переработка нефти-1

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

обменную секцию. При этом внутренние трубы соединены между собой коленами 3, а наружные — штуцерами 4 на фланцах или сваркой. Звенья закреплены скобами на металлическом каркасе 5.

Нетрудно видеть, что неразборные теплообменники являются конструкцией жесткого типа, поэтому при разности температур более 70°С их не используют. При большей разности температур труб, а также при необходимости механической очистки межтрубного пространства применяюттеплообменникискомпенсирующимустройствомнанаружной трубе. В этом случае кольцевую щель между трубами с одной стороны наглухо заваривают, а с другой — уплотняют сальником 6.

Однопоточные неразборные теплообменники изготовляют из труб длиной 3…12 м с диаметром внутренних труб 25…159 мм и наружных соответственно 48… 219 мм на условное давление для наружных труб до 6,4 МПа и для внутренних до 16 МПа.

В разборных конструкциях теплообменников обеспечивается компенсация деформаций теплообменных труб. На рис. 2.50 показана конструкция разборного многопоточного теплообменника «труба в трубе», конструктивно напоминающего кожухотрубчатый теплообменник типа ТУ.

Аппарат состоит из кожуховых труб 5, развальцованных в двух трубных решетках: средней 4 и правой 7. Внутри кожуховых труб размещены теплообменные трубы 6, один конец которых жестко связан с левой трубной решеткой 2, а другой — может перемещаться. Свободные концы теплообменных труб попарно соединены коленами 8 и закрыты камерой 9. Для распределения потока теплоносителя по теплообменным трубам служит распределительная камера 1, а для распределения теплоносителя в межтрубном пространстве — распределительная камера 3. Пластинами 11 кожуховые трубы жестко связаны с опорами 10.

Теплообменник имеет два хода по внутренним трубам и два по наружным. Узлы соединения теплообменных труб с трубной решеткой (узел I) и с коленами (узел II) уплотнены за счет прижима и деформации полушаровых ниппелей в конических гнездах.

Эти аппараты могут работать с загрязненными теплоносителями, так как внутреннюю поверхность теплообменных труб можно подвергать механической очистке. Поскольку возможность температурных удлинений кожуховых труб из-за жесткого соединения их с опорами ограниченна, перепад температур входа и выхода среды, текущей по кольцевому зазору, не должен превышать 150°С.

124

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 2.50. Разборный двухпоточный теплообменник типа «труба в трубе»

2.3.5. Погружные аппараты

Специфическойособенностьюаппаратовэтоготипаявляетсяналичие емкости-ящика, в которую погружены теплообменные трубы. В ящике находится охлаждающая среда, например вода. Аппараты этого типа ис- пользуютвкачествехолодильниковиликонденсаторов-холодильников.

Различают змеевиковые и секционные аппараты. Принципиальное устройство однопоточного погружного конденсатора-холодильника показано на рис. 2.51. Теплообменная поверхность состоит из труб, соединенных при помощи сварки или на фланцах; переход из одной трубы

вдругую осуществлен при помощи двойников. Охлаждаемый поток последовательно проходит трубы, расположенные

вданномгоризонтальном ряду, после чего перехо-

дит в трубы следующего ряда и т.д.

125

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

При большом расходе охлаждающегося потока для уменьшения гидравлического сопротивления применяют коллекторные змеевиковые холодильники (рис.2.52),вкоторыхохлаждаемый поток при помощи специального коллектора разбивается на несколько параллельных потоков. Меньшее гидравлическое сопротивление коллектор-

ного аппарата по сравнению с однопоточным достигается за счет снижения скорости потока и длины пути.

В случае использования подобного аппарата в качестве конденсато- ра-холодильника, когда вследствие частичной илиполной конденсации объем потока резко уменьшается, можно применять коллекторные погружные аппараты с переменным числом потоков. В начале аппарата, гдедвижутсявосновномпары,объемкоторыхзначителен,числопараллельных потоков может быть более высоким, чем в той части аппарата, гдезавершенаконденсацияпаровипроисходитохлаждениеконденсата. Такое устройство полезно для повышения теплового эффекта аппарата, так как при сохранении первоначального числа потоков по всему их пути скорость движения конденсата в конечной части аппарата может оказаться небольшой, а следовательно, коэффициент теплопередачи в этой части аппарата будет низким.

Следует иметь в виду, что неправильный выбор места сокращения числа потоков по пути конденсирующейся среды может привести к повышению гидравлических сопротивлений, как это имело место на некоторых действующих установках.

К недостаткам аппаратов подобного типа относится их громоздкость и повышенный расход металла. Кроме того, в ящике свободное сечение для прохода воды велико, вследствие чего скорость движения воды мала и относительно малы коэффициенты теплоотдачи от стенок змеевика к воде.

Такие аппараты используются на ряде действующих нефтеперерабатывающих заводов и при строительстве новых установок, как правило, не применяют.

