Основные теоретические положения

Кожухотрубчатые теплообменники чаще всего встречаются в химической промышленности. Отличительным конструктивным признаком таких аппаратов является наличие пучка труб, закрепленного в трубной решетке.

Теплообменные трубки, используемые в теплообменниках, имеют диаметр, в пределах, от 12 до 38 мм. Трубки большего диаметра используются редко, т.к. это значительно увеличивает металлоемкость аппарата. Длина трубок от 1 до 6 м. Диаметр корпуса аппарата 157-2000 мм. Поверхность теплопередачи теплообменника может быть в пределах от 1 до 800 м².

По конструктивным признакам кожухотрубчатые теплообменники делятся на аппараты с жестким корпусом, с плавающей головкой и с U-образными трубками (рис.1).

Теплообменники с жестким корпусом используются при небольших температурных напорах (до 20⁰С), когда под воздействием температуры не происходит деформации корпуса аппарата, что в свою очередь не вызывает изгиба или разрыва труб.

При температурных напорах больше 20⁰С требуется компенсация температурных удлинений корпуса аппарата, что осуществляется следующими конструктивными приемами:

- установка линзовых или сальниковых компенсаторов;

- использование «плавающей головки», когда одна из трубных решеток не укреплена в корпусе и имеет возможность свободного перемещения;

- сальниковое крепление труб в трубных решетках;

- использование U- или W-образных трубок.

Кожухотрубные теплообменники с плавающей головкой могут быть открытого и закрытого типов. В теплообменнике с головкой закрытого типа теплоноситель, проходящий по трубному пространству, совершает два хода.

В теплообменнике с открытой плавающей головкой отсутствует верхняя крышка аппаратов, а корпус выступает над плавающей головкой. В таком теплообменнике в межтрубном пространстве проходит безнапорный поток жидкого теплоносителя. Кроме температурных компенсаций в теплообменниках этого типа обеспечивается возможность чистки межтрубного пространства.

В теплообменниках с U- или W-образными трубками оба конца трубок завальцовываются в одной трубной решетке. Каждая теплообменная трубка в аппарате имеет возможность изменять свою длину независимо от других. Недостатком аппарата такого типа является трудность механической очистки межтрубного и трубного пространств.

Для обеспечения оптимальных скоростей теплоносителей в теплообменниках используются многоходовые аппараты. Многоходовость по трубному пространству достигается установкой перегородок в крышках. Как правило, число ходов является четным и доходит до восьми. Многоходовость по межтрубному пространству достигается установкой сегментных перегородок, имеющих ширину, равную 0,6...0,8 D внутреннего диаметра кожуха.

Расстояние между центрами труб или шаг труб выбирают возможно меньшим, для увеличения скорости движения теплоносителя по межтрубному пространству и уменьшения габаритов аппарата. При закреплении труб на сварке шаг t=1,3…1,5d_н, при завальцовке шаг t=1,25d_н. Трубы обычно размещают в шахматном порядке по сторонам правильного шестиугольника, реже – по концентрическим окружностям или по сторонам квадрата (рис.2). Последняя схема размещения труб в трубной решетке наименее компактная, но самая удобная в отношении чистки межтрубного пространства.

Кожухотрубные теплообменники маркируются следующим образом:

Тип ТН – одно- и многоходовые с жестким корпусом и неподвижными трубными решетками;

- тип ТЛ - одно- и многоходовые с неподвижными решетками и линзовым компенсатором на корпусе;

- тип ТП – с жестким корпусом, горизонтальные, двух- или многоходовые с плавающей головкой и подвижной решеткой;

- тип ТП-О –то же, но вертикальные открытого типа;

- тип ТУ – с U-образными трубками и жестким корпусом;

- тип ПП – подогреватели с паровым пространством.

Если теплообменник имеет маркировку ПП-1400-70-1,6/2,5, то это означает: подогреватель с паровым пространством, диаметр корпуса 1400 мм, поверхность теплообмена 70м², давление в корпусе 1,6 МПа, давление в трубах 2,5МПа. Основные параметры кожухотрубчатых теплообменников приведены в приложениях 1-3.