Какие существуют виды теплообменников?
Согласно ГОСТ 9929–82 кожухотрубчатые теплообменные изделия выпускаются диаметром от 15,9 см до 300 см и выдерживают давление в диапазоне от вакуума до 160 кгс/см². В длину аппарат может быть от нескольких сантиметров до 8–9 метров.
Поверхность теплообмена может достигать нескольких тысяч квадратных метров.
Изделия выпускаются следующих видов:
• Н – с неподвижно встроенными трубчатыми решетками;
• К – с температурным компенсатором;
• П – с плавающей головкой;
• У – с U-образной формой трубчатых элементов;
• ПК – комбинированная, оснащена плавающей головкой со встроенным компенсатором.
Кожухотрубчатые теплообменники с неподвижными трубными решетками имеют жесткую конструкцию компонентов. Они наиболее распространены в нефтегазовой отрасли и химической промышленности. Этот вид занимает 75% всего рынка кожухотрубчатых теплообменников. Отличительной особенностью этого вида является то, что теплообменные трубы жестко скреплены с трубными решетками (развальцованы), которые в свою очередь, приварены к внутренней стенке корпуса. В связи с этим исключена возможность взаимных перемещений элементов в распределительной камере.
Для подачи и отвода теплоносителя труб и межтрубного пространства, а также отвода конденсата изделия оборудуются штуцерами или другой трубопроводной арматурой, выходящей наружу теплообменника. Интенсивность теплоотдачи при поперечном перемещении потока выше, поэтому его направляют по зигзагообразной траектории. Для этого устанавливают поперечные перегородки, они не примыкают к внутренней поверхности кожуха, оставляя зазор для перемещения потока. Для сосредоточения потока ближе к пучку труб, специальными пластинами сужают рабочее пространство камеры.
В кожухотрубном теплообменнике с компенсатором на корпусе тепловые удлинения компенсируются продольным сжатием или удлинением гибких вставок и расширителей. Такие аппараты применяются при избыточной деформации компенсатора в пределах 10–15 мм. В такой полужесткой конструкции могут применяться линзовые, сальниковые или сильфонные компенсаторы для компенсации температурных удлинений и перекоса труб.
Более совершенной считается конструкция аппарата с плавающей головкой. Одна из трубных досок крепится жестко, другая решетка свободно перемещается вместе с трубной системой. Плавающей готовкой называют подвижную решетку с крышкой, которой она оснащена. Некоторое удорожание аппарата ввиду увеличения диаметра корпуса и дополнительного днища оправдывается большей надежностью в эксплуатации.
В изделии с U-образными трубами оба конца трубного пучка закреплены на одной трубной решетке, труба изогнута петлей на 180° радиусом 4d или больше. Это позволяет трубам свободно удлиняться в сторону изгиба трубного пучка.
По направлению перемещения среды в аппарате различают одно/многоходовые теплообменники. В одноходовом вещество двигается однократно по кратчайшей траектории от входа к выходу. Наиболее ярким представителем этого вида является водоводяной подогреватель ВВП, применяемый в отопительных системах. Когда лучше применять такой аппарат? Лучше всего там, где не требуется высокая интенсивность процесса теплообмена и где существует небольшая разница между температурой теплоносителя и окружающей среды.
В многоходовых поток перенаправляют с помощью системы продольных и поперечных перегородок в объеме. Оптимальным считается применение теплообменника в тепловых системах с большой скоростью перемещения или низкой теплоотдаче агента. По способу перемещения агента различают прямоточные, противоточные и перекрестноточные изделия.
Для работы теплообменника в агрессивных средах вместо стального пучка труб применяют графитовые или стеклянные трубы, герметизируют корпус сальниками специальных материалов.
Кожухотрубчатый холодильник
Кожухотрубчатые холодильники состоят из определенного количества труб небольшого диаметра, развальцованных в трубных досках, помещенных в металлическом кожухе. Охлаждаемый газ подводится в межтрубное пространство через верхний штуцер. Для увеличения поверхности теплообмена путь движения газа в теплообменниках удлиняют, устанавливая внутри кожуха перегородки. Отводят газ из теплообменника через нижний штуцер. Вода проходит снизу вверх по трубам, двигаясь навстречу газу.
