Кожехотрубчатый теплообменик

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

1. Кожехотрубчатые теплообменники и их назначение

2. Принцип работы КЖТ

3. Виды КЖТ

4. Конструкция КЖТ

5. Область применения

6. Требования к проектированию конструкции

7. Узел соединения трубной решетки с концевой обечайкой кожуха

8 .Трубный пучок . Трубы

9. Трубные решетки

10.Противоударная защита

11. Противобайпасные устройства

12. Контроль и испытание. Испытания на прочность и герметичность



1.Кожехотрубчатые теплообменники и их назначение

Кожухотрубные теплообменники - это аппараты, которые используются для передачи тепловой энергии между двумя рабочими жидкостями - горячей и холодной. Суть теплообмена заключается в передаче тепловой энергии от теплоносителя, движущейся по трубам теплообменника, холодной рабочей среде которая движется в противоположном направлении в полости корпуса. В процессе перемещения нагретая жидкость отдает тепло холодной через стенки теплообменных труб.

Основным потребителем кожухотрубных теплообменников являются жилищно-коммунальные службы. Аппараты широко используются для комплектации инженерных коммуникаций. Теплосети активно применяют устройства для обеспечения горячего водоснабжения. По возможности, обустраиваются индивидуальные тепловые пункты, эффективность которых значительно выше, чем эффективность централизованных магистралей.

Кожухотрубные преобразователи тепловой энергии получили широкое распространение в нефтеперерабатывающей отрасли, химическом и газовом секторах. Востребованы аппараты и в теплоэнергетике. Кроме того, устройства незаменимы в пивоваренной и пищевой промышленности. Нередко кожухотрубчатые теплообменники используются в качестве конденсаторов, утилизаторов тепловой энергии отработанных газов и подогревателей.

2.Принцип работы КЖТ

Исходя из названия, теплообменник - это устройство, создаваемое с целью передать вырабатываемое тепло на нагреваемый предмет. Работа кожухотрубного теплообменника заключается в том, что холодная и горячая рабочие среды двигаются по разным кожухам, и теплообмен происходит в пространстве между ними.

Рис.1 Схема работы теплообменника.

 Рабочей средой внутри труб является жидкость, в то время как горячий пар проходит в расстоянии между труб, образуя конденсат. Поскольку стенки труб нагреваются больше, чем доска, к которой они прикреплены, эту разность необходимо компенсировать, иначе бы устройство имело значительные потери тепла. Для этого применяются так называемые компенсаторы трех типов: линзы, сальники или сильфоны.

Также, при работе с жидкостью под высоким давлением используют однокамерные теплообменники. Они имеют изгиб U, W-образного типа, необходимое чтобы избежать высоких напряжений в стали, вызываемых тепловым удлинением. Их производство достаточно дорогое, трубы в случае ремонта сложно заменить. Поэтому такие теплообменники пользуются меньшим спросом на рынке.



3.Виды КЖТ

Диаметр корпуса кожухотрубчатого теплообменника может составлять от 159 до 3000 мм; длина корпуса колеблется в пределах от 0,1 до нескольких десятков метров. Максимальное давление в системе может достигать 160 кг/см2. В настоящее время самое широкое распространение получили следующие типы теплообменных аппаратов:

Со встроенными трубными решетками. Конструкция таких устройств предусматривает жесткую сцепку всех деталей и узлов, входящих в состав агрегата. Основная область использования эти установок нефтеперерабатывающая и химическая промышленность. Такие теплообменники составляют 75% рыночных предложений. У рассматриваемого типа кожухотрубных теплообменников решетки труб приварены к внутренней поверхности кожуха, а тубы прочно скреплены с решетками. Такая компоновка обеспечивает надежную фиксацию и лишает элементы конструкции возможности свободного перемещения внутри кожуха;

С температурным компенсатором. Такие кожухотрубные аппараты с помощью продольной деформации или благодаря особым упругим вставкам, расположенных в расширителе возмещают тепловое расширение. Такая конструкция относится к классу полужестких;

С плавающей головкой. Под плавающей головкой имеется ввиду подвижная трубная решетка. Такая решетка имеет возможность свободного перемещения по системе вместе с крышкой. Аппарат отличается высокой стоимостью, однако этот недостаток полностью компенсируется высокой производительностью и надежностью;

С U-образной формой труб. В таких конструкциях оба конца трубы привариваются к одной решетке. Радиус изгиба трубы должен быть не менее 4 его диаметров. Такое конструктивное решение позволяет трубам свободно удлиняться;

С комбинированным наполнением. Конструкция таких аппаратов предусматривает наличие компенсатора. Кроме того, в их состав входит встроенная плавающая головка.

