Змеевиковая рубашка

В тех случаях, когда не требуется большой поверхности теплообмена или когда теплоноситель находится под большим давлением, применяют приварные теплообменные элементы в виде труб (рис.2.5.6 а) или полутруб (рис.2.5.6 б). Возможно также применение приварных элементов из проката - швеллеров (рис.2.5.6 в) или уголков (рис.2.5.6 г), но при низком давлении теплоагентов.

Рис.2.5.6. Приварные теплообменные элементы: а – трубы; б – полутрубы; в – швеллеры; г – уголки

Змеевиковая рубашка представляет собой спираль из прокатного профиля, приваренную к корпусу реактора. Приваривать виток к витку не следует, так как это ведет лишь к перерасходу металла, усложняет изготовление аппарата, повышает гидравлическое сопротивление теплообменного устройства.

Участок внутренней поверхности корпуса между витками рубашки можно рассматривать как ребра, от шага змеевика зависит длина ребер. Реакторы с такой рубашкой легче, чем аппараты с гладкими рубашками, так как толщина корпуса и рубашки в первом случае меньше, чем во втором.

Приварные элементы располагаются на поверхности аппарата по разному – в виде спирали, навитой на цилиндрический корпус аппарата, или зигзагообразно по образующей цилиндра.

Минимальное расстояние между приварными элементами определяют из условий доступа к сварным швам.

На тактике обычно нет необходимости устанавливать теплообменные элементы очень близко друг к другу, так как благодаря хорошей теплопроводности металла участок стенки, прилегающей к приварному элементу, также участвует в теплообмене, причем чем больше толщина стенки, тем значительнее тепловой поток, расходящийся по стенке в стороны от приварного элемента.

Преимуществом змеевиковых рубашек по сравнению с гладкими является также более высокая скорость теплоносителя, что позволяет интенсифицировать теплообмен со стороны теплоносителя к стенке рубашки, когда коэффициент теплоотдачи либо одинаковы, либо отличаются незначительно.

Недостатком змеевиковой рубашки является большой объем сварочных работ. Кроме того, приварка такой рубашки из углеродистой стали к корпусу из нержавеющей стали толщиной меньше 5 мм, резко снижает антикоррозионные свойства металла корпуса полимеризатора.

Рубашки с вмятинами

При значительном диаметре аппарата и повышенном давлении в рубашке толщина стенки аппарата, нагруженного наружным давлением, получается значительной. Чтобы уменьшить толщину, стенки, применяют рубашки с вмятинами (рис.2.5.7).

Рис.2.5.7. Рубашка с вмятинами: 1 – обечайка; 2 – днище; 3 – рубашка; 4 – отбортованный край

Для этого на их поверхности делают круглые отверстия, края которых отгибают и приваривают к корпусу аппарата. Корпус реактора оказывается жестко связанным с корпусом рубашки. Расстояние между корпусом рубашки и стенкой корпуса реактора должно быть не более 20…30 мм, чтобы облегчить отбортовку краев отверстий. Шаг между вмятинами выбирается в пределах 100…300 мм в зависимости от давления в рубашке.

Рубашку с вмятинами применяют при давлении теплоносителя 3…4 МПа.

При расчете аппарата на прочность стенку его можно рассматривать как состоящую из отдельных пластин, укрепленных анкерными связями. Это позволяет уменьшить толщину стенки полимеризатора и рубашки.

Интенсификация теплообмена в такой рубашке невелика по сравнению со змеевиковой рубашкой. Однако объем сварочных работ при изготовлении такой рубашки по сравнению со змеевиковой значительно меньше.

Если толщина стенки реактора, выполненная из нержавеющей стали меньше 5 мм, то после приварки рубашки с вмятинами могут ухудшаться антикоррозионные свойства металла стенки полимеризатора.

Недостатком такой конструкции рубашки является также большой объем работ по отбортовке отверстий, выполняемых вручную. Достоинство - возможность значительно снизить толщину стенки как корпуса реактора, так и рубашки.