластинчатых и кожухотрубчатых теплообменников.

Конструкция

Кожухотрубные теплообменники состоят из ряда трубок. Один набор этих трубок содержит жидкость, которую необходимо либо нагреть, либо охладить. Тепло передается от одной жидкости к другой через стенки трубы либо со стороны трубы на сторону оболочки, либо наоборот. Эта система работает с жидкостями при разном давлении; жидкость с более высоким давлением обычно направляется по трубам, а текучая среда с более низким давлением циркулирует через кожух.

Набор трубок называется пучком труб и он может состоять из нескольких типов труб: гладких, с продольным оребрением и т. д. Кожухотрубные теплообменники обычно используются для приложений с высоким давлением (с давлением более 30 бар и температурой выше чем 260°C).

Химическая чистка теплообменного оборудования.

Оболочка

Оболочка изготавливается либо из трубы, либо из прокатного и сварного листового металла. Из соображений экономии стандартной является низкоуглеродистая сталь, но часто используются другие материалы, подходящие для экстремальных температур или коррозионной стойкости. Использование общедоступных труб снижает стоимость и упрощает производство, отчасти потому, что они обычно более идеально круглые, чем катаные и сварные кожухи. Округлость и постоянный внутренний диаметр кожуха необходимы для сведения к минимуму пространства между внешним краем перегородки и кожухом, поскольку чрезмерное пространство позволяет отводить жидкость и снижает производительность.

Трубки

Трубы обычно делают бесшовные или сварные. Бесшовные трубы производятся методом экструзии(процесс плавления). Сварные трубы производятся путем скатывания полосы в цилиндр и сварки шва.

Трубки изготавливаются из низкоуглеродистой стали, нержавеющей стали, титана, инконеля, меди и т. Д. Толщина трубки должна выдерживать:

1. Давление внутри и снаружи трубки;

2. Температура с обеих сторон;

3. Термическое напряжение из-за разного расширения оболочки и пучка труб.

Более длинная труба уменьшает диаметр кожуха за счет более высокого давления на кожух. Трубки большего диаметра иногда используются либо для облегчения механической очистки, либо для снижения перепада давления. Максимальное количество трубок в кожухе увеличивает турбулентность, что увеличивает скорость теплопередачи. Ребристые трубы также используются, когда жидкость с низким коэффициентом теплопередачи течет в межтрубном пространстве.

Трубные листы изготавливаются из круглого плоского куска металла с просверленными отверстиями для концов трубок в точном месте и по шаблону относительно друг друга. Как правило, материал трубной решетки такой же, как и материал трубки. Трубки надлежащим образом прикреплены к трубной решетке, поэтому жидкость на стороне кожуха не смешивается с жидкостью на стороне трубки. Трубки вставляются через отверстия в трубных решетках и прочно удерживаются на месте сваркой, механическим или гидравлическим расширением.

Потери в теплообменниках.

Перегородки

Перегородки выполняют следующие функции:

1. Поддерживайте трубы во время сборки и эксплуатации;

2. Предотвращение вибрации от завихрений, вызванных потоком, и соблюдение расстояния между трубками;

3. Направляйте поток жидкости по желаемой схеме через кожух.

Виды

Выделяют 3 основных вида кожухотрубных теплообменников:

• Фиксированные теплообменники с трубными решетками - трубная решетка фиксируется в кожухе с помощью сварки, поэтому применяется термин «неподвижная трубная решетка». Эта простая и экономичная конструкция позволяет очищать отверстия труб механическими или химическими средствами;
• U-образный теплообменник - представляют собой кожухотрубные теплообменники, пучок которых состоит из непрерывных труб, изогнутых в U-образной форме. Сторона изгиба является свободно плавающей, что способствует тепловому расширению без использования компенсаторов. Однако такие отводы сложно чистить;
• Теплообменники с плавающей головкой - здесь задняя решетка может плавать или перемещаться, поскольку она не приварена к корпусу. Пучок трубок можно легко снять при обслуживании.