По направлению перемещения теплоносителей, кожухотрубные преобразователи тепловой энергии можно разделить на 3 вида:

Одноточные.

Противоточные.

Перекрестноточные.

Теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми.

Рис.2 Одноходовой КЖТ

В одноходовых устройствах теплоноситель циркулирует по ограниченному контуру. В качестве примера можно привести водонагреватель ВВП, получивший широкое распространение системах отопления. Такие устройства используются зонах, где интенсивность теплообмена принципиального значения не имеет (температура окружающей среды незначительно отличается от температуры теплоносителя).



Рис.3 Двухходовой КЖТ.

Многоходовые устройства имеют поперечные или продольные перегородки, обеспечивающие изменение направления движения теплоносителя. Такие теплообменники применяются на участках, где интенсивность теплообмена особенно важна.

4.Конструкция КЖТ

Корпус (кожух) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются, главным образом, способом соединения с трубной решеткой и крышками. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не меньше 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха привариваются фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха привариваются патрубки и опоры аппарата.

Трубки кожухотрубчатых аппаратов изготовляют прямыми или изогнутыми (U-образными) диаметром от 12 до 57 мм.

Материал трубок выбирается в зависимости от среды, омывающей ее поверхность. Применяются трубки из стали, латуни и специальных сплавов.

Трубные решетки служат для закрепления в них труб при помощи развальцовки, заварки, запайки или сальниковых соединений. Трубные решетки зажимаются болтами между фланцами кожуха и крышки или привариваются к кожуху, либо соединяются болтами только с фланцами свободной камеры (см. рис. 4).

Рис. 4. Типы кожухотрубчатых теплообменников:

а - одноходовый; б - многоходовый; в - пленочный; г - с линзовым компенсатором; д - с плавающей головкой закрытого типа; е - с плавающей головкой открытого типа; ж - с сальниковым компенсатором; з - с U-образными трубками; 1 - кожух; 2 - выходная камера; 3 - трубная решетка; 4 - трубы; 5 - входная камера; 6 - продольная перегородка; 7 - камера; 8 - перегородки в камере; 9 - линзовый компенсатор; 10 - плавающая головка; 11 -сальник; 12 - U-образные трубы; I, II - теплоносители

Крышки кожухотрубчатых аппаратов имеют форму плоских плит, конусов, сфер, а чаще всего выпуклых или вогнутых эллипсов.

5.Область применения

Область применения Настоящий стандарт устанавливает требования к конструкции, материалам, изготовлению, контролю, испытаниям и подготовке котгрузке стальных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, предназначенных для применения в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других смежных отраслях промышленности.

Настоящий стандарт применим к следующим типам аппаратов теплообменных кожухотрубчатых стальных: теплообменникам, конденсаторам, холодильникам и испарителям, работающим под расчетным давлением не более 21 МПа, под вакуумом с остаточным давлением не ниже 665 Па (5 мм pm. cm.) при температуре стенки не ниже минус 70 °С.

6.Требования к проектированию конструкции

Общие требования

Конструкцией аппарата должно быть предусмотрено обеспечение установленного режима эксплуатации, технологичности, надежности в течение назначенного срока службы, обеспечение безопасности при изготовлении, монтаже и эксплуатации, обеспечение возможности контроля технического состояния аппарата.

Назначенный срок службы аппарата должен устанавливать разработчик и указывать в технической документации.

Аппарат должен быть спроектирован с учетом нагрузок на штуцера и опоры.

В зависимости от расчетного давления, температуры стенки и характера среды аппараты подразделяют на группы, определяющие объем контроля сварных соединений. Группа сосудов - по национальным стандартам государств, упомянутых в предисловии как проголосовавшие за принятие межгосударственного стандарта.

