7.«Құбыр ішіндегі құбыр» жылу алмастырғыштары. Конструкциялық ерекшеліктері және құбырларды бекіту түрлері. Оларды қолдану аймақтары.

Известно, что чем больше скорость движения среды, омывающей поверхность теплообменной трубы, тем меньше вероятность за­грязнения поверхностей теплообмена. Это в свою очередь обеспе­чит стабильность коэффициента теплопередачи. Кроме того, при больших скоростях движения теилообменивающихся потоков ко­эффициент теплопередачи значительно возрастает.

Основным достоинством теплообменников «труба в трубе» яв­ляется возможность установления наиболее целесообразных для данного процесса скоростей движения теплообменивающихся по­токов. Эксплуатационные показатели этих теплообменников при правильных компоновке и обслуживании лучше, чем показатели аппаратов других конструкций.

Другим достоинством теплообменников «труба в трубе» явля­ется возможность создания в них чистого противотока. Они при­годны также для теплообмена между средами, содержащими боль­шое количество грязи и различных взвешенных частиц.

В нефтеперерабатывающей промышленности применяют не­сколько типов теплообменников «труба в трубе», отличающихся конструкцией, схемой компоновки и работы.

ОДНОПОТОЧНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Отличают неразборные и разборные однопоточные теплообменни­ки. Первые выполнены в виде многоходовых секций с различным числом ходов, вторые — в виде двухходовых секций.

Неразборные теплообменники имеют в основном жесткую кон­струкцию, выполненную целиком на сварке. Для чистки внутрен­них труб их двойники делают разъемными. На рис. У1-15 показан теплообменник с приварными и съемными двойниками. На прак­тике такая комбинация возможна, но обычно теплообменники из­готовляют либо с приварными, либо с разъемными двойниками.

Жесткие теплообменники типа «труба в трубе» подвержены температурным напряжениям, которые рассчитывают так же, как и напряжения в жестких кожухотрубчатых теплообменниках. По формуле (VI.14) можно подсчитать, что при разности температур теплообменивающихся потоков 70°С во внутренних трубах создается напряжение до 140 МН/м², а в сварных швах еще боль­ше. Поэтому теплообменники жесткой конструкции применяют при разностях температур не более 40 °С. Чаще всего их используют в качестве холодильников для низкотемпературных потоков. Недо­статком теплообменников этого типа является также то, что не­возможно осуществить механическую чистку поверхностей тепло­обмена (при съемных двойниках — наружную поверхность внут­ренней трубы), вследствие чего их применяют только для сред, не содержащих твердых, несмываемых и нерастворимых осадков.

Вместе с тем рассматриваемые теплообменники отличаются простотой конструкции, малым весом, а также высоким коэффици­ентом теплопередачи, который обеспечивается благодаря выбору любых скоростей потоков за счет подбора различных диаметров внутренней и наружной труб (25, 38, 48, 60, 76, 89, 108, 133, 159, 194 и 219 мм).

На рис. У1-15 показана одна двухходовая секция теплообмен­ника «труба в трубе» разборной конструкции. Он имеет свободную компенсацию температурных деформаций и для внутренней и для наружной труб; все элементы его доступны для чистки.

Компенсация температурных деформаций достигается с по­мощью двойника, который соединяет внутренние трубы и свободно размещен в полости крышки (калаче), объединяющей кольце­вые пространства аппарата. Двойник соединяется с трубами на фланцах, однако при высоких температурах сред во избежание пропусков соединения выполняют сварными. Для того чтобы тру­бы располагались концентрично и кольцевое сечение было неиз­менным по всей их длине, к наружной поверхности внутренней трубы приваривают продольные упоры-ребра. Отдельные секции собирают в теплообменник последовательной сборкой.

Конструкция теплообменников «труба в трубе» позволяет при­менять в качестве внутренних оребренные трубы. При этом теп­лообмен становится в 1,5—1,8 раза эффективнее, чем при исполь­зовании плоских труб. На рис. VI-16 показаны основные способы оребрения, применяемые в настоящее время в машиностроении. Способ оребрения выбирают в зависимости от свойств среды в кольцевом пространстве теплообменника. Например, продольные ребра эффективны для газовой среды и для маловязких нефте­продуктов. Продольные ребра могут быть перфорированными или иметь вырезы, как показано на рис. VI-16. Трубы с приварными шипами применяют в среде высоковязких нефтепродуктов.

В некоторых конструкциях теплообменников «труба в трубе» внутренние трубы могут иметь ребра, выдавленные одновременно и по внутренней и по наружной поверхностям.

Недостатки однопоточных теплообменников разборной конст­рукции — большое число фланцевых соединений, являющихся ис­точниками течей, а также некомпактность и трудоемкость ре­монта.

МНОГОПОТОЧНЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Компактностью и удобством в эксплуатации отличаются многопо­точные теплообменники. В табл. У1-3 дана характеристика таких теплообменников, выпускаемых промышленностью.

Размер наружных (кожухных) труб многопоточных теплооб­менников равен 79X5 мм, внутренних (теплообменных) — 48Х Х4 мм. Допустимое давление при температуре до 100 °С равно

4 МН/м², допустимая температура составляет 450 °С. С увеличени­ем температуры наибольшее допустимое давление соответственно уменьшается, например, при 200 °С— 3,7 МН/м²; при 300—3,2; при 350—2,8; при 400—2,4; при 450 °С — 1,6 МН/м².

На рис. VI-17 показана конструкция семипоточного теплооб­менника. Он состоит из четырнадцати наружных труб диаметром 89 мм, в которых концентрично установлены внутренние оребрен­ные трубы диаметром 48 мм. Наружные (кожухные) трубы по концам развальцованы в трубных решетках и приварены к ним. Передняя решетка изготовлена заодно с распределительной каме­рой.

Внутренние трубы крепятся к трубной решетке, установленной между распределительными камерами внутреннего и кольцевого потоков. На рис. У1-18, а показан узел крепления, в котором гер­метичность обеспечивается за счет упругой деформации кониче­ской поверхности отверстия в решетке и шаровой поверхности на­конечника трубы при затяжке гайки.

Двойники, соединяющие внутренние трубы, крепятся к ним сваркой (если не требуется механическая чистка внутренних по­верхностей труб) или с помощью накидных гаек (рис. У1-18, б)\ Разъемные двойники изготовляют для теплообменников, в кото­рых не более семи потоков.