126

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2.3.6. Оросительные аппараты

Аппараты этого типа применяются в качестве холодильников и конденсаторов. Они представляют собой змеевик, состоящий из соединенных двойниками труб, которые расположены горизонтальными и вертикальными рядами.

добноераспределительноеустройствовыполняетсяввиделибожелобов, либо специальных распылителей.

Вследствие высокого значения скрытой теплоты испарения воды даже незначительное ее испарение сопровождается отводом большого количества тепла.

Опыт работы оросительных конденсаторов и холодильников показывает, что около 50% тепла отводится испаряющейся водой. Таким образом, в оросительном холодильнике и конденсаторе расход воды примерно в два раза меньше, чем в обычном водяном холодильнике. К недостаткам таких аппаратов относится их громоздкость, интенсивная коррозия наружной поверхности труб вследствие воздействия кислорода воздуха и отложение накипи на поверхности труб, особенно усиливающееся при высокой температуре охлаждаемого потока, труд-

ность эксплуатации в зимних условиях.

2.3.7. Пластинчатые теплообменники

Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью. Их разделяют по степени доступности поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра на разборные, полуразборные и неразборные (сварные).

Наиболее широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой прокладками. Монтаж и демонтаж этих аппаратов осуществляют достаточно быстро,

127

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда. Пластины полуразборных теплообменников попарно сварены, и доступ к поверхности теплообмена возможен только со стороны хода одной из рабочих сред. Пластины неразборных теплообменников сварены в блоки, соединенные на прокладках в общий пакет.

Основные размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600м2 взависимостиоттипоразмерапластин;этитеплообменникииспользуют при давлении до 1,6МПа и температуре рабочих сред от –30 до +180°С для теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов.

Серийно выпускаемые разборные пластинчатые теплообменники могут работать с загрязненными рабочими средами при размере твердых включений не более 4 мм.

Разборные пластинчатые теплообменники изготовляют в пяти исполнениях, в том числе на консольной раме (исполнение 1), на двухопорной раме (исполнение 2), на трехопорной раме (исполнение 3).

Разборный пластинчатый теплообменник на двухопорной раме (исполнение 2) показан на рисунке 2.54. Аппарат состоит из ряда теплообменных пластин 4, размещенных на верхней и нижней горизонтальных штангах3.Концыштангзакрепленывнеподвижнойплите2инастойке7. Нажимной плитой 11 и винтом 8 пластины сжимаются, образуя теплообменную секцию.

Рис. 2.54. Разборный пластинчатый теплообменник (исполнение 2):

1, 9, 10 и 12 — штуцера; 2 — неподвижная плита; 3 — штанга; 4 — теплообменная пластина; 5 и 6 — прокладки; 7 — стойка; 8 — винт; 11 — нажимная плита; а, б, в и г — проходные отверстия

128

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Теплообменные пластины имеют четыре проходных отверстия (а, б, в, г), которые образуют две изолированные одна от другой системы каналов. Для уплотнения пластин и каналов имеются резиновые прокладки. Прокладка 6 уложена в паз по контуру пластины и охватывает два отверстия на пластине, через которые происходят приток и вывод теплоносителя в канал между смежными пластинами, а прокладки 5 герметизируют два других отверстия на пластине. Для ввода теплоносителей в аппарат и их вывода предназначены штуцера 1, 9, 10, 12, расположенные на неподвижной и подвижной плитах.

Показанный на рис. 2.55 теплообменник на трехопорной раме (исполнение 3) состоит из неподвижной плиты 3, в которой закреплены верхняя 2 и нижняя 1 горизонтальные штанги. На штангах размещены теплообменные пластины 4 и подвижные плиты 5. Для сжатия пакета пластин предназначены стяжки 6.

Рис. 2.55. Пластинчатый теплообменник (исполнение 3):

1 и 2 — нижняя и верхняя штанги; 3 — неподвижная плита; 4 — теплообменные пластины; 5 — подвижные плиты; 6 — стяжки

129

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Если расходы теплоносителей значительно различаются, то для поддержания постоянного гидравлического сопротивления каналов применяют несимметричные схемы компоновки пластин; при этом число

каналов и пакетов для каждого теплоносителя неодинаково. Примером может служить схема компоновки теплообменника, показанная на рис. 2.57.

Для конденсации паров из смеси с неконденсирующимися газами используютсхемукомпоновки (рис.2.58а).Сконденсировавшаясяфаза IV выделяется из парогазовой смеси II в каналах вне первого пакета

ивыводится из аппарата, а несконденсировавшиеся газы I попадают в каналы а и б второго пакета, охлаждаются и выводятся из аппарата. Охлаждающая фаза III (вода) движется по каналам одного пакета. Такие конденсаторы парогазовых смесей работают с более высоким коэффициентом теплоотдачи, чем стандартные кожухотрубчатые аппараты.