Кожухотрубчатые холодильники гораздо эффективнее, легче, занимают мало места, но дороги, часто засоряются и сложны в ремонте.
Кожухотрубчатые холодильники более эффективны, занимают меньше места, но дороги, часто засоряются и сложны в ремонте. Достоинства теплообменников определяются разностью температур входящего и выходящего потоков, а также потерями давления и металлоемкостью. Эти требования трудно совместить, поэтому теплообменники выбирают с учетом экономических соображений и удобств эксплуатации.
Кожухотрубчатые холодильники для масла, обычно выполняемые из углеродистой стали, применяют реже, так как они имеют меньшую коррозионную стойкость, чем чугунные радиаторы. Такие холодильники собирают из труб, соединенных с помощью колен в секции. По высоте одна секция состоит из 24 — 48 труб.
| Контактный аппарат. |
Кожухотрубчатые холодильники по конструкции и размерам идентичны описанным выше теплообменникам для раствора. Охлаждающую воду подают в трубное пространство, раствор — а — межтрубное.
Кожухотрубчатые холодильники ( ГОСТ 14244 — 69) используются в основном для доохлаждения потока после воздушных холодильников.
| Кожухотрубчатый холодильник с подвижной головкой. |
Эффективность кожухотрубчатых холодильников зависит не только от количества ходов потока воды, но и от наличия перегородок. Часто, особенно у маслохолодильников газомотокомпрес-соров, увеличение зазора ( до 12 мм) между торцом перегородки и стенкой кожуха приводит к тому, что масло в холодильнике частично протекает прямолинейно через эти зазоры.
При кожухотрубчатых холодильниках с потоком газа между трубками прибор для измерения давления должен быть установлен до холодильника.
При кожухотрубчатых холодильниках с потоком газа между трубками манометр должен быть установлен до холодильника.
| Конденсатор воздушного охлаждения. |
Тепловой расчет кожухотрубчатых холодильников не отличается от расчета теплообмешгах аппаратов и сводится к определению коэффициента теплопередачи и средней разности температур.
В качестве кожухотрубчатых холодильников и конденсаторов применяются обычные типовые кожухотрубчатые теплообменники. Вместе с тем разработана специальная конструкция конденсаторов для пропан.
Тепловой расчет кожухотрубчатых холодильников не отличается от расчета теплообменных аппаратов и сводится к определению коэффициента теплопередачи и средней разности температур.
Классификация теплообменного оборудования
Теплообменники могут быть поверхностными и смесительными.
В поверхностных аппаратах контакт между теплоносителем и нагреваемой средой происходит через разделяющую поверхность, чаще всего сделанную из металла. Примером может служить движение холодной воды по трубе, находящейся внутри трубы большего диаметра, по которой течет горячая вода, пар или нагретые дымовые газы. Теплообмен происходит через поверхность разделяющей эти среды трубы, а точнее, через поверхность трубы, по которой движется холодная вода.
В этом случае процесс носит стационарный характер, параметры сред остаются постоянными в течение определенного периода времени, а теплообменное оборудование называется рекуперативным или стационарным.
Нагреваемая среда и теплоноситель могут двигаться в одном направлении (прямоточный теплообменник) и в противоположных направлениях (противоточные теплообменники). Противоточные теплообменники имеют больший КПД и позволяют нагревать холодную среду выше температуры теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата.
Рекуперативное теплообменное оборудование может иметь различную конструкцию:
- Труба в трубе
- Витые
- Двухтрубные
- Погружные
- Ребристые и др.
Регенеративные теплообменники
Регенеративное теплообменное оборудование имеет поверхность передачи тепла, с которой поочередно происходит контакт греющей и нагреваемой сред. Этот процесс напоминает волну, набегающую на нагретый солнцем берег.
Смесительные теплообменные аппараты.
Их также называют контактными по характеристике происходящего процесса, в ходе которого происходит непосредственный контакт греющей и нагреваемой сред. Применение такого оборудования возможно только в том случае, если в соответствии с технологическим процессом можно смешивать участвующие в процессе теплообмена среды.
