Смонтированная и готовая к работе пластинчатая теплообменная установка отличается небольшими габаритами и высоким уровнем производительности. Так, удельная рабочая поверхность такого аппарата может достигать 1,500 м 2 /м 3 .Конструкция таких аппаратов включает набор гофрированных пластин, которые отделяются друг от друга прокладками. Прокладки образуют герметичные каналы. Среда, отдающая тепло течет в пространстве между полостями, а внутри полостей находится среда, которая поглощает тепло или наоборот. Пластины монтируются на штанговой раме и расположены плотно относительно друг друга.
Каждая пластина оснащена следующий набор прокладок:
Таким образом, конструкция имеет четыре раздельных канала для входа и выхода двух сред, участвующих в теплообменных процессах. Данный тип аппаратов способен распределять потоки по всем каналам параллельно или последовательно. Так, при необходимости, каждый поток может проходить по всем каналам или определенным группам.
К достоинствам данного типа аппаратов принято относить интенсивность теплообменного процесса, компактность, а также возможность полного разбора агрегата с целью очистки. К недостаткам причисляют необходимость скрупулезной сборки для сохранения герметичности (как результат большого количества каналов). Кроме того, минусами такой конструкции является склонность к коррозии материалов, из которых изготовлены прокладки и ограниченная тепловая стойкость.
В случаях, когда возможно загрязнение поверхности нагрева одним из теплоносителей, используют агрегаты, конструкция которых состоит из попарно сваренных пластин. Если загрязнение нагреваемой поверхности исключено со стороны обоих теплоносителей, применяются сварные неразборные теплообменные аппараты (как, например, аппарат с волнообразными каналами и перекрестным движением теплоносителей).
Принцип действия пластинчатого теплообменника
Пластинчатый теплообменник для дизельного топлива
Наименование | Горячая сторона | Холодная сторона |
---|---|---|
Расход (кг/ч) | 37350,00 | 20000,00 |
Температура на входе (°C) | 45,00 | 24,00 |
Температура на выходе (°C) | 25,00 | 42,69 |
Потеря давления (bar) | 0,50 | 0,10 |
Теплообмен (кВт) | 434 | |
Термодинамические свойства: | Дизельное топливо | Вода |
Удельный вес (кг/м³) | 826,00 | 994,24 |
2,09 | 4,18 | |
Теплопроводимость (Вт/м*K) | 0,14 | 0,62 |
Средняя вязкость (мПа*с) | 2,90 | 0,75 |
Вязкость у стенки (мПа*с) | 3,70 | 0,72 |
Подводящий патрубок | B4 | F3 |
Отводящий патрубок | F4 | B3 |
Исполнение рамы / пластин: | ||
2 х 68 + 0 х 0 | ||
Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 67 + 1 х 68 | |
Количество пластин | 272 | |
324,00 | ||
Материал пластин | 0.5 мм AL-6XN | |
NITRIL | / 140 | |
150,00 | ||
16,00 / 22,88 PED 97/23/EC, Kat II, Modul Al | ||
16,00 | ||
Тип рамы / Покрытие | IS No 5 / Категория C2 | RAL5010 |
DN 150 Фланец St.37PN16 | ||
DN 150 Фланец St.37PN16 | ||
Объем жидкости (л) | 867 | |
Длина рамы (мм) | 2110 | |
Макс.число пластин | 293 |
Пластинчатый теплообменник для сырой нефти
Наименование | Горячая сторона | Холодная сторона |
---|---|---|
Расход (кг/ч) | 8120,69 | 420000,00 |
Температура на входе (°C) | 125,00 | 55,00 |
Температура на выходе (°C) | 69,80 | 75,00 |
Потеря давления (bar) | 53,18 | 1,13 |
Теплообмен (кВт) | 4930 | |
Термодинамические свойства: | Пар | Сырая нефть |
Удельный вес (кг/м³) | 825,00 | |
Удельная теплоемкость (кДж/кг*K) | 2,11 | |
Теплопроводимость (Вт/м*K) | 0,13 | |
Средняя вязкость (мПа*с) | 20,94 | |
Вязкость у стенки (мПа*с) | 4,57 | |
Степень загрязнения (м²*K/кВт) | 0,1743 | |
Подводящий патрубок | F1 | F3 |
Отводящий патрубок | F4 | F2 |
Исполнение рамы / пластин: | ||
Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 67 + 0 х 0 | |
Расположение пластин (проход*канал) | 2 х 68 + 0 х 0 | |
Количество пластин | 136 | |
Фактическая поверхность нагрева (м²) | 91.12 | |
Материал пластин | 0.6 мм AL-6XN | |
Материал прокладки / Макс. темп. (°C) | VITON | / 160 |
Макс. расчетная температура (C) | 150,00 | |
Макс. рабочее давление /испыт. (bar) | 16,00 / 22,88 PED 97/23/EC, Kat III, Modul В+C | |
Макс. дифференциальное давление (bar) | 16,00 | |
Тип рамы / Покрытие | IS No 5 / Категория C2 | RAL5010 |
Присоединения на горячей стороне | DN 200 Фланец St.37PN16 | |
Присоединения на холодной стороне | DN 200 Фланец St.37PN16 | |
Объем жидкости (л) | 229 | |
Длина рамы (мм) | 1077 | |
Макс.число пластин | 136 |
Пластинчатый теплообменник
Пластинчатый теплообменник для пропана
Наименование | Горячая сторона | Холодная сторона |
---|---|---|
Расход (кг/ч) | 30000,00 | 139200,00 |
Температура на входе (°C) | 85,00 | 25,00 |
Температура на выходе (°C) | 30,00 | 45,00 |
Потеря давления (bar) | 0,10 | 0,07 |
Теплообмен (кВт) | 3211 | |
Термодинамические свойства: | Пропан | Вода |
Удельный вес (кг/м³) | 350,70 | 993,72 |
Удельная теплоемкость (кДж/кг*K) | 3,45 | 4,18 |
Теплопроводимость (Вт/м*K) | 0,07 | 0,62 |
Средняя вязкость (мПа*с) | 0,05 | 0,72 |
Вязкость у стенки (мПа*с) | 0,07 | 0,51 |
Степень загрязнения (м²*K/кВт) | ||
Подводящий патрубок | F1 | F3 |
Отводящий патрубок | F4 | F2 |
Исполнение рамы / пластин: | ||
Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 101 + 0 х 0 | |
Расположение пластин (проход*канал) | 1 х 102 + 0 х 0 | |
Количество пластин | 210 | |
Фактическая поверхность нагрева (м²) | 131,10 | |
Материал пластин | 0.6 мм AL-6XN | |
Материал прокладки / Макс. темп. (°C) | NITRIL | / 140 |
Макс. расчетная температура (C) | 150,00 | |
Макс. рабочее давление /испыт. (bar) | 20,00 / 28,60 PED 97/23/EC, Kat IV, Modul G | |
Макс. дифференциальное давление (bar) | 20,00 | |
Тип рамы / Покрытие | IS No 5 / Категория C2 | RAL5010 |
Присоединения на горячей стороне | DN 200 Фланец AISI 316 PN25 DIN2512 | |
Присоединения на холодной стороне | DN 200 Фланец AISI 316 PN16 | |
Объем жидкости (л) | 280 | |
Длина рамы (мм) | 2107 | |
Макс.число пластин | 245 |
Описание пластинчато-ребристых теплообменных аппаратов
Удельная рабочая поверхность данного аппарата может достигать 2,000 м 2 /м 3. К плюсам таких конструкций принято относить:
Конструктивно пластинчато-ребристые теплообменники состоят из тонких пластин, между которыми находятся гофрированные листы. Данные листы припаяны к каждой пластине. Таким образом, теплоноситель разбивается на мелкие потоки. Аппарат может состоять из любого числа пластин. Теплоносители могут перемещаться:
Существуют следующие типы ребер:
Пластинчато-ребристые теплообменные аппараты применяют как регенеративные теплообменники.
Блочные графитовые теплообменные аппараты: описание и применение
Теплообменные аппараты , выполненные из графита, характеризуются следующими качествами:
Благодаря указанным качествам, теплообменники данного типа широко используются в химической промышленности. Наибольшее распространение получили блочные графитовые аппараты, основным элементом которых является графитовый блок в форме параллелепипеда. В блоке есть непересекающиеся отверстия (вертикальные и горизонтальные), которые предназначаются для движения теплоносителей. Конструкция блочного графитового теплообменника может включать в себя один и более блоков. По горизонтальным отверстиям в блоке осуществляется двухходовое движение теплоносителя, которое возможно благодаря боковым металлическим плитам. Теплоноситель, который перемещается по вертикальным отверстиям, совершает один или два хода, что определяется конструкцией крышек (верхней и нижней). В теплообменниках с увеличенными боковыми гранями, теплоноситель, двигающийся вертикально может делать два или четыре хода.
