5.4.2. Кожухотрубчатые нагреватели – охладители.
Наиболее распространение в технике получили нагреватели–охладители (тип Т).
С
хема
одного из таких аппаратов приведена на
рис. 5.2.
Их выбирают по действующим каталогам или ГОСТам по поверхности теплопередачи и по величине наибольшего условного давления.
Советскими стандартами (см. табл. 5.4), которые имеют хождение в СНГ, предусмотрены пять типов кожухотрубчатых нагревателей–охладителей:
ТН с неподвижными трубными решетками,
ТК с температурным компенсатором на кожухе,
ТП с плавающей головкой,
ТУ с U образными трубами,
ТС с сальником на плавающей головке.
Таблица 5.4. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты (ГОСТ 992982)
Основные параметры и размеры |
Нормы по типам |
||||
ТН |
ТК |
ТП |
ТУ |
ТС |
|
Площадь теплопередающей поверхности, м2 |
15000 |
101250 |
101400 |
10315 |
|
Условное давление в трубной и межтрубной зонах ру, МПа |
0,6; 1,0;1,6; 2,5;4,0;(6,0) |
0,6; 1,0; 1,6; 2,5 |
1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4 |
0,6; 1,0 |
|
Диаметр кожуха, м, наружный (при изготовлении из труб); внутренний (при изготовлении из листовой стали) |
0,159;0,273;0,325; 0,426 |
0,325; 0,426 |
|
||
0,4; (0,5); 0,6; 0,8;1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2 |
0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 |
0,4; 0,5; 0,6; 0,8 |
|||
Наружный диаметр и толщина стенки теплопередающих труб, мм |
(161,6); 202; 252; 252,5; 382; (383); (573) |
202; 252; 252,5; (383) |
|||
Длина теплообменных труб, м |
1; 1,5; 2; 3; 4; 6; 9 |
3; 4; 6; 9 |
|||
Т5.5. Внутренний диаметр теплопередающей трубы dв и шаг Sт между осями труб
dн, м |
0.016 |
0.02 |
0.025 |
0.038 |
0.057 |
dв, м |
0.013 |
0.016 |
0.021 |
0.034 |
0.051 |
Sт, м |
0.021 |
0.026 |
0.032 |
0.048 |
0.070 |
Значения dв и Sт для стандартных теплообменных аппаратов в странах СНГ выбираются по советским нормалям и ГОСТам в зависимости от наружного диаметра трубы dн из таблицы. Таблица пригодна для кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, предназначенных для нагрева и охлаждения сред без изменения их агрегатного состояния (нагревателей–охладителей), типа ТН, ТК, холодильников типа ТН, ТК, нагревателей–охладителей и холодильников типа ТП, нагревателей–охладителей с U – образными трубами, конденсаторов типа ТН, ТК, конденсаторов типа ТП, испарителей типа ТН, ТК.
КТА типа ТН и ТК рекомендуется применять в тех случаях, когда не требуется механическая чистка со стороны межтрубного пространства. Некоторые ГОСТовские технические характеристики КТА этого типа при расположении труб по равностороннему треугольнику приведены в табл. 5.5.1 и табл. 5.5.2.
В этих таблицах
dн – наружный диаметр теплопередающих труб, м;
М – число ходов среды в трубах.
Если по условиям работы такая чистка требуется, то рекомендуется использовать теплообменные аппараты типа ТП, ТУ и ТС. При этом трубы в трубных решетках для облегчения чистки наружной поверхности труб размещают по квадрату.
Таблица 5.5.1. Число труб в пучке кожухотрубчатых теплообменных аппаратов
типа ТН и ТК при расположении труб по равностороннему треугольнику
Внутренний диаметр кожуха, Dв, м |
Число труб в пучке, nтпт |
|||||||
dн=0,016 |
dн=0,002 |
|||||||
М=1 |
М=2 |
М=4 |
М=6 |
М=1 |
М=2 |
М=4 |
М=6 |
|
0,150 |
29 |
28 |
24 |
18 |
19 |
18 |
16 |
12 |
0,259 |
94 |
88 |
80 |
72 |
61 |
58 |
52 |
48 |
0,309 |
139 |
122 |
104 |
90 |
91 |
80 |
68 |
60 |
0,400 |
277 |
254 |
224 |
210 |
181 |
166 |
148 |
138 |
0,600 |
602 |
572 |
516 |
486 |
393 |
374 |
338 |
320 |
0,800 |
1117 |
1076 |
1000 |
954 |
729 |
702 |
654 |
622 |
1,000 |
1804 |
1750 |
1648 |
1068 |
1177 |
1142 |
1076 |
1048 |
1,200 |
2613 |
2548 |
2428 |
2370 |
1705 |
1662 |
1584 |
1548 |
1,400 |
3574 |
3466 |
3372 |
3294 |
2332 |
2262 |
2200 |
2148 |
1,600 |
4669 |
4528 |
4360 |
4140 |
3046 |
2954 |
2844 |
2700 |
1,800 |
5909 |
5732 |
5516 |
5196 |
3855 |
3740 |
3600 |
3390 |
2,000 |
7295 |
7082 |
6744 |
6420 |
4759 |
4620 |
4400 |
4188 |
2,200 |
8826 |
8568 |
8160 |
7770 |
5758 |
5590 |
5324 |
5070 |
Здесь курсивом приведены данные для нестандартных аппаратов (получены экстраполяцией).