Например, можно смешивать холодную воду и нагретый водяной пар, а также горячую и холодную воду.
Устройство пластин
Конструкция и принцип работы пластинчатого теплообменника будет зависеть от модификации оборудования, в котором может находиться разное количество пластин с зафиксированными прокладками. Эти прокладки перекрывают каналы с проходящим тепловым носителем. Чтобы достигнуть необходимой герметичности прилегания пар соединенных между собой прокладок, достаточно крепления этих пластин с подвижной плитой.
Нагрузки, которые действуют на это устройство, распределяются, как правило, на пластины и уплотнители. Рама и элементы крепежа, по большому счету, представляют собой корпус оборудования.
Рельефная поверхность пластин во время сжатия гарантирует прочное крепление и позволяет всей системе теплообменника набрать необходимую прочность и жесткость.
Прокладки фиксируются на пластинах с помощью клипсового соединения. Необходимо сказать, что прокладки во время зажатия самостоятельно центрируются относительно своей оси. Утечка теплового носителя предотвращается благодаря окантовке обшлага, который дополнительно создает барьер.
Для устройства пластинчатого теплообменника изготавливаются несколько видов уплотнителей: с жестким и мягким рифлением.
Подробнее о теплообменном оборудовании:
В жестких элементах при изготовлении канавок делается угол в 60 градусов. Для этих устройств не характерна повышенная теплопроводность, их основное достоинство — возможность переносить значительное давление теплоносителя.
Для достижения наилучшего режима тепловой отдачи можно комбинировать пластины. Причем нужно учитывать, что для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы оно функционировало в режиме турбулентности — тепловой носитель обязан передвигаться по каналам без каких-либо задержек. Между прочим, кожухотрубный теплообменник, где конструкция имеет схему «труба в трубе», обладает ламинарным течением теплоносителя.
В чем состоит преимущество? Во время одинаковых теплотехнических характеристик пластинчатое оборудование имеет значительно меньшие габариты.
От чего зависит эффективность теплообменника
Кожухотрубный т/о
Поверхностный теплообмен происходит всегда через стенку. При этом возникают потери тепла. Чем тоньше перегородка, тем меньше потери. Новый т/о кожухотрубный имеет кпд 75%, но с зарастанием внутренней и верхней поверхности осадком, эффективность аппарата снижается. Он не может удерживать температурный режим. Поэтому аппараты имеют съемный пучок, который прочищают под высоким давлением специальным пистолетом.
Пластинчатые аппараты имеют кпд 90%, но щели между пластинами забиваются, требуется чистка. Для чистки оборудование разбирают
Важно установить на место сетчато-магнитный фильтр, который препятствует образованию осадка. Пластинчатые теплообменники можно подключать к автоматизированному управлению
Пластинчатый разборный т/о
Эффективность процесса зависит от схемы подключения. Полнее теплоотдача у противоточного аппарата, когда потоки движутся навстречу друг другу.
Чем тоньше перегородка, тем лучше идет процесс. Но для аппаратов, работающих под давлением, толщина стенок зависит от способности выдерживать нагрузки на стенки. Если нельзя утоньшить стенки трубок необходимо увеличить поверхность нагрева, сделать аппарат длиннее.
Каждый т/о изготовлен в соответствии с теплотехническим расчетом, имеет паспорт и рассчитан для работы с определенным теплоносителем.
Особенности конструкции кожухотрубных секций для ВВП
Каждая секция является неразборным бойлером длиной 2 или 4 метра, состоящим из следующих основных частей (см. рис. ниже):
- Стального корпуса, в обиходе называемого кожухом, внутри которого размещаются теплообменные трубки. ГОСТ допускает изготовление кожухов из бесшовных стальных труб диаметром от 57 до 530 мм. По согласованию с заказчиком кожух может изготавливаться с компенсатором теплового расширения либо без него.
- Теплообменных трубок диаметром 16 х1,0 мм из латуни или нержавеющей стали, собираемых в трубную систему. Количество трубок может достигать 151-211 шт. Поверхность трубок может быть гладкой или профилированной. Для дистанционирования трубок в трубной системе используются перегородки (на рис. не показаны). Их располагают внутри кожуха равномерно по длине секции с угловым смещением относительно соседних перегородок на 60 градусов.
