Теплопередача в технологических процессах… |
211 |
|
|
Рис. 2.33. Вертикальный кожухотрубный испаритель с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором на кожухе [14]: 1 – распределительная камера; 2, 8 – трубные решетки; 3 – компенсатор;4 – кожух; 5 – опора; 6 – теплообменная труба; 7 – поперечная «сплошная» перегородка; 8 – крышка. Потоки: I – испаряющаяся среда; II – конденсат; III – парожидкостная смесь; IV – водяной пар.
Кожухотрубные теплообменные аппараты с плавающей головкой (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом кожухотрубных теплообменников (рисунок 2.34). Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса, что значительно снижает температурные напряжения как в кожухе, так и в теплообменных трубах.
Теплообменные аппараты данного типа выполняются с двумя или с четырьмя ходами по трубному пространству.
Аппараты с плавающей головкой чаще всего выполняются одноходовыми по межтрубному пространству. В аппаратах с двумя ходами по межтрубному пространству устанавливается продольная перегородка [14].
Рис. 2.34. Кожухотрубный теплообменник с плавающей головкой:
1 – крышка распределительной камеры; 2 – распределительная камера; 3 – неподвижная трубная решетка; 4 – кожух; 5 – теплообменная труба; 6 – поперечная перегородка; 7 – подвижная трубная решетка; 8 – задняя крышка кожуха; 9 – крышка плавающей головки; 10 – опора; 11 – катковая опора трубного пучка
Кожухотрубные теплообменники с U-образными трубками (рисунок 2.35) имеют одну трубную решетку, в которую завальцованы оба конца U-образных теплообменных труб [14].
Рис. 2.35. Кожухотрубный теплообменник с U-образными теплообменными трубами: 1 – распределительная камера; 2 – трубная решетка; 3 – кожух; 4 – теплообменная труба; 5 – поперечная перегородка; 6 – крышка кожуха; 7 – опора; 8 – катковая опора трубного пучка
Отсутствие других жестких связей теплообменных U-образных труб с кожухом обеспечивает свободное удлинение труб при изменении их температуры.
Кроме того, преимущество теплообменников с U-образными трубами заключается в отсутствии разъемного соединения внутри кожуха (в отличии от ТА с плавающей головкой), что позволяет успешно применять их при повышенных давлениях теплоносителей, движущихся по трубкам.
Теплопередача в технологических процессах… |
213 |
|
|
Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней и наружной поверхности труб, вследствие чего они используются преимущественно для чистых продуктов.
Для увеличения скорости движения потоков в межтрубном пространстве и их турбулизации, повышения качества омывания поверхности теплообмена в межтрубное пространство кожухотрубных теплообменных аппаратов устанавливаются специальные поперечные перегородки [14, 17].
Они также выполняют роль опор трубного пучка, фиксируя трубы в заданном положении, и уменьшают вибрацию труб.
На рисунке 2.36 показаны поперечные перегородки различных типов.
Рис. 2.36. Поперечные перегородки кожухотрубных аппаратов:
а– с сегментным вырезом; б – с секторным вырезом; в – перегородки «диск-кольцо»;
г– с щелевым вырезом; д – «сплошные»
Наибольшее распространение получили сегментные перегородки (рисунок 2.36а).
Поперечные перегородки с секторным вырезом (рисунок 2.36б) оснащены дополнительной продольной перегородкой, равной по высоте половине внутреннего диаметра кожуха аппарата. Секторный вырез, по площади равный четверти сечения аппарата, располагают в соседних перегородках в шахматном порядке. При этом теплоноситель в межтрубном пространстве совершает вращательное движение то по часовой стрелке, то против нее.
Аппараты со «сплошными» перегородками (рисунок 2.36д) используются обычно для чистых жидкостей. В этом случае жидкость протекает по кольцевому зазору между теплообменными трубами и отверстиями в перегородках.
Для повышения тепловой мощности теплообменных аппаратов при неизменных длинах труб и габаритах теплообменника используется оребрение наружной поверхности теплообменных труб. Оребренные теплообменные трубы применяются в тех случаях, когда со стороны одного из теплоносителей трудно обеспечить высокий коэффициент теплоотдачи (газообразный теплоноситель, вязкая жидкость, ламинарное течение и т.д.). На рисунке 2.37 приведены варианты наружного оребрения теплообменных труб.
Рис. 2.37. Оребренные трубы [14]:
а– с приварными «корытообразными» ребрами; б – с завальцованными ребрами;
в– с винтовыми накатанными ребрами; г – с выдавленными ребрами;
д– с приварными шиловидными ребрами
Для интенсификации теплоотдачи в трубном пространстве используются методы воздействия на поток устройствами, которые турбулизируют теплоноситель в теплообменных трубах [14]. Для этой цели применяются различного рода турбулизаторы, варианты исполнения которых представлены на рисунок 2.38.
Рис. 2.38. Теплообменные трубы с турбулизаторами:
а– шнековые завихрители; б – ленточные завихрители;
в– диафрагмовые трубы с вертикальными канавками;
г– диафрагмовые трубы с наклонными канавками; д – проволочные турбулизаторы;
е– турбулизирующие вставки фирмы «sulzer»
Теплопередача в технологических процессах… |
215 |
|
|
Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» в случаях, когда в них реализуется противоточная схема движения теплоносителей, работают в ряде случаев более эффективно, чем кожухотрубные ТА. Кроме того, в аппаратах данного типа легче обеспечить большие, чем в кожухотрубных теплообменниках, скорости движения потоков теплоносителей, что позволяет иметь и более высокие значения коэффициента теплопередачи.