Графитовый теплообменник, пропитанный фенолоальдегидным полимером, кольцевого блочного типа, с поверхностью теплообмена 320 м 2
Технические характеристики:
Охладитель | |||||
---|---|---|---|---|---|
Наименование | Размерность | Горячая сторона | Холодная сторона | ||
Вход | Выход | Вход | Выход | ||
Среда | H2SO4 (94%) | Вода | |||
Расход | м³/ч | 500 | 552,3 | ||
Рабочая тепература | °C | 70 | 50 | 28 | 40 |
Физ. Свойства | |||||
Плотность | г/cм³ | 1,7817 | 1,8011 | 1 | |
Удельная теплоёмкость | ккал/кг °C | 0,376 | 0,367 | 1 | |
Вязкость | cП | 5 | 11,3 | 0,73 | |
Теплопроводность | ккал/чм°C | 0,3014 | 0,295 | 0,53 | |
Поглощённое тепло | ккал/ч | 6628180 | |||
Исправленная средняя разность температур | °C | 25,8 | |||
Перепад давления (допуст./расч.) | кПа | 100/65 | 100/45 | ||
Коэффициент теплопередачи | ккал/чм²°C | 802,8 | |||
Коэффициент загрязнения | ккал/чм²°C | 5000 | 2500 | ||
Расчётные условия | |||||
Расчётное давление | бар | 5 | 5 | ||
Рсчётная температура | °C | 100 | 50 | ||
Спецификация / материалы | |||||
Требуемая площадь поверхности теплопередачи | м² | 320 | |||
Прокладки, материал | тефлон (фторопласт) | ||||
Блоки, материал | Графит, пропитка фенольно-альдегидным полимером | ||||
Размеры (диаметр×длина) | мм | 1400*5590 | |||
Внутренний диаметр канала, осевой / радиальный | 20мм/14мм | ||||
Кол-во проходов | 1 | 1 | |||
Кол-во блоков | 14 |
Графитовый теплообменник для суспензии гидрата двуокиси титана и раствора серной кислоты
Технические характеристики:
Наименование | Размерность | Горячая сторона | Холодная сторона | ||
---|---|---|---|---|---|
Вход | Выход | Вход | Выход | ||
Среда | Суспензия гидрата двуокиси Титана и 20% H2SO4 | Вода | |||
Расход | м³/ч | 40 | 95 | ||
Рабочая тепература | °C | 90 | 70 | 27 | 37 |
Рабочее давление | бар | 3 | 3 | ||
Поверхность теплообмена | м² | 56,9 | |||
Физические свойства | |||||
Плотность | кг/м³ | 1400 | 996 | ||
Удельная теплоёмкость | кДж/кг∙°C | 3,55 | 4,18 | ||
Удельная теплопроводность | Вт/м∙К | 0,38 | 0,682 | ||
Динамическая вязкость | сП | 2 | 0,28 | ||
Термостойкость к загрязнению | Вт/м²∙К | 5000 | 5000 | ||
Перепад давления(рассчитанный) | бар | 0,3 | 0,35 | ||
Теплообмен | кВт | 1100 | |||
Средняя разница температур | оС | 47,8 | |||
Коэффициент теплопередачи | Вт/м²∙К | 490 | |||
Расчетные условия | |||||
Расчётное давление | бар | 5 | 5 | ||
Рсчётная температура | °C | 150 | 150 | ||
Материалы | |||||
Прокладки | PTFE | ||||
Кожух | Углеродистая сталь | ||||
Блоки | Графит, пропитанный фенольной смолой |
Теплопроводы для химической промышленности
Теплопровод является перспективным устройством, применяемым в химической отрасли с целью интенсификации процессов теплообмена. Теплопровод это полностью герметичная труба с любым профилем сечения, выполненная из металла. Корпус трубы футерован пористо-капиллярным материалом (фитилем), стекловолокном, полимерами, пористыми металлами и т.п. Количество подаваемого теплоносителя должно быть достаточным для пропитки фитиля. Предельная рабочая температура колеблется от любой низкой до 2000 °C. В качестве теплоносителя используют:
Одна часть трубы расположена в зоне отвода тепла, остальная - в зоне конденсации паров. В первой зоне образуются пары теплоносителя, во второй зоне они конденсируются. Конденсат возвращается в первую зону благодаря действию капиллярных сил фитиля. Большое количество центров парообразования способствует падению перегрева жидкости во время ее кипения. При этом существенно возрастает коэффициент теплоотдачи при испарении (от 5 до 10 раз). Показатель мощности теплопровода определяется капиллярным давлением.
Регенераторы
Регенератор имеет корпус, круглый или прямоугольный в сечении. Данный корпус изготавливается из листового металла или кирпича, в соответствии с температурой, поддерживаемой в процессе работы. Внутрь агрегата помещается тяжелый наполнитель:
Регенераторы, как правило, являются парными аппаратами, поэтому через них одновременно протекает холодный и горячий газ. Горячий газ передает тепло насадке, а холодный получает его. Рабочий цикл состоит из двух периодов:
Насадка из кирпича может выкладываться в различном порядке:
Регенераторы могут оснащаться металлическими насадками. Перспективный аппаратом считается регенератор, оснащенный падающим плотным слоем зернистого материала.
Смесительные теплообменные аппараты. Конденсаторы смешения. Барботер. Охладители
Теплообмен веществ (жидкостей, газов, зернистых материалов), при их непосредственном соприкосновении или смешении отличается максимальной степенью интенсивностью. Применение такой технологии диктуется необходимостью технологического процесса. Для смешения жидкостей применяется:
Нагревание жидкостей может осуществляться посредством конденсации в них пара. Пар вводится сквозь множественные отверстия в трубе, которая изогнута в форме окружности или спирали и находится в нижней секции аппарата. Устройство, обеспечивающее протекания данного технологического процесса, называется барботером.
Охлаждение жидкости до температуры близкой к 0 °C, может осуществляться посредством ввода льда, который способен поглотить при таянии до 335 кДж/кг тепла либо сжиженных нейтральных газов, характеризующихся невысокой температурой испарения. Иногда применяют холодильные смеси, которые поглощают тепло после растворения в воде.
Жидкость может подогреваться посредством контакта с горячим газом и охлаждаться, соответственно, посредством контакта с холодным. Такой процесс обеспечивается скрубберами (вертикальными аппаратами), где навстречу восходящему потоку газа стекает поток охлаждаемой или нагреваемой жидкости. Скруббер можно наполнять различными насадками с целью увеличения поверхности контакта. Насадки разбивают поток жидкости на маленькие струйки.
К группе смесительных теплообменников также относятся конденсаторы смешения, функция которых состоит в конденсации паров посредством их прямого контакта с водой. Конденсаторы смешения могут быть двух типов:
Для увеличения площади контакта пара и жидкости, поток жидкости разбивается на мелкие струйки.
Воздушный охладитель с ребристыми трубами
Многие химические установки генерируют большое количество вторичного тепла, которое не регенерируется в теплообменниках и не может быть повторно использовано в процессах. Данное тепло выводится в окружающую среду и поэтому существует необходимость минимизировать возможные последствия. Для этих целей применяют различные типы охладителей.
Конструкция охладителей с ребристыми трубами состоит из ряда ребристых труб, внутри которых течет охлаждаемая жидкость. Наличие ребер, т.е. ребристость конструкции, значительно увеличивает поверхность охладителя. Ребра охладителя обдувают вентиляторы.
Данный тип охладителей используется в случаях, когда отсутствует возможность забора воды для целей охлаждения: например на месте монтажа химических установок.
Оросительные охладители
Конструкция оросительного охладителя представляет собой ряды последовательно смонтированных змеевиков, внутри которых движется охлаждаемая жидкость. Змеевики постоянно орошаются водой, за счет чего и происходит орошение.
Башенные охладители
Принцип действия башенного охладителя заключается в том, что подогретая вода разбрызгивается в верхней части конструкции, после чего стекает вниз по набивке. В нижней части конструкции за счет естественного подсоса, мимо стекающей воды струится поток воздуха, который поглощает часть тепла воды. Плюс, часть воды испаряется в процессе стекания, результатом чего также является потеря тепла.
К недостаткам конструкции относятся ее гигантские габариты. Так, высота башенного охладителя может достигать 100 м. Несомненным плюсом такого охладителя является функционирование без вспомогательной энергии.
Башенные охладители, оснащенные вентиляторами, работают по аналогии. С той разницей, что воздух нагнетается посредством данного вентилятора. Следует отметить, что конструкция с вентилятором значительно компактнее.
Теплообменник с поверхностью теплообмена 71,40 м²
Техническое описание:
Поз.1: Теплообменник
Температурные данные | Сторона A | Сторона B | ||
---|---|---|---|---|
Среда | Воздух | Дымовые (топочные) газы | ||
Рабочее давление | 0.028 бар изб. | 0.035 бар изб. | ||
Среда | Газ | Газ | ||
Расход на входе | 17 548.72 кг/ч | 34 396.29 кг/ч | ||
Расход на выходе | 17 548.72 кг/ч | 34 396.29 кг/ч | ||
Температура на входе/выходе | -40 / 100 °C | 250 / 180 °C | ||
Плотность | 1.170 кг/м³ | 0.748 кг/м³ | ||
Удельная теплоемкость | 1.005 кДж/кг.К | 1.025 кДж/кг.К | ||
Теплопроводность | 0.026 Вт/м.К | 0.040 Вт/м.К | ||
Вязкость | 0.019 мПа.с | 0.026 мПа.с | ||
Скрытая теплота |
Работа теплообменника
Описание теплообменника
Габариты
L1: | 2200 мм |
L2: | 1094 мм |
L3: | 1550 мм |
LF: | 1094 мм |
Вес: | 1547 кг |
Вес с водой: | 3366 кг |
Фланцевый погружной теплообменник 660 кВт
Технические характеристики:
380 В, 50 Гц, 2x660 кВт, 126 рабочих и 13 резервных ТЭНа, всего 139 ТЭНа, соединение в треугольник 21 канал по 31,44 кВт. Защита - NEMA тип 4,7
Рабочая среда: Газ регенерации (объемные проценты):
N2 - 85%, водяной пар-1,7%, CO2-12.3%, O2-0.9%, Sox-100 ppm, H2S-150ppm, NH3-200ppm. Присутствуют механические примеси - соли аммония, продукты коррозии.
Перечень документов, поставляемых с оборудованием:
Паспорт на фланцевую погружную нагревательную секцию с инструкцией по монтажу, пуску, останову, транспортированию разгрузке, хранению, сведение о консервации;
Чертеж общего вида секции;
Теплообменные аппараты из меди подходят для химически чистых и не агрессивных сред, например, таких как пресная вода. Этот материал обладает высоким коэффициентом теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является довольно высокая стоимость.