- Трубных досок, в которые завальцовываются концы теплообменных трубок.
- Штуцеров для входа и выхода теплоносителя. В зависимости от выбранного способа соединения секций между собой по межтрубному пространству штуцеры могут оснащаться фланцами (показаны на рис.) либо оставаться гладкими (под сварное соединение).
Установка теплообменника в систему отопления
Довольно распространенным сегодня в схемах, где транспортируется теплоноситель, является теплообменник. Отопление дома с ним становится более эффективным. Если вы планируете осуществить монтаж этого узла, то следует правильно произвести крепление. Конструкция прижимается к стене с помощью крепежной ленты или консоли. Сделать это можно, используя уголок, который устанавливается в нижней части теплообменника. Ко всему прочему, устройство будет завязано трубами.
Дополнительно устанавливается фильтр, он должен обеспечивать хотя бы грубую очистку воды, которая идет на контур теплоэлектростанции. Если отопление через теплообменник будет осуществляться в условиях старой системы, то требуется установка двух фильтров, один из которых будет находиться снизу, другой – сверху. Следует позаботиться о наличии американок и кранов, первые из которых имеют вид быстроразъемных резьбовых соединений. Простая американка имеет в составе 4 части:
- накидную гайку;
- два резьбовых фитинга;
- прокладки.
Важно учитывать диаметр подключения при монтаже теплообменника, ведь прибор очень компактный. В нём будет большой объем теплоносителя, а вот зазор между пластинами окажется минимальным
Желательно использовать идентичный диаметр или несколько больше. При выборе теплообменника необходимо приобретать тот, что имеет небольшой запас мощности. На размеры это не влияет, а вот скорость теплосъема увеличится. Это особенно актуально для тех схем, где теплоэлектростанция выдаёт небольшую температуру.
Устройство кожухотрубных ВВП
Серийно выпускаемые промышленностью кожухотрубные подогреватели воды соответствуют требованиям ГОСТ 27590-2005 «Подогреватели кожухотрубные водо-водяные систем теплоснабжения. Общие технические условия». Стандартные кожухотрубные ВВП являются секционными конструкциями, собираемыми из следующих элементов:
- секций кожухотрубных, представляющих собой неразборные теплообменные блоки;
- соединительных калачей и конических переходов, необходимых для сборки двух и более секций в единый агрегат.
ГОСТ 27590-2005 требует, чтобы теплообменные блоки-секции, соединительные калачи и переходы соответствовали показателям, приведенным в р. 3 «Типы, основные размеры и размеры» — табл. 1 и 2, рис. 1-11.
Количество секций-модулей в водо-водяном подогревателе определяется в соответствии с требуемой теплопроизводительностью подогревателя.
На рис. ниже приведен чертеж конструкции двухсекционного подогревателя, поясняющий компоновку элементов при сборке ВВП:
- поз. 1 – секция разъемная типа РГ (с гладкими теплообменными трубками);
- поз. 2 – соединительный калач, соединяющий кожухи секций;
- поз. 3 – конический переход, используемый для монтажного присоединения корпуса ВВП к трубам, по которым подается горячий теплоноситель от внешнего теплоисточника;
- поз. 4 – крепежные детали для разъемных фланцевых соединений.
Функциональные возможности
Кожухотрубный теплообменник обеспечивает:
- нагрев, охлаждение или установку равновесия между температурами двух сред;
- возможность обмена тепловой энергией между двумя средами, находящимися в разном агрегатном состоянии, – жидкостями, газами, парогазами;
- возможность изменения физического состояния вещества.
Устройство может выполнять функции подогревателя, испарителя, конденсатора. Преимущества:
- надежность, прочность, относительно невысокая стоимость;
- удобные для монтажа формы;
- значительная площадь теплообмена при компактных габаритах;
- работа с веществами в различных агрегатных состояниях;
- механическая устойчивость к гидравлическим ударам;
- возможность использования в загрязненных средах.