Минимальная температура стенки аппарата, находящегося под давлением, - по национальным стандартам государств, упомянутых в предисловии как проголосовавшие за принятие межгосударственного стандарта*.

Фланцы кожуха, распределительной камеры и крышек должны быть выполнены приварными встык в случаях:

- условное давление 1,0 МПа независимо от температуры;

- одна или две полости аппарата работают при температуре рабочей среды не менее 300 °С независимо от давления.

Толщины стенок кожуха, распределительной камеры, обечайки и днища крышки определяют расчетом на прочность, но они должныбыть не менее приведенных в таблице 1.

В миллиметрах

Диаметр кожуха	Минимальная толщина стенок из стали
	углеродистой и низколегированной, двухслойной	высоколегированной хромоникелевой
наружный	внутренний	для аппаратов типа
		Н и К	П и У	Н и К	П и У
159, 219, 273, 325, 426, 530	400, 500	5	5	3	3
630	600	6	6	4	4
-	700, 800	6	8	4	6
-	900, 1000	6	10	6	8
-	1200	6	12	6	10
-	1400 и более	6	14	6	12

Таблица 1 - Минимальная толщина стенок

Толщины поперечных перегородок трубного пучка определяют в соответствии с расчетом на прочность, но они должны быть не менее приведенных в таблице 2.

В миллиметрах

Диаметр кожуха	Минимальная толщина поперечных перегородок трубного пучка при расстоянии между ними
	наружный	внутренний	до 300	301-450	451-600	601-850

Размещено на http://www.allbest.ru

159, 219, 273, 325	-	3	5	6	8	10
426, 530, 630	400, 500, 600	5	6	8	8	10
-	700, 800, 900, 1000	6	8	8	10 (8)	12 (10)
-	1200 и более	6	8	10 (8)	10 (8)	12 (10)
Примечание - Значения в скобках являются допустимыми для аппаратов типов Н и К.

Таблица 2 - Минимальные толщины поперечных перегородок трубного пучка

Максимальное расстояние между поперечными перегородками трубного пучка не должно превышать приведенные в таблице 3.

В миллиметрах

Наружный диаметр теплообменных труб	Максимальное расстояние между поперечными перегородками
	в теплообменниках и испарителях	в холодильниках и конденсаторах	в теплообменниках и испарителях	в холодильниках и конденсаторах
	с материалом труб
	сталь	латунь, алюминий, алюминиевый сплав
16, 20	700	1000	600	900
25	800	1200	700	1000
38	1000	1300	800	1200
57	1400	1400	1400	1400
Примечание - Максимальное расстояние между поперечными перегородками для испарителей с паровым пространством должно составлять 1200 мм.

Таблица 3 - Максимальное расстояние между поперечными перегородками трубного пучка.

Минимальное расстояние между поперечными перегородками может составлять 0,2 внутреннего диаметра кожуха, но не менее 50 мм.

Диаметры поперечных перегородок трубного пучка должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.

Таблица 4 - Диаметры поперечных перегородок трубного пучка.

В миллиметрах

Диаметр поперечных перегородок трубного пучка при
наружном диаметре аппарата	внутреннем диаметре аппарата
159, 219, 273, 325, 426, 530, 630	400	500	600	700	800	900	1000	1200	1400
	397	497	597	697	796	896	995	1195	1395

Толщина поперечных и опорных перегородок из углеродистых и низколегированных сталей должна быть не менее удвоенной прибавки на коррозию для межтрубного пространства.

Для облегчения дренажа поперечные и опорные перегородки должны иметь на нижней образующей вырез высотой 10 мм.

При использовании продольных перегородок в межтрубном пространстве просвет между перегородкой и соседними трубами должен быть не менее 3 мм.

Поперечные перегородки в трубном пучке следует устанавливать с помощью распорных трубок, стяжек и гаек к ним.



7. Узел соединения трубной решетки с концевой обечайкой кожуха

1 - трубная решетка; 2 - концевая обечайка кожуха

Рисунок 5 - Узел соединения трубной решетки с кожухом

Каждая заготовка для трубной решетки должна быть проконтролирована на сплошность ультразвуком по ГОСТ 22727 с оценкой металла по 1-му классу сплошности для листового проката и по ГОСТ 24507 по 3-й группе качества для поковок.