Оптимальным решением для очищенных водных сред является латунь. По сравнению с теплообменным оборудованием из меди она дешевле и обладает более высокими характеристиками коррозионной стойкости и прочности. А также стоит отметить, что некоторые латунные сплавы устойчивы к морской воде и высоким температурам. Недостатком материала считается низкие показатели электро- и теплопроводности.
Наиболее распространенным материальным решением в теплообменных аппаратах является сталь. Добавление в состав различных легирующих элементов позволяет улучшить ее механические, физико-химические свойства и расширить диапазон применения. В зависимости от добавленных легирующих элементов сталь может применяться в щелочных, кислотных средах с различными примесями и при высоких рабочих температурах.
Титан и его сплавы качественный материал, с высокими прочностными и теплопроводными характеристиками. Данный материал очень легкий и находит применение в широком диапазоне рабочих температур. Титан и материалы на его основе проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве сред кислотного или щелочного характера.
Неметаллические материалы применяют в тех случаях, когда требуется проведение теплообменных процессов в особо агрессивных и коррозионно активных средах. Они характеризуется высоким значением коэффициентом теплопроводности и стойкости к наиболее химически активным веществам, что делает их незаменимым материалом применяемым во многих аппаратах. Неметаллические материалы разделяют на два вида органические и неорганические. К органическим относят материалы на основе углерода, такие как графит и пластические массы. В качестве неорганических материалов применяют силикаты и керамику.
Подробнее о расчете и подборе теплообменного оборудования
Минимальная/максимальная расчетная температура металла для деталей под давлением: -39 / +30 ºС.
Для деталей не под давлением используется материал согласно EN 1993-1-10.
Классификация зоны: не опасная.
Категория коррозионности: ISO 12944-2: C3.
Тип присоединения труб к трубной доске: обварка.
Электрические двигатели
Исполнение: не взрывобезопасное
Класс защиты: IP 55
Частотные преобразователи
Предусмотрены для 50% электрических двигателей.
Вентиляторы
Лопасти изготовлены из усиленного материала алюминий/пластик с ручной регулировкой шага.
Уровень шума
Не превышает 85 ± 2 дБА на расстоянии 1 м и на высоте 1,5 м от поверхности.
Внешняя рециркуляция
Применяется.
Жалюзи
Верхние, входные и рециркуляционные жалюзи с пневматическим приводом.
Змеевик водяного подогревателя
Размещается на отдельной раме. Каждый подогреватель размещен под трубным пучком.
Вибрационные выключатели
Каждый вентилятор укомплектован вибрационным выключателем.
Включают опоры, стержни, водоотводящие камеры. Комплектный пол для рециркуляции не входит в объем поставки.
Сетчатая защита
Сетчатая защита вентиляторов, вращающихся деталей.
Запасные части для сборки и запуска
Запасные части на 2 года эксплуатации (опционально)
Специальный инструмент
Техническая документация на русском языке (2 экз. + CD диск)
Для согласования рабочей документации:
С оборудованием:
Тестовая и инспекционная документация:
Отгрузочная информация:
Следующее оборудование и проектная документация включены в объем поставки:
Следующее оборудование не включено в объем поставки:
Содержание раздела
Кожухотрубчатый теплообменный аппарат (рис. 4.9) состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в трубных решетках (досках) для создания проточных каналов. В межтрубное пространство подают, как правило, менее, а в трубы - более загрязненный теплоноситель. Крышки распределительных камер и кожух, замыкающие межтрубное пространство, снабжены штуцерами для подвода и отвода теплоносителей.
Рис.4.9. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты непрерывного действия:
а – одноходовой с жестко закрепленными решетками; б – с концентрическими; в – с сегментными перегородками в межтрубном пространстве; г – с температурными компенсаторами на корпусе; д – с плавающей нижней головкой; е – с U-образными трубами; ж – с сальниковым уплотнением на верхней плавающей головке; 1 – корпус или кожух; 2 – трубные решетки; 3 – трубы; 4 – днища и крышки распределительных камер; 5, 6 – фланцы; 7 – опоры
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации веществ в различных технологических процессах. В частности, их используют как регенеративные подогреватели питательной воды, в системах водоподготовки, в качестве маслоохладителей.
При заданном расходе теплоносителя G , кг/с, и выбранной скорости его движения w, м/с, в трубах их количество в одном ходе теплообменника
n = 4G /(w r p d 2).
Площадь поверхности теплообмена
F = p d ср l n z,
где l - рабочая длина труб; d cp - их расчетный диаметр, равный
d cp = 0,5 (d н + d в);
z - число ходов трубного пространства. Длину теплообменных труб рекомендуется принимать 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000 и 9000 мм. В кожухотрубчатых теплообменниках с площадью поверхности до 300 м 2 - не более 4000 мм .
Размещение труб в трубных решетках производится по вершинам равносторонних треугольников, по концентрическим окружностям или по вершинам квадратов. Наиболее распространенным способом является первый вариант (рис. 4.10). Количество труб в аппарате в зависимости от их диаметра, диаметра корпуса и числа ходов в трубном пространстве указано в табл. 4.9 [ 7, 8].
Рис.4.10. Размещение труб в трубной решетке:
а – по концентрическим окружностям; б – по вершинам равносторонних треугольников; в – шахматное; г – коридорное
Таблица 4.9. Количество труб в кожухотрубчатых теплообменниках при размещении их по вершинам равносторонних треугольников [ 7, 8 ]
Диаметр аппарата, | Диаметр труб (наружный), мм | ||||
20 | 25 | 38 | |||
одноходовых | двухходовых | одноходовых | двухходовых | одноходовых | |
159 | 19 | 13 | |||
273 | 61 | - | 42 | - | - |
325 | 91 | 80 | 61 | 52 | - |
400 | 181 | 166 | 111 | 100 | - |
600 | 393 (423) | 374 (404) | 261 (279) | 244 (262) | 111 (121) |
800 | 729 (771) | 702 (744) | 473 (507) | 450 (484) | 197 (211) |
1000 | 1177 (1247) | 1142 (1212) | 783 (813) | 754 (784) | 331 (361) |
1200 | 1705 (1799) | 1662 (1756) | 1125 (1175) | 1090 (1140) | 473 (511) |
1400 | 2369 (2501) | 2318 (2450) | 1549 (1629) | 1508 (1588) | 655 (711) |
П р и м е ч а н и е. В скобках указано количество труб для теплообменников при размещении без отбойников, когда трубы добавлены с двух сторон большого шестиугольника.
Диаметры и шаги отверстий в трубных решетках и перегородках теплообменников, при расположении труб по вершинам равностороннего треугольника, определяют по наружному диаметру труб (табл. 4.10).
Таблица 4.10. Диаметры отверстий в трубных решетках и перегородках кожухотрубчатых теплообменников [ 8 ]
Наружный диаметр | Диаметры отверстий d, mm | Шаг между отверстиями, мм | |
в решетке | в перегородке | ||
16 | 16,3 | 17,0 | 22 |
20 | 20,4 | 20,8 | 26 |
25 | 25,4 | 26,0 | 32 |
38 | 38,7 | 39,0 | 48 |
75 | 57,8 | 60,0 | 70 |
При развальцовке труб шаг s = (l,3 ¸ 1,6) d н, при сварке s = l,25 d н. Минимальная толщина: для стальной решетки d р мин = 5 + 0,125 d н, медной d р мин = =10 + 0,2 d н Толщина решетки проверяется расчетом на прочность с учетом ослабления ее отверстиями и способа размещения труб.
Внутренний диаметр кожуха одноходового теплообменника D в = s (b – 1) + 4d н или D в = l,l s \(\sqrt{n}\) ; многоходового - D в = l,l s \(\sqrt{n/\psi }\) , где b – число труб на диагонали большого шестиугольника; \(\psi\) – коэффициент заполнения трубной решетки, равный 0,6 - 0,8.
Расчетное значение внутреннего диаметра кожуха округляют до ближайшего из следующего ряда: 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800 и 4000 мм. Цилиндрические кожухи аппаратов можно изготавливать из стальных труб с наружным диаметром 159, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 720, 820, 920 и 1020 мм.
Для теплообменников без перегородок площадь живого сечения межтрубного пространства \({f}_{\text{мт}}=\frac{\pi }{4}\left({D}_{в}^{2}-{\text{nd}}_{н}^{2}z\right)\text{.}\)
Если f мт > f , где f - расчетное значение живого сечения межтрубного пространства, то межтрубное пространство разделяют перегородками на число ходов i = f мт / f . Число ходов в межтрубном пространстве рекомендуется принимать из ряда 1, 2, 3, 4, 6. Для теплообменника, у которого межтрубное пространство разделено на i ходов поперечными сегментными перегородками, приведенное сечение, по площади которого рассчитывается (уточняется) скорость теплоносителя в межтрубном пространстве,
\({f}_{\text{пр}}={f}_{\text{мт}}{l}_{с}\phi /{L}_{\text{экв}},\)
где l c – расстояние между сегментными перегородками; j – коэффициент, учитывающий сужение живого сечения межтрубного пространства\[\phi =\frac{1-{d}_{н}/s}{1-\mathrm{0,9}({d}_{н}/s{)}^{2}};\]
L экв = l c + D в – 4 b /3 – эквивалентная длина пути теплоносителя; b – расстояние от края сегментной перегородки до корпуса аппарата, b = (0,2 ¸ 0,4) D в.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего назначения изготовляют из углеродистой или нержавеющей стали с площадью поверхности теплообмена от 1 до 2000 м 2 на условное давление до 6,4 МПа. Конструктивно они подразделяются на типы, показанные на рис. 4.9. Основные параметры и размеры кожухотрубчатых теплообменных аппаратов приведены в табл. 4.11 – 4.16.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты типа ТН (c неподвижными решетками) и ТК (с линзовыми компенсаторами на кожухе) изготовляют горизонтальными и вертикальными из углеродистой стали (рис. 4.11). Теплообменники типа ТН применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред с температурой от – 30°С до + 350°С на условное давление от 0,6 до 6,4 МПа.