У этого агрегата, изготовленного полностью из металла, один основной недостаток – значительная масса. Технические параметры обуславливают востребованность трубчатых теплообменных аппаратов в нефтехимии и добывающих отраслях. А использование устройства в разнообразных и сложных эксплуатационных условиях потребовало создания целого перечня модификаций, приспособленных к решению определенного круга задач.
Преимущества и недостатки
Кожухотрубные теплообменники распространены, благодаря следующим положительным качествам:
- стойкость к механическим воздействиям и гидроударам;
- невысокие требования к чистоте сред;
- высокая надежность и долговечность;
- широкий модельный ряд;
- возможность применения с разными средами.
К недостаткам данного типа моделей относятся:
- малая величина коэффициента теплопередачи;
- значительные габариты и высокая металлоемкость;
- высокая цена из-за повышенной металлоемкости;
- необходимость применения устройств с большим запасом в связи с заглушкой поврежденных трубок при ремонтах;
- колебания уровня конденсата нелинейно изменяет теплообмен в устройствах горизонтального исполнения.
Кожухотрубные теплообменники обладают низким коэффициентом теплопередачи. Отчасти это связано с тем, что пространство корпуса в 2 раза больше общего поперечного сечения трубок. Применение направляющих перегородок дает возможность повысить скорость жидкости и улучшить теплообмен.
В межтрубном пространстве проходит теплоноситель, а по трубкам подается нагреваемая среда. Аналогичным образом она может также охлаждаться. Эффективность теплообмена обеспечивается за счет увеличения числа трубок или созданием поперечного тока внешнего теплоносителя.
Конструкция кожухотрубчатого аппарата
Основное достоинство кожухотрубного обменника тепла https://opeks.energy/kozhuxotrubnye-teploobmenniki/ и главная причина его популярности заключается в высокой надёжности конструкции. В неё входят распределительные камеры, которые оснащаются трубками. Также предусматривается цилиндрический кожух, пучок труб и определённое количество решёток. Вся конструкция дополняется крышками, которые находятся с торцов. В комплект входят опоры, которые позволяют размещать устройство в горизонтальной плоскости. Также существует крепление для монтажа аппарата в любой точке пространства.
Для увеличения обмена тепла между теплоносителем используются трубы, которые покрыты специальными рёбрами. Если задача состоит в снижение теплоотдачи, то корпус покрывается каким-либо теплоизолирующим слоем. Так можно значительно увеличить аккумулирующие свойства изделия. Используются специальные конструкции, в которых одна труба находится во второй.
Для изготовления кожуха применяется толстолистовая сталь (от 4 мм). Чтобы произвести решётки, чаще всего берётся такой же материал, но его толщина гораздо больше (от 2 см). Основной элемент — пучок из труб, изготовленных из материала, который имеет высокую теплопроводность. Этот пучок закрепляется с одной или двух сторон на трубных решётках.
Область применения
Основные потребители кожухотрубных теплообменников с бытовой точки зрения – жилищно-коммунальные хозяйства. Они применяют агрегаты в составе инженерных сетей. Широко используют изделия теплосети для поставки в жилые дома горячей воды. Если есть возможность, имеет смысл сделать индивидуальный тепловой пункт, он значительно эффективнее, чем централизованная магистраль.
Кожухотрубные подогреватели нашли применение в нефтедобывающей отрасли, химической и газовой промышленности,в сфере теплоэнергетики
Не обошли их своим вниманием пивное и пищевое производство. Но больше всего востребованы теплообменники в как конденсаторы, утилизаторы тепла отработанных газов и подогреватели
ООО «НЗТО» выпускает изделия, которые характеризуются малой чувствительностью к перепадам температур и давления, не имеют ограничений по рабочим средам. Мы изготавливаем продукцию заданных размеров, горизонтальной или вертикальной ориентации, разных диапазонов рабочего давления и материалов.
Советы и рекомендации
Всё оборудование обмена тепловой энергии довольно капризное. К этому числу относятся и кожухотрубные устройства. При любых вмешательствах в конструкцию для проведения ремонта нужно учитывать, что это может повлиять на коэффициент теплопроводности и, соответственно, обмена тепла между носителями. Многие предприятия, а также физические лица покупают сразу несколько установок, чтобы можно было быстро подключиться к другому устройству.
