53 Вопрос

В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической и смежных отраслей промышленности большую долю занимают кожухотрубчатые теплообменники. Они достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т.е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур.

Кожухотрубчатые аппараты классифицируются следующим образом:

• по назначению на:

  теплообменники;	холодильники;
  испарители;	конденсаторы;

• по количеству ходов на:

• одноходовые;

• многоходовые:

• двухходовые;

• четырехходовые;

• шестиходовые;

• двенадцатиходовые;

• по расположению в пространстве на:

• вертикального (В) исполнения;

• горизонтального (Г) исполнения;

• от характеристики рабочих сред:

• группа А − для невзрывоопасных, непожароопасных и нетоксичных сред;

• группа Б − для взрывоопасных, пожароопасных и токсичных сред.

Кожухотрубчатые аппараты стандартизованы, выпускаются на широкий диапазон рабочих параметров и применяются для самых разнообразных условий теплообмена между технологическими продуктами.

Согласно ГОСТ 9929−82, стальные кожухотрубчатые теплообменники изготовляют следующих типов:

• Н − с неподвижными трубными решетками (рис. 12.1, а);

• К − с температурным компенсатором на кожухе (рис. 12.1, б);

• П − с плавающей головкой (рис. 12.1, в);

• У − с U-образными трубами (рис. 12.1, г);

• ПК − с плавающей головкой и компенсатором на ней.

Основные параметры и размеры стальных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, применяемых для теплообмена жидких и газообразных сред при температуре от −60 до +600°С (по ГОСТ 9929−82), приведены в табл. 12.1. Их использование в химических производствах характеризуется приблизительно следующими данными: Н − 75%, К − 15%;У − 3%, П и ПК − остальное.

Представленные на рис. 12.1 типовые конструкции КТТА состоят из цилиндрического вертикального или горизонтального кожуха 1 внутри которого, параллельно центральной оси аппарата, располагается трубный пучок, состоящий из трубок 2 развальцованных в неподвижных 3 и (или) подвижной 8 трубных решетках соединенных с кожухом 1. Кожух 1 теплообменника имеет, как минимум, два штуцера для ввода и вывода теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство одноименного пучка. Для предотвращения разрушения труб 2 потоком входящего теплоносителя, в кожухе 1 вводный штуцер снабжается козырьком-отражателем 6 в виде изогнутой пластины диаметром D_л =D_у + (10−20) мм (где D_у – диаметр штуцера) на расстоянии около 0,2∙D_у от отверстия штуцера (рис. 12.2). Козырек-отражатель 2 (рис. 12.2) может крепиться к вводному штуцеру 3 на ножках (ребрах) 4 или при помощи хомутов непосредственно к трубкам теплообменного пучка. С торцов кожух 1 аппарата (рис. 12.1) закрыт распределительными камерами 4 и 5, которые могут иметь, как минимум, два штуцера для ввода и вывода теплоносителя подаваемого в трубное пространство аппарата и продольную перегородку 11 для образования двух ходов по трубкам теплообменного пучка. Кожух 1 и распределительные камеры 4, 5 аппарата, как правило, соединяются разъемно при помощи фланцев (рис. 12.1, а, б), но возможно и жесткое соединение данных конструктивных элементов при помощи сварки (рис. 12.1, в, г). Кожух 1 вертикальных КТТА (рис. 12.1, в, г), как правила, устанавливается на опорную раму или фундамент при помощи трех или четырех опорных лап. Кожух 1 горизонтальных КТТА (рис. 12.1, а, б), как правила, устанавливается на фундамент при помощи двух седловых опор. Для обеспечения зигзагообразного движения теплоносителя в межтрубном пространстве кожуха 1 устанавливают поперечные перегородки 10 зафиксированные специальными стяжками.

Особенностью КТТА типа ТН (рис. 12.1, а) является то, что трубки 2 жестко соединены с трубными решетками 3, а решетки 3 приварены к кожуху 1, в связи с чем исключена возможность взаимных перемещений труб 2 и кожуха 1. Поэтому аппараты данного типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции. Вследствие жесткого крепления трубных решеток 3 к кожуху 1 и труб 2 к решеткам 3 под действием разности температур и соответственно удлинения труб 2 и кожуха 1 в местах их крепления возникают дополнительные температурные напряжения.

Теплообменники типа ТК (рис. 12.1, б) отличается по конструкции от теплообменника типа ТН (рис. 12.1, а) только наличием температурного компенсатора 7, вваренного между двумя частями кожуха 1. Компенсатор 7 служит для компенсации температурных удлинений труб 2. Он состоит из двух частей, отштампованных из стальных колец в виде полуволн и сваренных между собой по периметру. При различных температурах трубного пучка и кожуха 1 трубки 2 удлиняются или укорачиваются больше, чем кожух 1. При этом линза температурного компенсатора 7 расширяется или сжимается и компенсирует разность удлинений. Вследствие этого температурные напряжения в местах соединения трубных решеток 3 с трубами 2 и кожухом 1 в данной конструкции теплообменника незначительны.

Для теплообменников типа ТН допускаемая разность температур кожуха и труб 20 ... 70°С в зависимости от диаметра кожуха, давления в теплообменнике и конструкционных материалов. Для теплообменников типа ТК допускается разность температур кожуха и труб, вызывающая разность удлинений ±10 мм (в зависимости от длины их труб).