В зоне приварки к концевой обечайке трубная решетка должна быть дополнительно проконтролирована на сплошностьультразвуком прямым и наклонным сканированиями.

Листовой прокат должен быть испытан на растяжение на образцах по толщине проката, при этом сужение поперечного сечения должно быть не менее 35%.

кожехотрубчатый теплообменик решетка



8. Трубный пучок .Трубы

Минимальная толщина стенки труб должна соответствовать таблице 5

Средний радиус изгиба U- образных труб должен быть не менее чем в 1,5 раза больше номинального наружного диаметра трубы.

При назначении толщины трубы следует учитывать расчетное давление и пробное давление межтрубного пространства при гидро испытаниях. На предприятии-изготовителем допускается уменьшать количество труб, не превышающее указанное в таблице 6.

Табл. 6 - Максимальное количество труб



9 .Трубные решетки

Для вертикального теплообменника, у которого неподвижная трубная решетка находится снизу, должны быть обеспечены соответствующие меры ,удерживающие трубный пучок на своем месте. При использовании шпилек с бортиками или резьбовых отверстий в трубной решетке их количество должно быть не менее четырех, их расположение должно быть указано на чертежах ,на внешней образующей трубной решетке указаны метки.

Расстояние между краем отверстий трубы и краем всех канавок прокладки должно быть не менее 1,5 мм для трубных решеток с развальцовкой труб не менее 3 мм -- для трубных решеток со сваркой или усиленной сваркой труб в трубных решетках.

Допускается на сварных швах трубных решеток располагать отверстие при условии контроле качества сварных швов радиографическим и ультразвуковым методом.

При плакировании трубной решетки цветными металлами (латунью и др.) толщинанаплавленного слое должна быть не менее 10 мм. Не допускаются отслоение наплавленной поверхности общей площадью более 5% основного металла решетки и раковины глубиной более 1мм.

Острые кромки отверстий в трубных решетках и перегородкахтрубных пучков должны быть притуплены фаской размером 0,5 мм, а острые кромки наружной цилиндрической поверхности перегородок пучков , фаской размером 1,0 2,0 мм.

Схемы кожухотрубчатых теплообменников:

а - с жестким креплением трубных решеток с сегментными перегородками; б - с жестким креплением трубных решеток с кольцевыми перегородками; в - с линзовым компенсатором на корпусе; г - с U-образными трубами; д - с двойными трубами (труба в трубе); е - с «плавающей» камерой закрытого типа; 1 - цилиндрический корпус; 2 - трубы; 3 - трубная решетка; 4 - верхняя и нижняя камеры; 5, 6, 9 - сегментная, кольцевая и продольная перегородки в межтрубном пространстве; 7 - линзовый компенсатор; 8 - перегородка в камере; 10 - внутренняя труба; 11 - наружная труба; 12 - «плавающая» камера.

10. Противоударная защита

Противоударная защита трубного пучка от воздействия потока на входе в аппарат должна быть обеспечена установкой противоударной пластины либо стержневых элементов.

Противоударная пластина должна заходить не менее чем на 25 мм за пределы отверстия штуцера в плане. Площадь проходного сечения между корпусом и противоударной пластиной должна быть не меньше проходного сечения входного штуцера.

Номинальная толщина противоударной пластины должна быть не менее 6 мм.

Противоударная пластина должна быть соответствующим образом закреплена, (например, приварена по крайней мере к двум дистанционным трубкам) во избежание механического повреждения в результате вибрации

11.Противобайпасные устройства

Необходимость установки противобайпасных устройств, таких как уплотняющие полосы, ложные трубы или стяжки (см. рисунок 3.16), следует определять технологическим расчетом для неизотермических условий эксплуатации или, если байпасные зазоры превышают 16 мм, должны быть предусмотрены:

- одиночное противобайпасное устройство приблизительно посередине между срезами перегородок, если расстояние между краями срезанных перегородок не более шести шагов труб;

- несколько противобайпасных устройств, если расстояние между срезами перегородок превышает шесть шагов труб. Они должны быть расположены через каждые пять - семь рядов труб между срезами перегородок с расстоянием наиболее удаленного противобайпасного устройства от среза перегородки не более 75 мм.