Рис.4.11. Блок из двух кожухотрубчатых теплообменников
При разности температур между теплоносителями свыше 50°С рекомендуется применять теплообменники коллекторного типа, рассчитанные на рабочее давление не более 2,5 МПа .
Теплообменники типа ТН, ТК и ТП, изготовленные из углеродистой стали и предназначенные для взрывоопасной или токсичной среды, в зависимости от температуры должны допускаться в работу при пониженном давлении согласно [ 8 ]. При температурах теплоносителя более 400 о С необходимо применять теплообменники, изготовленные из легированной стали.
Основные параметры теплообменников сварной конструкции приведены в табл. 4.13 и 4.14.
Трубы для теплообменников выбирают из условий работы и агрессивности среды. Для стандартных теплообменников применяют трубы из углеродистой стали 10 или 20, коррозионностойкой стали ОХ18Н10Т и латуни ЛОМш 70-1-0,06. Размещение труб в решетках выполняют по вершинам равносторонних треугольников.
Таблица 4.11. Технические характеристики водо-водяных подогревателей, ГОСТ 27590-88 и ОСТ 34-588-68
Обозначение | Наружный и внутренний диаметры корпуса D н /D вн, мм | Длина подогревателя с калачами | Число трубок | Площадь поверхности
нагрева F, м 2 |
Площадь живого сечения, м 2 | |
трубок | межтрубного пространства f мт | |||||
01 ОСТ 34-558-68
02 ОСТ 34-558-68 |
57/50 | 2220 | 4 | 0,37 | 0,00062 | 0,00116 |
03 ОСТ 34-558-68
04 ОСТ 34-558-68 |
76/69 | 2300 | 7 | 0,65 | 0,00108 | 0,00233 |
05 ОСТ 34-558-68
06 ОСТ 34-558-68 |
89/82 | 2340 | 12 | 1,11 | 0,00185 | 0,00287 |
07 ОСТ 34-558-68
08 ОСТ 34-558-68 |
114/106 | 2424 | 19 | 1,76 | 0,00293 | 0,005 |
09 ОСТ 34-558-68
10 ОСТ 34-558-68 |
168/158 | 2620 | 37 | 3,4 | 0,0067 | 0,0122 |
11 ОСТ 34-558-68
12 ОСТ 34-558-68 |
219/207 | 2832 | 64 | 5,89 | 0,00985 | 0,02079 |
13 ОСТ 34-558-68
14 ОСТ 34-558-68 |
273/259 | 3032 | 109 | 10 | 0,01679 | 0,03077 |
15 ОСТ 34-558-68
16 ОСТ 34-558-68 |
325/309 | 3232 | 151 | 13,8 | 0,02325 | 0,01464 |
17 ОСТ 34-558-68
18 ОСТ 34-558-68 |
377/359 | 3430 | 216 | 19,8 | 0,03325 | 0,05781 |
19 ОСТ 34-558-68
20 ОСТ 34-558-68 |
426/408 | 3624 | 283 | 25,8 | 0,04356 | 0,07191 |
21 ОСТ 34-558-68
22 ОСТ 34-558-68 |
530/512 | 3552 | 450 | 41 | 0,06927 | 0,11544 |
26 ОСТ 34-588-68
27 ОСТ 34-583-68 |
57/50 | 2220 | 4 | 0,36 | 0,00062 | 0,00116 |
28 ОСТ 34-588-68
29 ОСТ 34-588-68 |
76/69 | 2300 | 7 | 0,64 | 0,00108 | 0,00233 |
30 ОСТ 34-588-68
31 ОСТ 34-588-68 |
89/82 | 2340 | 12 | 1,1 | 0,00185 | 0,00287 |
32 ОСТ 34-588-68
33 ОСТ 34-588-68 |
114/106 | 2424 | 19 | 1,74 | 0,00293 | 0,005 |
34 ОСТ 34-588-68
35 ОСТ 34-588-68 |
168/158 | 2620 | 37 | 3,39 | 0,0057 | 0,0122 |
36 ОСТ 34-588-68
37 ОСТ 34-588-68 |
219/207 | 2832 | 64 | 5,85 | 0,00985 | 0,02079 |
38 ОСТ 34-588-68
39 ОСТ 34-588-68 |
273/259 | 3032 | 109 | 9,9 | 0,01679 | 0,03077 |
40 ОСТ 34-588-68
41 ОСТ 34-588-68 |
325/309 | 3232 | 151 | 13,7 | 0,02325 | 0,04454 |
42 ОСТ 34-588-68
43 ОСТ 34-588-68 |
377/359 | 3430 | 216 | 19,6 | 0,03325 | 0,05781 |
44 ОСТ 34-588-68
45 ОСТ 34-588-68 |
426/408 | 3624 | 283 | 25,5 | 0,04356 | 0,071191 |
46 ОСТ 34-588-68
47 ОСТ 34-588-68 |
530/512 | 3552 | 450 | 40,6 | 0,06927 | 0,11544 |
Таблица 4.12. Технические характеристики горизонтальных пароводяных
подогревателей, ГОСТ 28679-90, ОСТ 34-351-68, ОСТ 34-352-68,
ОСТ 34-376-68 и ОСТ 34-577-68
Обозначение | Наруж-ный и внут-ренний диаметры корпуса D н /D вн, мм | Дли-на тру-бок | Чис-ло хо-дов | Чис-ло трубок | Приве-денное число трубок в вертика-льном ряду m | Площадь поверхности
нагрева F , |
Площадь живого сечения, м 2 | |
межтруб-ного простран-ства | одного хода трубок | |||||||
01 ОСТ 34-531-68
02 ОСТ 34-531-68 03 ОСТ 34-531-68 04 ОСТ 34-531-68 05 ОСТ 34-531-68 06 ОСТ 34-531-68 07 ОСТ 34-531-68 08 ОСТ 34-531-68 09 ОСТ 34-531-68 |
325/309 | 3000 | 2 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0052 |
11 ОСТ 34-531-68
12 ОСТ 34-531-68 13 ОСТ 34-531-68 14 ОСТ 34-531-68 15 ОСТ 34-531-68 16 ОСТ 34-531-68 17 ОСТ 34-531-68 |
325/309 | 2000 | 2 | 68 | 8,5 | 6,3 | 0,061 | 0,0052 |
01 ОСТ 34-532-68
02 ОСТ 34-532-68 03 ОСТ 34-532-68 04 ОСТ 34-532-68 05 ОСТ 34-532-68 06 ОСТ 34-532-68 07 ОСТ 34-532-68 08 ОСТ 34-532-68 09 ОСТ 34-532-68 |
325/309 | 3000 | 4 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0026 |
01 ОСТ 34-576-68
02 ОСТ 34-576-68 03 ОСТ 34-576-68 04 ОСТ 34-576-68 05 ОСТ 34-576-68 06 ОСТ 34-576-68 07 ОСТ 34-576-68 08 ОСТ 34-576-68 09 ОСТ 34-576-68 |
325/309 | 3000 | 2 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0052 |
11 ОСТ 34-576-68
12 ОСТ 34-576-68 13 ОСТ 34-576-68 14 ОСТ 34-576-68 15 ОСТ 34-576-68 16 ОСТ 34-576-68 17 ОСТ 34-576-68 |
325/309 | 2000 | 2 | 68 | 8,5 | 6,3 | 0,061 | 0,0052 |
01 ОСТ 34-577-68
02 ОСТ 34-577-68 03 ОСТ 34-577-68 04 ОСТ 34-577-68 05 ОСТ 34-577-68 06 ОСТ 34-577-68 07 ОСТ 34-577-68 08 ОСТ 34-577-68 09 ОСТ 34-577-68 |
325/309 | 3000 | 4 | 68 | 8,5 | 9,5 | 0,061 | 0,0026 |
Трубные решетки теплообменников с диаметром кожуха от 600 до 1200 мм, предназначенные для агрессивных сред, изготовляют из двух слоев стали: ВМСтЗсп вместе с Х18Н10Т или из 16ГС вместе с Х18Н10Т.
Теплообменники типа ТН и ТК могут быть собраны в блоки, состоящие из нескольких горизонтальных аппаратов. Количество аппаратов в блоке и габаритные размеры принимают по суммарной площади поверхности теплообмена [ 8 ].
Теплообменники с плавающей головкой (рис. 4.3 и 4.12) применяют для нагрева или охлаждения жидких и газообразных сред в пределах рабочих температур от – 30 до +450 °С и условного давления от 1,6 до 6,4 МПа в трубном или межтрубном пространстве. Основные параметры вертикальных и горизонтальных теплообменников приведены в табл. 4.12, 4.13 и 4.15. Кожух, распределительная камера и крышки изготовляются из стали ВМСтЗсп или из стали 16ГС. В зависимости от назначения аппарата применяются трубы из стали 20 или сплава АМг2М. Для конденсаторов применяют трубы из латуни ЛОМш 70-1-0,06 или ЛАМш 77-2-0,06. Для нагрева или охлаждения агрессивных сред применяют трубы из стали Х5М или из коррозионностойкой стали ОХ18Н10Т. В этом случае трубные решетки изготовляют из стали 16ГС или двух слоев сталей 16ГС и Х18Х10Т.
Рис.4.12. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой:
1 – крышка распределительной камеры; 2 – распределительная камера; 3 – кожух; 4 – трубы; 5 – крышка кожуха; 6 – крышка плавающей головки; 7 – опора
Рис.4.13. Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубами:
1 – крышка распределительной камеры; 2 – кожух; 3 – U-образные трубы; 4 – опора
Теплообменники с U-образными трубами (рис. 4.13) применяют в условиях теплообмена при рабочих температурах среды от –30 до +450 °С. Стандартные теплообменники изготовляют с диаметром кожуха от 325 до 1400 мм и характерными параметрами, указанными в табл. 4.16. Применение теплообменников с U-образными трубами регламентировано условным давлением, которое для нейтральных и невзрывоопасных сред находится в пределах от 1,6 до 6,4 МПа. В теплообменниках с температурой среды от 100 до 450 °С рабочее давление снижается в пределах, указанных в [ 8 ]. Кожух и распределительная камера обычно изготовляются из стали ВМСтЗпс или 16ГС. Теплообменные трубы - из стали 20, а в конденсаторах – из сплава АМг2М.
