56 Вопрос

II. Поперечные и продольные перегородки.

В кожухотрубчатых теплообменниках устанавливают два типа перегородок: поперечные и продольные.

Поперечные перегородки, размещаемые в межтрубном пространстве теплообменников, предотвращают провисание трубок (выполняют роль опор), уменьшают их вибрацию и одновременно служат для организации движения теплоносителя в направлении, перпендикулярном оси трубок (поперечного обтекания теплоносителем трубок), и для увеличения скорости теплоносителя в межтрубном пространстве. Все это вместе взятое существенно увеличивает турбулентность потока в межтрубном пространстве теплообменника и соответственно коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к трубкам. Кроме этого наличие поперечных перегородок увеличивает длину пути теплоносителя по межтрубному пространству теплообменника.

По назначению поперечные перегородки подразделяют на опорные (для фиксации расстояния между трубами) и ходовые (для направления движения потока среды в межтрубном пространстве поперек теплообменных труб).

По конструктивному исполнению различают следующие виды поперечных перегородок:

• сплошные (рис. 12.4, а);

• с сегментным вырезом (рис. 12.4, б);

• с секторным вырезом (рис. 12.4, в);

• со щелевым вырезом (рис. 12.4, г);

• кольцевые (рис. 12.4, д);

Наиболее широкое применение в мировой практике получили поперечные перегородки с сегментным вырезом (рис. 12.4, б). Высота вырезаемого сегмента, как правило, принимается равной D/3 или D_п/4 (где D − внутреннего диаметра аппарата, м; D_п − номинальный диаметр поперечной перегородки, м).

Достаточно широко в современных КТТА применяются также поперечные перегородки с секторным вырезом с центральным углом в 90 (рис. 12.4, в). Установку таких перегородок в межтрубном пространстве теплообменника обычно комбинируют с продольной перегородкой высотой равной внутреннему радиусу аппарата. При этом секторный вырез в поперечных перегородках делают поочередно то справа, то слева. При такой конструкции перегородок теплоноситель в межтрубном пространстве теплообменника совершает вращательное движение то по часовой стрелке, то против нее.

Теплообменники со сплошными перегородками без вырезов (рис. 12.4, а) обычно используют для чистых жидкостей не вызывающих в межтрубном пространстве отложений дли коррозии. В этом случае поток жидкости, протекая по кольцевому зазору (около 1,5 мм) между трубой и перегородкой (рис. 12.4, а), сильно турбулизуется, что приводит к уменьшению толщины ламинарного пограничного слоя и, как следствие, к увеличению коэффициента теплоотдачи на наружной поверхности труб.

Поперечные перегородки со щелевым вырезом (рис. 12.4, г) устанавливают в межтрубном пространстве теплообменника с попеременной ориентацией выреза то вверх, то вниз. При такой установке поперечных перегородок теплоноситель в межтрубном пространстве КТТА будет двигаться по волнообразной траектории вверх-вниз через щелевые вырезы.

Кольцевые поперечные перегородки (рис. 12.4, д) обычно устанавливаются в межтрубном пространстве теплообменника вперемешку со сплошными перегородками без вырезов. При такой установке поперечных перегородок теплоноситель в межтрубном пространстве КТТА будет двигаться по волнообразной траектории снизу-вверх через центральные отверстия в кольцевых перегородках, плавно обтекая со всех сторон сплошные перегородки.

Перегородки стальных КТТА, как правило, изготавливают штамповкой из листового проката. При установке поперечных перегородок важно обеспечить как можно меньший зазор между корпусом и перегородкой.

Номинальный диаметр поперечной перегородки D_п принимается в зависимости от внутреннего диаметра D аппарата:

Для аппаратов с D  1400 мм радиальный зазор между корпусом и перегородкой обычно составляет не более одного процента от внутреннего радиуса корпуса аппарата.

Диаметр отверстий для труб в поперечных перегородках обычно принимают на 1−2 мм больше наружного диаметра самих труб (d_н). Расстояние между соседними перегородками принимается в приделах от 200 мм до 50d_н, но не менее 0,2D. Минимальное значение толщины S_п поперечных перегородок принимается в зависимости от внутреннего диаметра D аппарата и расстояния между соседними перегородками по табл. 12.2.

Поперечные перегородки 3 совместно с трубками 2 и трубными решетками 1 собираются в трубный пучок (рис. 12.5). Для придания жесткости и увеличения прочности трубного пучка его конструктивные элементы стягиваются между собой при помощи четырех или шести специальных стержней (стяжек) 4. Стяжки 4 представляют собой длинные шпильки, пропущенные через отверстия в перегородках 3, не занятые трубками 2. В промежутке между перегородками 3 на стяжки 4 надеты распорные дистанционные трубы 5. При навинчивании гаек на концевые резьбовые части шпилек 4 образуется каркас, закрепляющий ходовые поперечные перегородки 3 в необходимых местах. Диаметр d_c и число n_c стяжек 4 в процессе проектирования принимают в зависимости от диаметра D аппарата:

Продольные перегородки устанавливаются в КТТА параллельно осям теплообменных труб. Они служат для превращения одноходового теплообменника в многоходовой и могут быть установлены как в трубном, так и в межтрубном пространстве аппарата. Легче всего превратить одноходовой КТТА в многоходовой по трубному пространству. Для этого достаточно установить несколько продольных перегородок в распределительной камере теплообменника. Некоторые способы разбивки распределительной камеры теплообменника на ходы по трубному пространству показаны на рис. 12.6. Разбивка параллельными перегородками применяется при малом числе ходов (рис. 12.6, а, б). Радиально установленные перегородки разбивают внутреннее пространство камеры на большее количество ходов (рис. 12.6, в, г). Цифрами указана последовательность ходов. Разнообразные комбинированные способы установки продольных перегородок применяются для получения большего количества ходов. Число труб в каждом ходу должно быть приблизительно одинаковым.

Гораздо труднее превратить одноходовые КТТА в многоходовые по межтрубному пространству. Наибольшие затруднения вызывает уплотнение зазора между перегородками и кожухом, а оно необходимо потому, что при большой длине зазора площадь его сечения и утечка теплоносителя между ходами получаются недопустимыми.

Некоторые схемы крепление продольной перегородки в распределительной камере или кожухе КТТА представлены на рис. 12.7. Узел соединения перегородки 4 с трубной решеткой 1 уплотняется прокладкой 3, уложенной в паз, который выфрезерован в этом месте на трубной решетке (рис. 12.7, а). Если диаметр кожуха достаточно большой, то в теплообменниках жесткой конструкции продольные перегородки 4 вставляются внутрь него и привариваются к стенкам 5 еще до приварки трубных решеток 1 (рис. 12.7, б), а если диаметр кожуха слишком мал, то перегородка вваривается между двумя половинами кожуха 5 (рис. 12.7, в), что сильно усложняет его изготовление. В теплообменниках с вынимающимся трубным пучком для уплотнения зазора между стенкой кожухом 5 и перегородкой 4 последняя может крепиться к опорному кольцу 6 при помощи болтового соединения (рис. 12.7, г) или вставляться между направляющими опорной серьги 7 (рис. 12.7, д). При этом опорное кольцо 6 или серьга 7 крепятся к кожуху теплообменника при помощи сварки.