Вместе с тем, теплообменные аппараты типа «труба в трубе» по сравнению с кожухотрубными аппаратами имеют большие габариты, а также более высокий расход металла на единицу поверхности теплообмена.
Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» по конструкции делятся на однопоточные (неразборные и разборные ) и многопоточные [12,14].
Неразборные ТА типа «труба в трубе», как и кожухотрубные аппараты с неподвижными решетками, используются при сравнительно небольшой разности температур между «чистыми» теплоносителями (рисунок 2.39).
Рис. 2.39. Неразборный однопоточный теплообменный аппарат типа «труба в трубе»: а – с приварными двойниками на теплообменных трубах; б – со съемными двойниками на теплообменных трубах; 1 – теплообменная труба; 2 – кожуховая труба; 3 – специальный тройник; 4 – двойник; 5 – ниппель; 6 – гайка;7 – штуцер
Вразборных конструкциях теплообменников типа «труба в трубе» (рисунки 2.40, 2.41) внутренние трубы при повышении температуры могут удлиняться независимо от наружных.
Втеплообменных аппаратах типа «труба в трубе» разборной конструкции
[14]сравнительно легко очищаются внутренняя и наружная поверхности труб; эти аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи и являются надежными в эксплуатации.
Рис. 2.40. Разборный однопоточный теплообменный аппарат типа «труба в трубе»: 1 – теплообменная труба; 2 – кожуховая труба; 3 – опора; 4 – решетка кожуховых труб;
5 – поворотная камера; б – двойник; 7 – решетка теплообменных труб.
Рис. 2.41. Разборный многопоточный теплообменный аппарат типа «труба в трубе»: 1 – первая распределительная камера; 2 – решетка теплообменных труб;
3 – вторая распределительная камера; 4 – решетка кожуховых труб; 5 – опора; 6 – теплообменная труба; 7 – кожуховая труба; 8 – поворотная камера; 9 – двойник.
Втеплообменных аппаратах разборной конструкции внутренние трубы в ряде случаев выполняются с наружным оребрением, позволяющим увеличить их наружную поверхность теплообмена. Оребрение внутренних труб используют, как правило, в тех случаях, когда со стороны теплоносителя, двигающегося в межтрубном пространстве трудно обеспечить высокий коэффициент теплоотдачи (движется газ, вязкая жидкость, поток имеет ламинарный характер и т.д.).
Аппараты воздушного охлаждения
Ваппаратах воздушного охлаждения (АВО) происходит охлаждение потока природного газа, проходящего по трубному пучку АВО, за счет теплообмена
сатмосферным воздухом. Эти аппараты включают в себя следующие основные узлы и агрегаты: секции оребренных теплообменных труб различной длины (от 3 до 12 м), вентиляторы с электроприводом, диффузоры и жалюзи для регу-
лировки производительности воздуха, несущие металлоконструкции и, в некоторых случаях, механизмы регулирования [7, 21].
Аппараты воздушного охлаждения газа выполняются с верхним и нижним расположением вентиляторов, с горизонтальными и зигзагообразными теплообменными секциями (рисунки 2.42, 2.43, 2.44).
Теплопередача в технологических процессах… |
217 |
|
|
Рис 2.42. Зигзагообразный АВО с нижним расположением вентиляторов
Рис. 2.43. Горизонтальный АВО с нижним расположением вентиля торов:
1 – секции оребренных теплообменных труб; 2 – направляющий аппарат – диффузор; 3 – фундаментная опора под электродвигатель с установленным на нем вентилятором; 4 – опорные металлоконструкции.
Рис. 2.44. Схема горизонтального АВО с верхним расположением вентиляторов: 1 – секции оребренных теплообменных труб; 2 – вентилятор;
3 – направляющий аппарат – диффузор; 4 – опорные металлоконструкции; 5 – клиноременная передача; 6 – электродвигатель
Через пучок оребренных теплообменных труб прокачивается воздух вентилятором с приводом от электродвигателя. Поток воздуха может либо нагнетаться в пакет (нижнее расположение вентилятора), либо вытягиваться из него (верхнее расположение вентилятора).
Преимущество нагнетания воздуха состоит в том, что вентилятор и привод находятся в холодном воздухе, что повышает эффективность вентилятора (а это может снизить его стоимость), упрощает крепление вентилятора и привода и облегчает обслуживание. Однако в этом случае воздушный поток через трубный пучок весьма неоднороден, а низкая скорость нагретого воздуха при естественной конвекции может стать причиной рециркуляции горячего воздуха и снижения максимальной разности температур между природным газом и воздухом. Откачивание воздуха из трубного пучка (верхнее расположение вентиляторов) обеспечивает высокие скорости и несколько снижает влияние естественной конвекции, а, следовательно, и рециркуляции воздуха.
Для подачи охлаждающего воздуха применяют осевые вентиляторы пропеллерного типа с диаметром колеса от 0,8 до 7 м производительностью до 1,5 млн. м3/час.
Колеса вентиляторов изготовляют сварными из алюминия или из композитных материалов.
Теплообменные трубы, применяемые в АВО, имеют оребренные наружные поверхности.