Расчеты на прочность конструктивных элементов теплообменников из углеродистой или легированной стали выполняют в соответствии с требованиями [ 9 ].
Теплообменные аппараты «труба в трубе» (рис. 4.14) применяют для нагрева и охлаждения жидкостей при давлении до 2,5 МПа и температуре до +450°С. По конструкции различают аппараты жесткой сварной конструкции (тип ТТ), с сальниками на одном или обоих концах труб (тип ТТ-С), с оребренными трубами (тип ТТ-Р). Основные параметры и размеры теплообменников приведены в табл. 4.17. Их изготовляют из цельнокатаных труб. Материал труб – углеродистая или нержавеющая стали.
Рис.4.14. Теплообменник типа «труба в трубе»:
1 – внутренняя труба; 2 – наружная труба; 3 - калач
Последовательное и параллельное соединение отдельных аппаратов «труба в трубе» позволяет создавать теплообменники с площадью поверхности от 1 до 250 м 2 . Простота конструкции аппаратов этого типа позволяет изготавливать их в ремонтных мастерских предприятий.
Таблица 4.13. Теплообменники кожухотрубчатые сварной конструкции с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе [ 8 ]
Диа-метр
ха D в, мм |
Дав-ле- | Размеры | Количество | Площадь поверхности теплообмена аппаратов,м 2 , при длине труб, мм | Площадь сечения
одного хода по трубам, м 2 ·10 2 |
Площадь проходного сечения, м 2 .I0 2 | |||||
2000 | 3000 | 4000 | 6000 | 9000 | В выре- | Между
перегород |
|||||
20х2 | 1 | 22 | 34 | 45 | 68 | 3,6 | 2,1 | 2,5 | |||
20 х 2 | 2 | 21 | 31 | 41 | 62 | - | 1,7 | ||||
400 | 25 х 2 | 1 | 17 | 26 | 35 | 52 | - | 3,8 | 2,2 | 2,1 | |
25 х 2 | 2 | 15 | 23 | 31 | 47 | - | 1,7 | ||||
1 | 49 | 73 | 98 | 147 | 7,9 | 4,7 | 5,4 | ||||
1,0 | 20 х 2 | 2 | 46 42 | 70 | 93 | 140 | - | 3,8 | |||
600 | 1,6 | 6 | 43 | 64 | 86 | 129 | - | 1,0 | |||
1 | 40 | 61 | 81 | 122 | 9,0 | 4,9 | 5,2 | ||||
2,5 | 25 х 2 | 2 | 38 | 57 | 76 | 114 | - | 4,2 | |||
4,0 | 4 | 32 | 49 | 65 | 98 | - | 1,8 | ||||
6 | 34 | 51 | 68 | 102 | - | 0,9 | |||||
1 | 91 | 138 | 184 | 276 | 416 | 14,8 | 7,8 | 7,7 | |||
1,0 1,6 | 20 х 2 | 2 | 88 | 132 | 177 | 266 | 400 | 7,1 | |||
800 | 1,6 | 4 | 82 | 124 | 165 | 248 | 373 | 3,3 | |||
2,5 | 1 | 74 | 112 | 150 | 226 | 339 | 16,7 | 7,7 | 7,9 | ||
25 х 2 | 2 | 70 | 106 96 | 142 128 | 212 193 | 320 290 | 7,8 3,1 | ||||
4,0 | 6 | 62 | 93 | 125 | 187 | 282 | 2,2 | ||||
6,0 | 1 | 220 | 295 | 444 | 667 | 23,8 | 12,5 | 13,5 | |||
1,0 | 20 х 2 | 2 4 | - | 214 202 | 286 270 | 430 406 | 648 610 | 11,6 5,1 | |||
1,6 | 6 | - | 203 | 272 | 409 | 614 | 3,4 | ||||
1000 | 2,5 | 1 | - | 183 | 244 | 366 | 551 | 27,0 | 12,1 | 11,7 | |
25 х 2 | 2 | - | 175 | 234 | 353 | 530 | 13,2 | ||||
4,0 | 4 | - | 163 | 218 | 329 | 494 | 6,0 | ||||
6 | 160 | 214 | 322 | 486 | 3,8 | ||||||
1 | 426 | 642 | 964 | 34,5 | 17,3 | 16,5 | |||||
0,6 | 20 х 2 | 2 | - | 415 | 626 | 942 | 16,9 | ||||
1,0 | 4 | - | - | 396 | 596 | 897 | 7,9 | ||||
1200 | 6 | - | - | 397 | 597 | 900 | 5,4 | ||||
1 | 348 | 525 | 790 | 39,0 | 16,8 | 15,2 | |||||
1,6 2,5 | 25 х 2 | 2 | - | - | 338 | 509 | 766 | 18,9 | |||
6 | - | - | 316 | 476 | 716 | 5,7 |
Таблица 4.14. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты [ 8 ]
Основные параметры и размеры | Нормы по типам | ||||
ТН | ТК | ТП ТУ | ТС | ||
1-2000 | 10-1250 10-1400 | 10-315 | |||
Условное давление в труб ном или межтрубном пространстве р у, МПа | 0,6; 1,0; 1,6; | 0,6; 1,0; | 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4 | 0,6; 1,0 | |
Диаметр кожуха, мм:
наружный (при изготовлении из труб) внутренний (при изготовлении из листовой |
159; 273; 325; 426
400; (500); 600; 800; 1000; 1200; 1600; 1800; 2000; 2200 |
325; 426
400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400 |
400; 500; | ||
Наружный диаметр и тол
щина стенки теплообмен- ных труб, мм |
(16Х1,6); 20Х2; 25Х2;
25Х2,5; 38Х2; (38Х3); |
20Х2; 25Х2; 25Х2,5 | |||
Длина теплообменных труб, мм | 1000; 1500; 2000; 3000;
4000; 6000; 9000 |
3000; 6000; 9000 | |||
Схема и шаг размещения
теплообменных труб в трубных решетках, мм |
По вершинам равносторонних треугольников:
21 для труб диаметром 16 |
По вершинам квадратов или равносторонних треугольников:
26 для труб диаметром 20 |
Таблица 4.15. Кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой [ 8 ]
Диаметр кожуха, мм | Диаметр труб, мм | Koличество ходов по трубам | Площадь поверхности теплообмена, м 2 , при длине труб, мм, | Площадь
проходного одного хода по трубам, м 2 ×10 3 , при их расположении |
Площадь проходных
сечений, м 2 -10 3 , при расположении труб |
|||||||||
по вершинам
квадрата |
по вершинам треугольника | по вершинам квадрата | по вершинам треугольника | |||||||||||
3000 | 6000 | 9000 | 6000 | 9000 | по вершинам квадрата | по вершам треугольника | в вырезе
перегороки |
между пере-
городками |
В вырезе
перегородки |
между перегородками | ||||
D н | 325 | 20 | 2 | 11,7 | 23,4 | - | - | - | 6,0 | - | 1,2 | 2,3 | - | - |
426 | 20 | 2 | 23,4 | 47,0 | - | - | - | 13,0 | - | 2,1 | 4,2 | - | -» | |
500 | 20 | 2 | 29,4 | 79,0 | - | - | - | 21,0 | - | 2,6 | 6,8 | - | - | |
D в | 600 | 20 | 2 4 | - | 119,0 111,0 | 179,0 166,0 | 135,0 122,0 | 202,0 183,0 | 32,0 14,0 | 36,0 | 5,3 | 9,6 | 4,7 | 5,8 |
25 | 2 | - | 99,0 90,0 | 149,0 135,0 | 109,0 97,0 | 164,0 146,0 | 36,0 16,0 | 40,0 17,0 | 4,9 | 9,6 | 4,6 | 5,5 | ||
800 | 20 | 2 | - | 214,0 200,0 | 322,0 300,0 | 249,0 231,0 | 374,0 346,0 | 55,0 27,0 | 64,0 31,0 | 9,2 | 15,6 | 7,7 | 8,6 | |
25 | 2 4 | - | 171,0 160,0 | 258,0 240,0 | 196,0 178,0 | 294,0 267,0 | 60,0 30,0 | 69,0 30,0 | 8,4 | 15,6 | 7,5 | 8,8 | ||
1000 | 20 | 2 | - | 352,0 336,0 | 528,0 504,0 | 411,0 332,0 | 610,0 576,0 | 92,0 45,0 | 107,0 49,0 | 14,2 | 24,0 | 17,6 | 14,0 | |
25 | 2 | - | 291,0 275,0 | 436,0 413,0 | 332,0 308,0 | 502,0 462,0 | 104,0 48,0 | 119,0 56,0 | 12,3 | 24,0 | 11,7 | 12,5 | ||
1200 | 20 | 2 | - | 525,0 505,0 | 788,0 756,0 | 611,0 584,0 | 916,0 875,0 | 140,0 68,0 | 162,0 78,0 | 20,5 | 36,0 | 17,0 | 20,0 | |
25 | 2 | - | 425,0 405,0 | 636,0 607,0 | 490,0 460,0 | 735,0 693,0 | 155,0 74,0 | 179,0 85,0 | 19,2 | 29,0 | 17,0 | 18,5 | ||
1400 | 20 | 2 | - | 726,0 708,0 | 1090,0 1060,0 | 843,0 805,0 | 1260,0 1210,0 | 194,0 91,0 | 222,0 107,0 | 25,0 | 41,0 | 22,0 | 23,0 | |
25 | 2 | - | 590,0 567,0 | 885,0 852,0 | 686,0 650,0 | 1030,0 980,0 | 215,0 104,0 | 250,0 116,0 | 24,0 | 40,5 | 22,0 | 21,0 |
Таблица 4.16. Кожухотрубчатые теплообменники с U-образными
трубами [ 8]
rowspan="3"| Диаметр | Диа- | Площадь поверхности теплообмена, м 2 , при длине труб, мм, и
расположении их в решетках |
rowspan="3" | Площадь про-ходного сече-ния одного хода по трубам, м 2 ·io 3 , при их расположении | Площадь проходных
сечений, м 2 I0 3 , труб при их расположении |
|||||||||
по вершинам квадрата | по вершинам треугольника | по вершинам квадрата | по вершинам треугольника | ||||||||||
3000 | 6000 | 9000 | 6000 | 9000 | по
вер- шинам квад- рата |
по вершинам
тре- угольника |
в вы-
резе перего родки |
меж-
ду nepe-город- ками |
в вы-
резе пере-город- ки |
меж-
ду пере-го- род- ками |
|||
D н | 325 | 20 | 14 | 28 | - | - | - | 7 | - | 1,0 | 2,5 | - | - |
426 | 20 | 28 | 55 | - | - | - | 14 | - | 1,8 | 4,6 | - | - | |
D вн | 500 | 20 | 44 | 86 | - | - | - | 22 | - | 2,6 | 6,0 | - | - |
600 | 20 | - | 126 | 188 | 150 | 224 | 33 | 39 | 5,1 | 10,0 | 4,4 | 6,0 | |
800 | 20 | - | 225 | 335 | 263 | 390 | 58 | 68 | 9,3 | 17,0 | 9,0 | 9,0 | |
1000 | 20 | - | 383 | 567 | 443 | 656 | 98 | 114 | 13,0 | 25,0 | 12,6 | 13,0 | |