Теплообменники с фиксированной головкой предназначены для работы с перепадами температур до 93,33 °C. Тепловое расширение не позволяет теплообменнику с фиксированной головкой превысить эту разницу температур. Он лучше всего подходит для работы конденсатора или нагревателя.

Теплообменники с плавающей головкой рассчитаны на высокие перепады температур выше 93,33 °C.

Кожухотрубные теплообменники рассчитаны на работу с высокими расходами в непрерывном режиме.

Типы

Технологическая жидкость, которая должна быть нагрета или охлаждена в теплообменнике, обычно называется «обслуживаемой». Сервис может быть однофазным (газ или жидкость) или двухфазным (смесь газа и жидкости).

С другой стороны, одна из текучих сред (со стороны кожуха или трубы) может быть не технологической текучей средой, которая используется только для нагрева или охлаждения технологической текучей среды. Такой поток известен как «служебный». Сеть также может быть однофазной или двухфазной.

Существуют следующие типы обменников:

• Теплообменник: жидкости с обеих сторон являются однофазными технологическими жидкостями;
• Охладитель: один поток - это технологическая жидкость, другой - более холодный поток, такой как воздух или охлаждающая вода;
• Нагреватель: один поток технологической жидкости, а другой - горячее вспомогательное оборудование, такое как пар или горячее масло;
• Конденсатор: с одной стороны у нас есть двухфазный поток с газом в точке росы. Этот газ конденсируется с помощью холодного теплоносителя с другой стороны, такого как воздух или холодная вода;
• Чиллер: один поток - это технологическая жидкость, конденсируется при температурах ниже атмосферной, а другой - кипящий хладагент или технологический поток;
• Ребойлер: один поток представляет собой кубовый поток из дистилляционной колонны, а другой - горячее вспомогательное оборудование (пар или горячее масло) или технологический поток.

Выбор типа теплообменника

Конструкция кожухотрубного теплообменника определяется на основании ряда факторов, таких как:

• характер технологических жидкостей с обеих сторон;
• скорость потока с обеих сторон;
• ожидаемый характер операций и обслуживания;
• перепад температур с обеих сторон и необходимая площадь теплообмена.

И напоследок:

Кожухотрубные теплообменники классифицируются и изготавливаются в соответствии с широко используемыми стандартами TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) Ассоциацией производителей трубчатых теплообменников и другими стандартами в Европе и других странах, а также с котлами ASME (Американское общество инженеров-механиков). ТЕМА разработала систему для обозначения основных типов кожухотрубных теплообменников. В этой системе каждый теплообменник обозначается трехбуквенной комбинацией, первая буква обозначает тип передней головки, вторая - тип кожуха, а третья - тип задней головки.

Использование стандарта TEMA в российском производстве осложнено некоторым несоответствием размеров в связи с различающимися метрическими системами. Но в целом, отечественные теплообменные аппараты, изготавливаемые по ТУ ВНИИНефтемаш ( головной научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт отрасли химического и нефтяного машиностроения. Институт является автором Государственных стандартов, нормативно-технической документации на серийно-выпускаемое оборудование, а также руководящих документов по выбору материального оформления оборудования) можно соотнести со стандартом TEMA.

Наши партнеры по данному оборудованию

У нас есть партнеры из Крыма.

Устойчиво ходят слухи среди производителей кожухотрубных теплообменников, что SECESPOL JAD – польский производитель теплообменников (они тоже являются нашими партнерами), почти 30 лет активно работающий на международных рынках, получила технические разработки военного института советского времени перед распадом СССР. Современные теплообменники, производимые этой компанией были созданы на основе конструкторских проектов для подводных лодок, до 90-х годов прошлого века информация считалась засекреченной, а после было принято решение поделиться с поляками.

Большим преимуществом наших партнеров является собственное конструкторское бюро и полный цикл производства кожухотрубных теплообменников.

Об устройстве и работе пластинчатого теплообменника.

Совместимость с оборудованием КВиП

Кожухотрубные теплообменники совместно используются в узлах для нагрева химических жидкостей, в системах с большим объемом воды, станции СИП-мойки, в узлах отвода конденсата в пищевой промышленности.