Типовое сечение трубного пучка, показывающее расположение противобайпасных уплотнительных устройств

1 - цилиндрическая поверхность перегородки; 2 - стяжки, ложные трубы или плоская полоса; 3 - срез перегородки; 4 - расположение U-образной трубы; 5 - трубы; 6 - противобайпасная полоса; 7 - зазор, не превышающий номинальный зазор между трубами; 8 - одинарная уплотнительная полоса на оси аппарата; 9 - несколько равномерно распределенных полос; 10 - срез перегородки; 11 - расположение U-образной трубы; 12 - изгиб U-образной трубы; 13 - противоударная пластина; 14 - периферийный байпасный коридор; 15 - внутренний байпасный коридор

12. Контроль и испытание. Испытания на прочность и герметичность

Гидравлическое и пневматическое испытания аппаратов следует проводить в соответствии с требованиями национальных стандартов государств, при этом время выдержки пробным давлением должно быть не менее 1 ч.

1.Гидравлические испытания для аппаратов типов ТП и ТУ

Этап 1

Испытание распределительной камеры в сборе с трубным пучком (без корпуса) и испытательным кольцом пробным давлением трубного пространства.

Испытание корпуса (без распределительной камеры, крышки плавающей головки и крышки корпуса) в сборе с двумя испытательными кольцами пробным давлением межтрубного пространства.

Этап 2

Испытание корпуса в сборе с трубным пучком (без распределительной камеры) и испытательным кольцом пробным давлением межтрубного пространства.

Испытание распределительной камеры в сборе с трубным пучком, узлом плавающей головки (без корпуса и крышки корпуса) и испытательным кольцом пробным давлением трубного пространства.

Этап 3

Испытание фланцевых соединений на герметичность (аппарат в сборе) пробным давлением трубного и межтрубного пространств одновременно.

2.Гидравлическое испытание для аппаратов типов ТН и ТК.

Этап 1

Испытание межтрубного пространства (без распределительной камеры и крышки корпуса) пробным давлением межтрубного пространства.

Этап 2

Испытание трубного пространства (аппарат в сборе) пробным давлением трубного пространства .

4.Гидравлические испытания для аппаратов типов ТИП, ТИУ

Этап 1

Испытание распределительной камеры в сборе с трубным пучком (без корпуса) и испытательным кольцом пробным давлением трубного пространства

Этап 2

Испытание корпуса в сборе с трубным пучком (без распределительной камеры) и испытательным кольцом пробным давлением межтрубного пространства

Этап 3

Испытание фланцевых соединений на герметичность (аппарат в сборе) пробным давлением трубного и межтрубного пространств одновременно

5.Гидравлическое испытание для аппаратов типа ТПК

Этап 1

Трубный пучок в сборе с корпусом с двумя испытательными кольцами без распределительной камеры, крышки корпуса, крышки плавающей головки пробным давлением, равным максимально допустимому перепаду давления между межтрубным и трубным пространствами.

Этап 2

Трубный пучок в сборе с распределительной камерой, плавающей головкой и корпусом без крышки корпуса пробным давлением, равным максимально допустимому перепаду давления между межтрубным и трубным пространствами.

Этап 3

Аппарат в сборе при одновременной подаче пробного давления в трубное и межтрубное пространства соответственно при соблюдении указанного в технической документации максимально допустимого перепада давления между трубным и межтрубным пространствами.

Если расчетное давление корпуса меньше расчетного давления распределительной камеры, испытание на герметичность крепления труб в трубной решетке допускается проводить воздухом, керосином, галоидами, гелием, хладоном или аммиаком.

Если толщина трубной решетки рассчитана на перепад давлений в корпусе и распределительной камере, то в проекте должны быть указаны условия проведения гидравлического испытания аппарата и методы испытания на герметичность крепления труб в трубной решетке. При давлении гидроиспытания корпуса, превышающем допустимое наружное давление для теплообменных труб, гидроиспытание корпуса следует проводить при наличии давления в трубах. При этом перепад давлений в корпусе и трубах не должен превышать допустимое наружное давление для теплообменных труб. Укрепляющие кольца штуцеров должны быть пневматически испытаны в соответствии с требованиями национальных стандартов.

Размещено на Allbest.ru

...