1200 | 20 | - | 575 | 850 | 660 | 973 | 148 | 168 | 19,0 | 36,0 | 17,0 | 21,0 | |
1400 | 20 | - | 796 665 | 1170 964 | 923 753 | 1361 1108 | 202 227 | 232 262 | 24,0 | 47,0 45,0 | 22,0 | 28,0 22,0 |
Таблица 4.17. Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» [ 8 ]
Основные параметры (рис. 4.19) | Аппараты | ||||
разборные одно- и двухпоточ-
ные мало- габаритные |
неразборные однопоточ-
ные мало- габаритные |
разборные
поточные |
неразборные
поточные |
разборные много-
поточные |
|
Наружный диаметр тепло-
обменных труб, мм |
25, 38, 48, 57 | 76, 89, 108, 133, 159 | 38, 48, 57 | ||
Наружный диаметр кожуховых труб, мм | 57, 76, 89, 108 | 108, 133, 159, 219 | 89, 108 | ||
Длина кожуховых труб, м | 1,5; 3,0; 6,0; 4,5 | 4,5; 6,0; | 6,0; 9,0; | 3,0; 6,0; | |
Площадь поверхности теплообмена, м 2 | 0,5–5,0 | 0,1–1,0 | 5,0–18,0 | 1,5–6,0 | 5,0–93,0 |
Площадь проходных сече-
ний, м 2 .I0 4: внутри теплообменных снаружи теплообменных |
2,5–35,0 | 2,5–17,5 | 50–170 | 45–170 | 35–400 |
Условное давление, МПа:
внутри теплообменных снаружи теплообменных |
6,4; 10,0; | ||||
6,4; 10,0; | 1,6; 4,0 | 1,6; 4,0 | 1,6; 4,0 |
Кожухотрубчатые теплообменники относятся к наиболее распространенным. Их применяют в промышленности и на транспорте в качестве нагревателей, конденсаторов, охладителей, для различных жидких и газообразных сред. Основными элементами кожухотрубчатого теплообменника являются: кожух (корпус), трубный пучок, камеры-крышки, патрубки, запорная и регулирующая арматура, контрольная аппаратура, опоры, каркас. Кожух аппарата сваривают в виде цилиндра из одного или нескольких, обычно стальных листов. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды в межтрубном пространстве и диаметром аппарата. Днища камер могут быть сферическими сварными, эллиптическими штампованными и реже - плоскими. Толщина днищ не должна быть меньше толщины корпуса. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. В зависимости от расположения аппарата относительно пола помещения (вертикальное, горизонтальное) к корпусу должны быть приварены соответствующие опоры. Предпочтительнее вертикальное расположение корпуса и всего теплообменника, так как в этом случае уменьшается площадь, занимаемая аппаратом, и более удобно расположение его в рабочем помещении.
Трубный пучок теплообменника может быть собран из гладких стальных бесшовных, латунных или медных прямых или U- и W-образных труб диаметром от нескольких миллиметров до 57 мм и длиной от нескольких сантиметров до 6-9 м с диаметром корпуса до 1,4 м и более. Внедряются, особенно в холодильной технике и на транспорте, образцы кожухотрубчатых и секционных теплообменников с низкими накатными продольными, радиальными и спиральными ребрами. Высота продольного ребра не превышает 12-25 мм, а высота выступа катаных труб 1,5-3,0 мм при 600-800 ребрах на 1 м длины. Внешний диаметр труб с низкорадиальными (накатными) ребрами мало отличается от диаметра гладких труб, хотя поверхность теплообмена при этом возрастает в 1,5-2,5 раза. Форма такой поверхности теплообмена обеспечивает высокую тепловую эффективность аппарата при рабочих средах с различными теплофизическими свойствами.
В зависимости от конструкции пучка как гладкие, так и накатные трубы закрепляют в одной или двухтрубных решетках развальцовкой, разбортовкой, сваркой, спайкой или сальниковыми соединениями. Из всех перечисленных способов реже применяют более сложные и дорогостоящие сальниковые уплотнения, допускающие при тепловых удлинениях продольное перемещение труб.
Размещение труб в трубных решетках (рис. 2.2) может быть осуществлено несколькими способами: по сторонам и вершинам правильных шестиугольников (шахматное), по сторонам и вершинам квадратов (коридорное), по концентрическим окружностям и по сторонам и вершинам шестиугольников со смещенной на угол β диагональю. Преимущественно трубы размещаются равномерно на всей площади решетки по сторонам и вершинам правильных шестиугольников. В аппаратах, предназначенных для работы на загрязненных жидкостях, часто принимают прямоугольное размещение труб для облегчения очистки межтрубного пространства.
Рис. 2.2 - Способы закрепления и размещения труб в трубных решетках: а - развальцовкой; б - развальцовкой с отбортовкой; в - развальцовкой в очках с канавками; г и д - приваркой; е - с помощью сальника; 1 - по сторонам и вершинам правильных шестиугольников (треугольников); 2 - по концентрическим окружностям; 3 - по сторонам и вершинам квадратов; 4 - по сторонам и вершинам шестиугольников со смещенной на угол β диагональю
В горизонтальных кожухотрубчатых теплообменниках-конденсаторах с целью уменьшения термического сопротивления на внешней поверхности труб, вызываемого пленкой конденсата, трубы рекомендуется размещать по сторонам и вершинам шестиугольника со смещенной на угол β диагональю, оставляя при этом в межтрубном пространстве свободные проходы для пара.
Некоторые варианты компоновки трубных пучков в корпусе приведены на (рис. 2.3). Если обе решетки пучка из прямых труб зажимаются между верхними и нижними фланцами корпуса и крышек, то такой аппарат будет жесткой конструкции (рис. 2.3, а, б). Теплообменники жесткой конструкции применяются при сравнительно небольшой разности температур между корпусом и трубами (примерно 25-30° С) и при условии изготовления корпуса и труб из материалов с близкими значениями их коэффициентов удлинения. При проектировании аппарата необходимо рассчитывать напряжения, возникающие вследствие тепловых удлинений труб в трубной решетке, особенно в местах соединения труб с решеткой. По этим напряжениям в каждом конкретном случае определяют пригодность или непригодность аппарата жесткой конструкции. Возможные варианты кожухотрубчатых теплообменников нежесткой конструкции показаны также на (рис. 2.3, в, г, д, е).
Рис. 2.3 - Схемы кожухотрубчатых теплообменников: а - с жестким креплением трубных решеток с сегментными перегородками; б - с жестким креплением трубных решеток с кольцевыми перегородками; в - с линзовым компенсатором на корпусе; г - с U-образными трубами; д - с двойными трубами (труба в трубе); е - с «плавающей» камерой закрытого типа; 1 - цилиндрический корпус; 2 - трубы; 3 - трубная решетка; 4 - верхняя и нижняя камеры; 5, 6, 9 - сегментная, кольцевая и продольная перегородки в межтрубном пространстве; 7 - линзовый компенсатор; 8 - перегородка в камере; 10 - внутренняя труба; 11 - наружная труба; 12 - «плавающая» камера
В кожухотрубчатом теплообменнике с линзовым компенсатором на корпусе (рис. 2.3, в) тепловые удлинения компенсируются осевым сжатием или растяжением этого компенсатора. Такие аппараты рекомендуется применять при избыточном давлении в межтрубном пространстве не выше 2,5·10 5 Па и при деформации компенсатора не более чем на 10-15 мм,
В теплообменниках с U-образными (рис. 2.3, г), а также с W-образными трубами оба конца труб закрепляют в одной (чаще в верхней) трубной решетке. Каждая из труб пучка может свободно удлиняться независимо от удлинения других труб и элементов аппарата. При этом в местах соединений труб с трубной решеткой и в соединении трубной решетки с корпусом не возникает никаких напряжений. Эти теплообменники пригодны для работы при высоких давлениях теплоносителей. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут быть признаны лучшими из-за трудности изготовления труб с разным радиусом изгиба, сложности замены и неудобства очистки гнутых труб.