При соответствующей компоновке можно получить многосекционный аппарат, в котором теплообмен между одним теплоносителем

идвумя другими осуществляется в соответствующих зонах(рис. 2.58б).

Рис. 2.58. Схемы специальных пластинчатых аппаратов:

а — конденсатор; б — теплообменник для трех теплоносителей

Теплообменные пластины различаются расположением в них отверстий для теплоносителей на пластины с диагональным (рис. 2.59а)

иодносторонним (рис. 2.59б) расположением отверстий. И те, и другие выполняют левыми и правыми. Благодаря чередованию в пакете левых

иправых пластин образуются две изолированные системы каналов.

130

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 2.59. Пластины с диагональным (а) и односторонним (б) расположением отверстий

Пластины с односторонним расположением отверстий взаимозаменяемы. При сборке правые пластины получают поворотом их относительно левых на 180°. Левые и правые пластины с диагональным расположением отличаются расположением прокладки и поэтому не являются взаимозаменяемыми.

Кроме рассмотренных теплообменных пластин в аппаратах используют граничные пластины, устанавливаемые на концах пакетов.

Серийновыпускаемыепластинчатыетеплообменникикомплектуют пластинами, штампованными из листового металла толщиной 1 мм. Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего треугольника высотой 4…7 мм и основанием длиной 14…30 мм (для вязких жидкостей до 75 мм). Гофры выполняют горизонтальными, «в елочку», под углом к горизонтали и др.

Материал пластин — оцинкованная или коррозионно-стойкая сталь, титан, алюминий, мельхиор.

Вразборныхтеплообменникахпластины2(рис.2.60)обычнокрепят

131

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 2.61. Прокладка пластинчатого теплообменника

Прокладки пластинчатых теплообменников (рис. 2.61) изготовляют из резины формованием и укрепляют впазупластинынаклею.Стойкииприжимные плиты пластинчатых теплообменников изготовляют из углеродистых сталей толщиной 8…12 мм.

К недостаткам пластинчатых теплообменников следует отнести невозможность их использования при давлении более 1,6 МПа.

2.3.8. Спиральные теплообменные аппараты

Спиральные теплообменники получили в промышленности сравнительно широкое распространение, что объясняется рядом важных преимуществ их по сравнению с теплообменными аппаратами других типов.

Спиральные теплообменники могут изготовляться из любого рулонного материала, подвергаемого холодной обработке и свариванию. Теплообменникикомпактны,ихконструкцияпредусматриваетвозможность полного противотока. Площадь поперечного сечения каналов по всей длине остается неизменной, и поток не имеет резких изменений направлений, благодаря чему загрязнение поверхности спиральных теплообменников меньше, чем теплообменных аппаратов других типов, кроме того, ряд конструкций их позволяет проводить сравнительно легкую очистку в случае, не требующем для удаления осадка механического воздействия. Гидравлическое сопротивление спиральных теплообменников при одинаковой скорости движения жидкости меньше, чем у кожухотрубчатых.

Спиральные теплообменники различных конструкций нашли применение для систем жидкость–жидкость, для систем жидкость–пар

132

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

в качестве конденсаторов, нагревателей и испарителей, для охлаждения и нагревания паро-газовых смесей. Спиральные теплообменники специальной конструкции могуткомпоноватьсясректификационными колоннами и применяться в качестве дефлегматоров.

Одно из назначений спиральных теплообменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей. Так как вязкая жидкость проходит по одному каналу, то устраняется проблема равномерного распределения вязкой жидкости по трубам. Нами для вязких жидкостей (прядильный растворсинтетическоговолокна«нитрон»)

испытывался спиральный теплообменник со сквозными каналами для прядильного раствора и спиральным каналом, по которому поступали пар или охлаждающая вода (рис. 2.62). Спиральные теплообменники могут успешно применяться для шламов и жидкостей, содержащих волокнистыематериалы.Применениеспециальныхтеплообменниковдля газов ограничено малым поперечным сечением канала.

Спиральныетеплообменникиприменяютсявгидролизнойпромышленности в качестве дефлегматоров, рекуператоров тепла в отбелочных отделениях,конденсаторовтерпентиновыхпаровиповерхностныхконденсаторов в выпарных отделениях; в химической промышленности –

вкачестве теплообменников при производстве серной, азотной и фосфорной кислот, в качестве конденсаторов для различных органических соединений; в коксогазовой промышленности – для охлаждения аммиачнойводы, бензолаи поглотительного масла, в алюминиевойпромышленности — в качестве теплообменников для алюминатных растворов;

всахарной и пищевой промышленности — для нагрева и охлаждения раствора сахара и фруктовых соков.

Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки — керна.

По видам уплотнения торцов каналы делятся на три основных типа (рис. 2.63):

— тупиковые каналы, каждый из которых заваривается с противоположной стороны при помощи вставленной ленты, как показано на рисунке 2.63а. Такой способ уплотнения исключает возможность

133