2. Устройство и принцип работы кожухотрубного теплообменника

Т

Рисунок 3 – Кожухотрубный теплообменники: а – простейший одноходовый теплообменник: 1 – цилиндрический корпус; 2 – опорные лапы; 3 – трубы; 4 – крышка и днище; 5 – трубные решётки; б – схемы расположения отверстий на трубных решётках; в – теплообменник с U – образными трубками; г – двухходовый теплообменник; д – теплообменник с линзовым компенсатором.

рубчатые теплообменники в свою очередь подразделяются на кожухотрубные, типа «труба в трубе», элементные (секционные) и змеевиковые. Кожухотрубные теплообменники получили в про­мышленности наибольшее применение благодаря своей компакт­ности, простоте в изготовлении и надежности в работе.

Простейший одноходовой кожухотрубный теплообменник с жестко закрепленными трубными решетками состоит из цилиндрического кожуха, в котором с обеих сторон вварены трубные решетки с отверстиями для труб. Эти отверстия расположены на трубных решетках по вершинам раз­носторонних треугольников, вершинам квадратов или по концент­рическим окружностям. Трубы в отверстиях решетки плотно закрепляют при помощи вальцовки или сварки. Жесткое закрепление труб с обеих сторон допустимо при перепаде температур между средами не более 50°С, когда линейные удлинения труб и кожуха небольшие и не вызывают значительных напряжений в местах крепления.

С обеих сторон кожух закрывают крышками, образующими верхнюю и нижнюю камеры. Таким образом, в теплообменнике имеется межтрубное пространство, ограниченное кожухом, двумя трубными решетками и наружной поверхностью труб, и трубное пространство, соединяющее обе камеры.

Одна из сред (обычно более чистая) проходит в межтрубном пространстве, а другая движется из одной камеры в другую по трубам и в данном случае совершает один ход. Скорость движения ее при этом небольшая, и коэффициент теплоотдачи относительно мал. Для подвода и отвода сред теплообменник имеет соответствующие патрубки, а при обогреве его паром, кроме того, еще и патрубок для отвода неконденсирующихся газов из межтрубного пространства. Лапы предназначены для установки теплообменника.

Чтобы предотвратить возможные деформации при большем перепаде температур, кожух теплообменника выполняют с линзовым компенсатором, или изготовляют теплообменник с U – образными трубами. Линзовые компенсаторы устанавливают в корпусе теплообменника и компенсируют температурные деформации осевым сжатием или расширением. Теплообменники с U – образными трубами имеют одну трубчатую решётку, в которой закреплены оба конца U – образных труб. Каждая труба при нагревании может удлиняться независимо от других, тем самым компенсируя температурные напряжения.

Для повышения коэффициента теплоотдачи применяют многоходовые теплообменники. Например, в двухходовом (по трубному пространству) теплообменнике перегородкой, установленной в верхней камере, все трубы разделены на два хода (пучка), по которым среда I проходит последовательно. При этом соответственно числу ходов увеличивается скорость движения среды, а, следовательно, и коэффициент теплоотдачи, уменьшаются потребная поверхность теплообмена и геометрические размеры теплооб­менника.

Для повышения скорости среды II и эффективного использования поверхности теплопередачи устанавливают поперечные или продольные перегородки и в межтрубном пространстве. В кожухотрубном теплообменнике в основном используются медные и латунные трубы диаметром 20 – 90 мм и стальные бесшовные трубы диаметром 25 –75 мм.

Достоинства кожухотрубных теплообменников заключаются в компактности, невысоком расходе металла, лёгкости очистки труб изнутри (за исключением теплообменников с U – образными трубами).

Недостатками этих теплообменников являются сложность достижения высоких скоростей теплоносителей, за исключением многоходовых теплообменников; трудность очистки межтрубного пространства и малая доступность его для осмотра и ремонта; сложность изготовления из материалов, не поддающихся развальцовке и сварке, например чугун и ферросилид.