Кроме того, в условиях эксплуатации при равномерном распределении теплоносителя на входе в трубы будет неодинаковая температура этого теплоносителя на выходе из них вследствие разных площадей поверхностей теплообмена этих труб.
В кожухотрубчатых теплообменниках с двойными трубами (рис. 2.3, д) каждый элемент состоит из двух труб: наружной - с закрытым нижним концом и внутренней - с открытым концом. Верхний конец внутренней трубы меньшего диаметра закрепляют развальцовкой или сваркой в верхней трубной решетке, а трубу большего диаметра - в нижней трубной решетке. При таких условиях монтажа каждый из элементов, состоящий из двух труб, может свободно удлиняться без возникновения тепловых напряжений. Нагреваемая среда движется по внутренней трубе, затем по кольцевому каналу между наружной и внутренней трубами. Тепловой поток от греющей к нагреваемой среде передается сквозь стенку внешней трубы. Кроме того, в процессе переноса теплоты участвует и поверхность внутренней трубы, потому что температура нагреваемой среды в кольцевом канале выше температуры той же среды во внутренней трубе.
В кожухотрубчатом теплообменнике с «плавающей» камерой закрытого типа (рис. 2.3, е) трубный пучок собирается из прямых труб, соединенных двумя трубными решетками. Верхнюю решетку зажимают между верхним фланцем корпуса и фланцем верхней камеры. Нижняя трубная решетка не соединяется с корпусом, она вместе с нижней камерой внутритрубного пространства свободно может перемещаться вдоль оси теплообменника. Эти теплообменники более совершенны, чем другие аппараты нежесткой конструкции. Некоторое удорожание аппарата из-за увеличения диаметра корпуса в зоне «плавающей» камеры и из-за необходимости изготовления дополнительной крышки оправдывается простотой и надежностью в эксплуатации. Аппараты могут быть вертикального и горизонтального исполнения.
Другие типы теплообменников с компенсацией тепловых удлинений, как, например, с сильфонным компенсатором на верхнем патрубке, отводящим (подводящим) теплоноситель из внутритрубного пространства, с сальниковым уплотнением верхнего патрубка или трубной решетки и т. п. ввиду сложности изготовления, малой надежности в эксплуатации и низких допускаемых давлений теплоносителей в перспективе будут применяться только в исключительных случаях.
Трубное и межтрубное пространства теплообменников разобщены и образуют два контура для циркуляции двух теплоносителей. Но в случае необходимости во внутритрубный контур можно подавать не одну, а две и даже три нагреваемые среды, разделив при этом эти потоки перегородками, размещенными в крышках аппаратов.
Практически при конструировании таких аппаратов можно обосновать и обеспечить оптимальную скорость только одного теплоносителя, проходящего по внутритрубному контуру, изменяя при этом расположение труб в трубной решетке и число ходов по трубам. Многоходовые аппараты создают путем установки соответствующих перегородок в верхней и нижней камерах теплообменника.
Скорость потока в межтрубном пространстве определяется условиями размещения труб в трубной решетке. Обычно живое сечение для прохода теплоносителя в межтрубном пространстве в 2-3 раза больше живого сечения труб, поэтому при равных объемных расходах обеих сред скорость потока в межтрубном пространстве в 2-3 раза меньше, чем в трубах. В случае необходимости в межтрубном пространстве могут быть установлены сегментные или кольцевые перегородки, уменьшающие живое сечение и придающие жесткость трубному пучку. Естественно, при этом в межтрубном пространстве будет возрастать скорость потока, организуется продольно-поперечное омывание пучка труб, улучшатся условия теплообмена.
В водо-водяных или вообще жидкостно-жидкостных теплообменниках рабочую среду с меньшим расходом в единицу времени (или с большей вязкостью) целесообразно направлять во внутритрубный контур, хотя в некоторых случаях могут быть и отступления от этого принципа, например в аппаратах для охлаждения масла (рис. 2.3, б).
В парожидкостных теплообменниках , особенно при повышенных параметрах пара, наблюдается большая разность между температурами стенок труб и корпуса. Поэтому для таких случаев нагрева жидкости чаще всего используются аппараты нежесткой конструкции, за исключением конденсаторов пара, работающих под вакуумом. Пар обычно проходит в межтрубном пространстве сверху вниз, а жидкость - внутри труб. Конденсат удаляется из нижней части корпуса через конденсатоотводчик. Обязательным условием, обеспечивающим нормальную работу парожидкостного теплообменника, является отвод неконденсирующихся газов из верхней части межтрубного пространства и из нижнего объема над поверхностью конденсата. В противном случае будут ухудшаться условия теплообмена на внешней поверхности труб, резко уменьшится тепловая производительность аппарата.
В комплексных промышленных теплоэнергетических установках применяют конденсаторы, которые выполняют вспомогательную роль в данном процессе. Выбор типа и конструкции конденсатора зависит от давления, при котором протекает процесс фазового перехода, и от необходимости сохранения конденсата. В этой связи следует рассматривать поверхностные и смесительные конденсаторы.
Поверхностные кожухотрубчатые конденсаторы жесткой конструкции горизонтального типа компактны, удобны для размещения в сочетании с другим оборудованием, но в то же время они дороже смесительных. Расположение труб в решетке поверхностных конденсаторов осуществляется по варианту, показанному на рис. 2.2 (4) или рис. 2.2 (1). По ходу воды в трубах конденсаторы выполняются двух- и четырехходовыми. Пар конденсируется в межтрубном пространстве, в котором предусматривают свободные проходы для пара к нижним рядам труб. Такой способ конденсации пара обеспечивает чистоту конденсата, который может служить питательной средой для парогенераторов. В этих конденсаторах можно поддерживать давление от 5000 до 3000 Па.
Большое количество разнообразных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов изготавливается серийно специализированными заводами, поэтому во многих случаях представляется возможным выбрать теплообменник, соответствующий расчетным характеристикам, по каталогу.
Конструкции современных рекуперативных теплообменных аппаратов поверхностного типа непрерывного действия весьма разнообразны. Рассмотрим наиболее характерные.
Кожухотрубчатые теплообменники представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, скрепленных при помощи трубных решеток (досок) и ограниченных кожухами и крышками с патрубками. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Перегородки предназначены для увеличения скорости и, следовательно, коэффициента теплоотдачи теплоносителей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между жидкостями и паром, между жидкостями и газами. Типовые конструкции кожухотрубчатых теплообменников применяются в случаях, когда требуется большая поверхность теплообмена.
При нагреве жидкости паром в большинстве случаев пар вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубкам. В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2... 3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, скорости теплоносителя в межтрубном пространстве более низкие и коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. На рис. 4.5 показаны различные типы кожухотрубчатых теплообменников.
Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Так, конденсатор современной паровой турбины мощностью 300 МВт имеет более 20 тыс. труб с общей поверхностью теплообмена около 15 тыс. м 2 .
Корпус (кожух) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются, главным образом, способом соединения с трубной решеткой и крышками. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не меньше 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.
Трубки кожухотрубчатых аппаратов изготовляют прямыми или изогнутыми (U-образными) диаметром от 12 до 57 мм.
Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и специальных сплавов.
Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, заварки, запайки или сальниковых соединений. Трубные решетки зажимаются болтами между фланцами кожуха и крышки или привариваются к кожуху, либо соединяются болтами только с фланцами свободной камеры (см. рис. 4.5).
Рис. 4.5. Типы кожухотрубчатых теплообменников:
а - одноходовый; б - многоходовый; в - пленочный; г - с линзовым компенсатором; д - с плавающей головкой закрытого типа; е - с плавающей головкой открытого типа; ж - с сальниковым компенсатором; з - с U-образными трубками; 1 - кожух; 2 - выходная камера; 3 - трубная решетка; 4 - трубы; 5 - входная камера; 6 - продольная перегородка; 7 - камера; 8 - перегородки в камере; 9 - линзовый компенсатор; 10 - плавающая головка; 11 –сальник; 12 - U-образные трубы; I, II - теплоносители
Крышки кожухотрубчатых аппаратов имеют форму плоских плит, конусов, сфер, а чаще всего выпуклых или вогнутых эллипсов.
Секционные теплообменники (рис. 4.6) представляют собой разновидность трубчатых аппаратов и состоят из нескольких последовательно соединенных секций, каждая из которых представляет собой кожухотрубчатый теплообменник с малым числом труб и кожухом небольшого диаметра.
В секционных теплообменниках при одинаковых расходах жидкостей скорости движения теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве почти равновелики, что обеспечивает повышенные коэффициенты теплопередачи по сравнению с обычными трубчатыми теплообменниками. Простейшим из этого типа является теплообменник «труба в трубе» (в наружную трубу вставлена труба меньшего диаметра). Все элементы аппарата соединены сваркой.
Рис. 4.6. Секционные теплообменники:
а - водяной подогреватель теплосети; б - типа «труба в трубе»; 1 - линзовый компенсатор; 2 - трубки; 3 - трубная решетка с фланцевым соединением с кожухом; 4 - «калач»; 5 - соединительные патрубки
Недостатками секционных теплообменников являются: высокая стоимость единицы поверхности нагрева, так как деление ее на секции вызывает увеличение количества наиболее дорогих элементов аппарата - трубных решеток, фланцевых соединений, переходных камер, компенсаторов и т.д.; значительные гидравлические сопротивления вследствие различных поворотов и переходов вызывают повышенный расход электроэнергии на привод прокачивающего теплоноситель насоса.
Кожухи серийных секционных теплообменников изготовляют из труб длиной до 4 м, внутренним диаметром от 50 до 305 мм. Число труб в секции составляет от 4 до 151, поверхность нагрева от 0,75 до 26 м 2 , трубы латунные диаметром 16/14 мм. Отношение поверхности нагрева к объему теплообменника достигает 80 м 2 /м 3 , а удельный конструкционный вес составляет 50...80 кг/м 2 поверхности нагрева.