Необходимо не забывать, что могут появляться определённые трудности во время регулирования оборудования «по конденсату». Абсолютно любые изменения влекут за собой увеличение или уменьшение теплообмена. Также нужно учитывать, что изменение площади происходит нелинейно.
Конструкция теплообменника кожухотрубного
Теплообменник кожухотрубный является рекуперативным теплообменным аппаратом непрерывного действия. Представляет собой конструкцию из пучков труб, трубных решеток, корпуса, крышек и патрубков. В зависимости от возможных изменений длины трубок из-за воздействия температуры теплообменник кожухотрубчатый может быть жесткой, полужесткой и нежесткой конструкции. Жесткая конструкция наиболее проста в исполнении, дешева и оптимальна для использования при небольшой разнице температуры корпуса и труб. Нежесткая конструкция позволяет устранять деформации трубок посредством применения специальных компенсаторов, сальниковых уплотнений на патрубках и корпусе, подвижной трубной решетки.В соответствии с требованиями техпроцесса и удобством монтажа кожухотрубные теплообменники бывают вертикальными, горизонтальными и наклонными.
Виды и свойства теплоносителей
В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители.
Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств:
1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.
2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.
3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.
Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.
Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко.
Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи
Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой.
Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно.
К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее:
1. Малая плотность газов, которая влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов.
2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями.
3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.
К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, кипящие при температурах ниже 0 °С. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны.
Конструкция и принцип работы кожухотрубного теплообменника
Основные элементы, входящие в состав агрегата, независимо от его модификации:
- цилиндрический кожух;
- наружные патрубки – входящие и отводные;
- пучок бесшовных труб одинакового диаметра, закрепленный решетками, трубы имеют диаметр 12-57 мм, могут располагаться вертикально или горизонтально;
- днище – плоское или сферической формы.
Принцип действия:
- в трубы поступает рабочий поток №1;
- во внутреннюю полость цилиндра направляется поток среды №2;
- среды обмениваются тепловой энергией через разделительную стенку без непосредственного контакта друг с другом, один поток охлаждается, второй нагревается.
Устройство и принцип работы
Прежде чем рассматривать принцип работы кожухотрубного теплообменника, необходимо подробнее ознакомиться с его устройством. Конструкция состоит из нескольких ключевых элементов:
- трубные решетки;
- внутренняя система из трубок;
- корпус из металла;
- уплотнения и перегородки;
- патрубки для подачи и вывода теплоносителя;
- направляющая и распределительная камеры.
Кожухотрубный теплообменник – принцип работы можно описать в нескольких основных моментах. За счет конструкционных особенностей данного прибора, холодный и горячий теплоноситель циркулируют внутри раздельно друг от друга. Процесс теплообмена осуществляется через стенки трубок, по которым перемещается теплоноситель.
Работа кожухотрубного теплообменника основывается на передаче тепла между веществами с разной температурой. Зависимо от направления движения теплоносителя, подобные приборы могут быть нескольких типов:
- перекресточные;
- прямоточные;
- противоточные.
Зависимо от материала, из которого изготовлены трубки, по которым будет циркулировать теплоноситель, теплообменники данного типа могут быть латунными, медными, титановые, стальными.
Устройство кожухотрубного теплообменника
Кожухотрубный теплообменник состоит из:
распределительной камеры,с патрубками входа и выхода среды;
кожух(корпус) теплообменника с патрубками входа и выхода среды;
теплообменные трубки;
трубные решетки;
задняя(разворотная) камера
Конструкция кожухотрубчатого теплообменника
Теплообменник дополнительно оснащается опорами, позволяющими расположить его горизонтально, и монтажными креплениями.
Принцип действия
Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника простой. Агрегат разделяет носители, внутри устройства не происходит смешивание продуктов. Тепло передается по трубкам, которые находятся между теплоносителями. Один из них помещен внутри труб, другой подается в межтрубный участок под давлением. Энергоносители могут различаться по своему агрегатному состоянию – газообразному, парообразному или жидкостному.