Таблица 5.5.2. Число труб в пучке кожухотрубчатых теплообменных аппаратов
типа ТН и ТК при расположении труб по равностороннему треугольнику
Внутренний диаметр кожуха, Dв, м |
Число труб в пучке, nтпт |
|||||||||||
dн=0,025 |
dн=0,038 |
dн=0,057 |
||||||||||
М=1 |
М=2 |
М=4 |
М=6 |
М=1 |
М=2 |
М=4 |
М=6 |
М=1 |
М=2 |
М=4 |
М=6 |
|
0,150 |
13 |
12 |
8 |
6 |
7 |
6 |
6 |
6 |
3 |
– |
– |
– |
0,259 |
42 |
38 |
32 |
30 |
22 |
20 |
16 |
12 |
10 |
8 |
8 |
6 |
0,309 |
61 |
52 |
44 |
36 |
32 |
28 |
24 |
18 |
15 |
12 |
12 |
6 |
0,400 |
111 |
100 |
88 |
82 |
54 |
48 |
40 |
30 |
24 |
22 |
16 |
12 |
0,600 |
261 |
244 |
210 |
198 |
121 |
110 |
90 |
70 |
55 |
50 |
40 |
30 |
0,800 |
473 |
450 |
408 |
392 |
211 |
196 |
170 |
146 |
97 |
90 |
76 |
66 |
1,000 |
783 |
754 |
702 |
678 |
361 |
342 |
306 |
270 |
163 |
154 |
140 |
120 |
1,200 |
1125 |
1090 |
1028 |
1000 |
511 |
488 |
446 |
404 |
241 |
230 |
208 |
186 |
1,400 |
1639 |
1596 |
1516 |
1446 |
721 |
692 |
640 |
594 |
317 |
304 |
296 |
276 |
1,600 |
2140 |
2084 |
2028 |
1936 |
955 |
920 |
864 |
806 |
420 |
404 |
392 |
372 |
1,800 |
2710 |
2640 |
2590 |
2500 |
1189 |
1140 |
1088 |
1027 |
524 |
502 |
474 |
444 |
2,000 |
3380 |
3292 |
3228 |
3118 |
1495 |
1436 |
1380 |
1308 |
647 |
620 |
592 |
558 |
2,200 |
4200 |
4092 |
4012 |
3876 |
1791 |
1724 |
1656 |
1592 |
782 |
752 |
716 |
684 |
Здесь курсивом приведены данные для нестандартных аппаратов (получены экстраполяцией).
К
ТА
в различных модификациях наиболее
широко используется
в технике в качестве основной конструкции.
В кожухотрубчатых аппаратах достигаются
достаточно большие отношения площади
теплопередающей поверхности
к объему и массе. Размеры теплопередающей
поверхности легко
можно варьировать в широких пределах,
конструкция
имеет достаточную прочность и выдерживает
нормальные
нагрузки при сборке, перевозке и монтаже
аппарата, а также
внутренние и внешние напряжения
в обычных условиях эксплуатации. Очистка
кожухотрубчатого
аппарата
не вызывает затруднений. Его элементы,
наиболее подверженные коррозии,–
прокладки и трубы, – легко могут быть
заменены. Конструктивные особенности
позволяют применять этот тип почти во
всех случаях,
включая предельно низкие или высокие
температуры
и давления, большие градиенты температур,
при нагреве, охлаждении, конденсации,
испарении, использовать для
сильно загрязненных
и коррозионно-активных теплоносителей.
Методы расчета
и технология изготовления таких аппаратов
широко известны.
Кожух имеет вид цилиндра, внутри которого помещены трубы и циркулирует теплоноситель. Теплоноситель поступает в кожух через входной патрубок и выходит через выходной. Чаще всего патрубки изготавливаются из стандартных труб, которые привариваются к кожуху.
Важным элементом большинства кожухотрубчатых аппаратов является набор перегородок между трубами, применяемых с целью увеличения скорости межтрубной среды и, соответственно, улучшения теплоотдачи (но при этом, как следствие, увеличивается перепад давления). Перегородки к тому же уменьшают изгиб и вибрацию труб. Широко применяются сегментные, диско–кольцевые, сплошные перекрывающие (или ситчатые) перегородки. Чаще всего используются сегментные перегородки. Их разновидности показаны на рис. 5.3.
Теплопередающие трубы в пучке обычно располагают по треугольнику, квадрату (рис. 5.4 и 5.5) или концентрическим окружностям. Движение теплоносителя в трубах может быть одноходовое (рис. 5.12) и многоходовое (рис. 5.6 – 5.11).
Н
а
рис. 5.2 и 5.8 приведены
схема и макет аппарата т. н. жёсткой
конструкции, с
неподвижной трубной решёткой,
шифр ТН, без
компенсации тепловых напряжений в
конструкции. Показан аппарат двухходовый
с поперечными сегментными перегородками.
Применение таких аппаратов допустимо,
если разница температур стенок кожуха
и пучка труб не превышает 30 ºС. При
бóльшем перепаде используются аппараты
с компенсацией тепловых напряжений: с
плавающей трубной головкой, шифр
ТП (рис.
5.9), с сальниковым
компенсатором, шифр
ТК (рис.
5.10), с U-образными трубами, шифр
ТУ (рис.
5.11), с линзовым компенсатором на кожухе,
шифр ТЛ
(рис. 5.12), с компенсацией трубами Фильда,
шифр ТФ
(рис. 5.13).
Н
а
рис. 5.9 – 5.11 на схемах показаны аппараты
двухходовые по трубам и между трубами
с продольной перегородкой между трубами,
без поперечных перегородок, на макетах
– двухходовый по трубам и одноходовой
между трубами, с поперечными перегородками
между трубами.
П
риведенные
выше конструкции в основном используются
при нагреве и охлаждении
теплоносителей без изменения
агрегатного состояния (т. н.
нагревателей-охладителей).
Конструкции кожухотрубчатых конденсаторов и испарителей имеют свои особенности. Они видны на рис. 5.14 – 5.17, приведенных ниже.