Спиральные теплообменники (рис. 4.7) состоят из двух спиральных каналов прямоугольного сечения, по которым движутся теплоносители I и II. Каналы образуются металлическими листами, которые служат поверхностью теплообмена. Внутренние концы спиралей соединены разделительной перегородкой. Для обеспечения жесткости конструкции и фиксирования расстояния между спиралями приваривают бобышки. С торцов спирали закрывают крышками и стягивают болтами.
Горизонтальные спиральные теплообменники применяют для теплообмена между двумя жидкостями. Для теплообмена между конденсирующимся паром и жидкостью используют вертикальные спиральные теплообменники. Такие теплообменники применяют в качестве конденсаторов и паровых подогревателей для жидкости.
Рис. 4.7. Типы спиральных теплообменников:
а - горизонтальный; б - вертикальный; 1, 3 - листы; 2 - разделительная перегородка; 4 - крышки; I, II - теплоносители
К достоинствам спиральных теплообменников можно отнести компактность (большая поверхность теплообмена в единице объема, чем у многоходовых трубчатых теплообменников) при одинаковых коэффициентах теплопередачи и меньшее гидравлическое сопротивление для прохода теплоносителей. К недостаткам - сложность изготовления и ремонта и пригодность работы под избыточным давлении не свыше 1,0 МПа.
Пластинчатые теплообменники имеют плоские поверхности теплообмена. Обычно такие теплообменники применяют для теплоносителей, коэффициенты теплоотдачи которых одинаковы.
Недостатками изготовлявшихся до недавнего времени пластинчатых теплообменников являлись малая герметичность и незначительные перепады давлений между теплоносителями.
В последнее время изготовляют компактные разборные пластинчатые теплообменники, состоящие из штампованных металлических листов с внешними выступами, расположенными в коридорном или шахматном порядке. Такие конструкции применяются для теплообмена между жидкостями и газами и работают при перепадах давлений до 12 МПа. На рис. 4.8 представлено несколько конструкций теплообменников такого типа. Благодаря незначительному расстоянию между пластинами (6...8 мм) такие теплообменники весьма компактны. Удельная поверхность нагрева F/V составляет 200...300 м 2 /м 3 . Поэтому пластинчатые теплообменники в ряде случаев вытесняют трубчатые и спиральные.
Но такой конструкции присущи следующие недостатки: трудность чистки внутри каналов, ремонта, частичной замены поверхности теплообмена, а также невозможность изготовления пластинчатых теплообменников из чугуна и хрупких материалов и длительная эксплуатация.
В настоящее время в системах теплоснабжения жилищно-коммунальных хозяйств и ряда промышленных предприятий в качестве подогревателей горячего водоснабжения (ГВС) и отопления устанавливаются пластинчатые теплообменники (рис. 4.8) вместо ранее используемых для этих целей традиционных секционных кожухотрубных подогревателей. Это связано с целым рядом обстоятельств и преимуществ:
1. Коэффициент теплопередачи в пластинчатых теплообменниках в 3...4 раза больше, чем в кожухотрубных, благодаря специальному гофрированному профилю проточной части пластины, обеспечивающему высокую степень турбулизации потоков теплоносителей. Соответственно в 3...4 раза поверхность пластинчатых теплообменников меньше, чем кожухотрубных.
Рис. 4.8. Пластинчатый водоводяной теплообменник «Теплотекс»:
а - общий вид; б - схема движения теплоносителей
2. Пластинчатые теплообменники имеют малую металлоемкость, очень компактны, их можно установить в небольшом помещении.
3. В отличие от кожухотрубных они легко разбираются и быстро чистятся. При этом не требуется демонтаж подводящих трубопроводов.
4. В пластинчатом теплообменнике можно легко и быстро заменить пластину или прокладку, а также увеличить его поверхность, если со временем возрастет тепловая нагрузка.
Секционные кожухотрубные теплообменники трудно точно рассчитать на требуемую тепловую производительность и допустимые потери напора, так как поверхность одной секции велика и Достигает 28 м 2 (при D y = 300 мм).
Пластинчатые теплообменники набираются из отдельных пластин, поверхность нагрева которых, как правило, не превышает одного метра. Это обстоятельство в сочетании с оптимально выбранным типом пластины позволяет точно без лишнего запаса выбрать теплопередающую поверхность теплообменника.
По своим техническим характеристикам теплообменники «Теплотекс» являются разборными и одноходовыми; материал пластины - сталь ALSL 316; толщина пластины - 0,5 ...0,6 мм; матерная прокладки - резина EPDM; максимальная рабочая температуря теплоносителя - 150 °С; рабочее давление - 1... 2,5 МПа; расходы воды в зависимости от типа теплообменника от 2 до 100 кг/с; поверхность - от 1,5 до 373 м 2 .
Ребристые теплообменники применяются в тех случаях, когда коэффициент теплоотдачи для одного из теплоносителей значительно ниже, чем для второго. Поверхность теплообмена со стороны теплоносителя с низким значением α увеличивают по сравнению с поверхностью теплообмена со стороны другого теплоносителя. В таких аппаратах поверхность теплообмена имеет на одной стороне ребра различной формы (рис. 4.9). Как видно из рисунка, ребристые теплообменники изготовляют самых различных конструкций. При этом ребра выполняю» поперечными, продольными, в виде игл, спиралей, из витой проволоки и т.д.
Рис. 4.9. Типы ребристых теплообменников:
а - пластинчатый; б - чугунная труба с круглыми ребрами; в - трубка со спиральным оребрением; г - чугунная труба с внутренним оребрением; д - плавниковое оребрение трубок; е - чугунная труба с двусторонним игольчатым оребрением; ж - проволочное (биспиральное) оребрение трубок; з - продольное оребрение труб; и - многоребристая трубка
Проще всего понять, как работает теплообменник кожухотрубного типа, можно, изучив его принципиальную схему:
Рисунок 1. Принцип работы кожухотрубного теплообменника. Однако, данная схема иллюстрирует лишь уже сказанное: два раздельных, не смешивающихся теплообменных потока, проходящих внутри кожуха и сквозь трубный пучок. Куда нагляднее будет, если схему сделать анимированной.
Рисунок 2. Анимация работы кожухотрубчатого теплообменника. Данная иллюстрация демонстрирует не только принцип работы и устройство теплообменного аппарата, но и то, как выглядит теплообменник снаружи и внутри. Он состоит из цилиндрического кожуха с двумя штуцерами, в нём и двух распределительных камер по обе стороны кожуха.
Трубы собраны вместе и удерживаются внутри кожуха посредством двух трубных решёток – цельнометаллических дисков с просверленными в них отверстиями; трубные решётки отделяют распределительные камеры от корпуса теплообменника. Трубы на трубной решётке могут крепиться методами сварки, развальцовки или сочетанием этих двух методов.
Рисунок 3. Трубная решётка с развальцованными трубами пучка. Первый теплоноситель попадает сразу в кожух через впускной штуцер и покидает его через штуцер выпуска. Второй теплоноситель вначале подаётся в распределительную камеру, откуда направляется в трубный пучок. Попадая во вторую распределительную камеру, поток «разворачивается» и вновь проходит сквозь трубы к первой распределительной камере, откуда выходит через собственный выпускной штуцер. При этом, обратный поток направляется через другую часть трубного пучка, чтобы не препятствовать прохождению «прямого» потока.
1. Следует подчеркнуть, что на схемах 1 и 2 представлена работа двухходового теплообменника (теплоноситель проходит по пучку труб в два хода – прямым и обратным потоком). Таким образом, достигается улучшенная теплоотдача при той же длине труб и корпуса обменника; правда, при этом увеличивается его диаметр за счёт увеличения количества труб в трубном пучке. Есть более простые модели, у которых теплоноситель проходит сквозь трубный пучок лишь в одном направлении:
Рисунок 4. Принципиальная схема одноходового теплообменника. Кроме одно- и двухходовых теплообменников, существуют также четырёх- шести- и восьмиходовые, которые используются в зависимости от специфики конкретных задач.
2. На анимированной схеме 2 представлена работа теплообменника с установленными внутри кожуха перегородками, направляющими поток теплоносителя по зигзагообразной траектории. Таким образом, обеспечивается перекрёстный ход теплоносителей, при котором «внешний» теплоноситель омывает трубы пучка перпендикулярно их направленности, что также повышает теплоотдачу. Существуют модели с более простой конструкцией, у которых теплоноситель проходит в кожухе параллельно трубам (см. схемы 1 и 4).
3. Поскольку коэффициент теплопередачи зависит не только от траектории потоков рабочих сред, но и от площади их взаимодействия (в данном случае – от совокупной площади всех труб трубного пучка), а также от скоростей теплоносителей, можно увеличить теплоотдачу за счёт применения труб со специальными устройствами – турбулизаторами.
Рисунок 5.
Трубы для кожухотрубчатого теплообменника с волнообразной накаткой. Применение таких труб с турбулизаторами в сравнении с традиционными цилиндрическими трубами позволяет увеличить тепловую мощность агрегата на 15 – 25 процентов; кроме того, за счёт возникновения в них вихревых процессов, происходит самоочистка внутренней поверхности труб от минеральных отложений.
Следует заметить, что характеристики теплоотдачи в значительно мере зависит от материала труб, который должен обладать хорошей теплопроводностью, способностью выдерживать высокое давление рабочей среды и быть коррозионно стойким. По совокупности этих требований для пресной воды, пара и масла наилучшим выбором являются современные марки высококачественной нержавеющей стали; для морской или хлорированной воды – латунь, медь, мельхиор и т.д.
Производит стандартные и модернизированные кожухотрубные теплообменники по современным технологиям для новых устанавливаемых линий, а также выпускает агрегаты, предназначенные для замены выработавших свой ресурс теплообменников. и его изготовление производятся по индивидуальным заказам, с учётом всех параметров и требований конкретной технологической ситуации.
kayabaparts.ru - Прихожая, кухня, гостиная. Сад. Стулья. Спальня