Советы по выбору теплообменника
Программа расчёта кожухотрубного подогревателя нуждается в чёткой формулировке исходных данных. Хорошая работа рекуперативного устройства требует чётко сформулированной схемы. Существует несколько положений, которые необходимо учитывать при выборе кожухотрубного теплообменника. Эти положения являются очень важными для расчётов.
В первую очередь стоит отметить, что для жидких и газообразных теплоносителей существует своя скорость циркуляции по трубкам. Как уже было сказано выше, чем больше скорость, тем, соответственно, лучше теплоотдача. Для жидких сред скорость колеблется от 0,6 до 6 м/с. Для газообразных сред скорость может быть от 3 до 30 м/с. Однако от скорости зависит и количество затрачиваемой электроэнергии, поэтому в некоторых случаях скорость теплоносителя занижают, чтобы снизить расход электричества.
При выборе трубок стоит обратить внимание на материал, из которых они изготовлены, а также на их диаметр. Материал трубок подбирается в зависимости от рабочей среды, которая будет циркулировать по ним
Необходимо запомнить — чем агрессивнее среда, тем надёжнее должен быть материал трубок.
Кожухотрубные теплообменники являются довольно громоздкими аппаратами, поэтому при их выборе стоит учитывать их размеры, чтобы в последующем не возникло сложностей с их транспортировкой и установкой.
Крупногабаритные устройства имеют значительный вес, что увеличивает расходы на транспортировку
Также необходимо учесть то, что после установочных работ перед рекуператором должно быть достаточно места, чтобы в случае необходимости провести оперативный ремонт устройства. Места должно быть столько, чтобы можно было извлечь трубную систему из корпуса. Кожухотрубный теплообменник должен иметь конструкцию, которая учитывает свободный доступ не только к основным элементам, но и к остальным запчастям. Особенно это касается приборов контроля.
Особенности теплообмена в кожухотрубной секции
Теплообмен типа «труба в трубе» в кожухотрубной секции отличается следующими особенностями:
- потоки теплоносителей движутся в противоположных направлениях с одинаковыми скоростями в пределах 0,5-1,0 м/с, что позволяет добиваться максимальной эффективности теплообмена по всей длине секций;
- трубки, образующие трубную систему, расположены предельно близко друг к другу, что с определенной точностью компенсирует разницу общей суммы диаметров трубок и площади сечения межтрубного пространства и выравнивает скорости потоков теплоносителей;
- благодаря противоточному движению потоков отсутствуют тепловые деформации теплообменных элементов, поэтому нет необходимости предусматривать температурные компенсаторы компонентов конструкции.
Это важно!
- При эксплуатации ВВП в системах ГВС нагреваемую воду запускают по теплообменным трубкам, а греющий водяной теплоноситель – в межтрубном пространстве кожуха.
- Для работы ВВП в системах отопления греющий водяной теплоноситель пропускают по теплообменным трубкам, а нагреваемую воду – по межтрубному пространству.
Применение теплообменников
Кожухотрубные теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с поперечными перегородками в межтрубном пространстве применяются в химической, нефтяной и других отраслях промышленности. Теплообменники кожухотрубчатые достаточно просты в изготовлении, отличаются возможностью развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате, надежны в работе. Использование кожухотрубчатых теплообменников обусловлено потребностью регулировки температуры без специальных терморегулирующих устройств. Теплоотдача осуществляется путём обмена теплом через стенки теплопроводного материала. В теплообменнике происходит одновременное охлаждение нагретой среды и, соответственно, нагрев другой холодной среды.
При заказе кожухотрубного теплообменника важны следующие технические характеристики:
- диаметр кожуха;
- условное давление в трубах и кожухе;
- тип трубных решеток (подвижные, неподвижные);
- исполнение (вертикальное, горизонтальное);
- климатическое исполнение.
Индексы классификации теплообменников:1.По назначению (первая буква индекса): Т-теплообменники; Х-холодильники; К-конденсаторы; И-испарители.2.По конструкции (вторая буква индекса): Н- с неподвижными трубными решетками; К- с температурными компенсатором на кожухе; П- с плавающей головкой; У- с U-образными трубами; ПК- с плавающей головкой и компенсатором на ней.3.По расположению (третья буква индекса): Г-горизонтальные; В-вертикальные.
