Конструкція та принцип дії кожухотрубних теплообмінників

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Теплообмінник - апарат, призначений для підводу тепла до одного із теплоносіїв (теплосприятливого) за рахунок його відведення від іншого теплоносія (тепловіддаючого).

Теплоносіями в теплообмінниках можуть бути: водяна пара, гаряча вода, повітря, різні гази, продукти згоряння палива, мастила, різні сольові розчини та суміші рідин, рідкі метали, звішені в потоці частинки та інш.

Найбільше розповсюдження в якості теплоносіїв отримали повітря, водяна пара, гаряча вода та продукти згоряння палива.

1. КЛАСИФІКАЦІЯ ТЕПЛООБМІННИХ АПАРАТІВ

1) За принципом дії теплообмінники поділяють на рекуперативні, регенеративні та контактні.

Рекуперативні -- це такі теплообмінники, у яких передача тепла від одного теплоносія до іншого здійснюється через стінку, що їх розділяє.

Регенеративні -- теплообмінники, у яких в один момент часу гарячий теплоносій передає тепло твердому тілу (керамічній або металевій насадці), у наступний момент часу в контакт з твердим тілом приводиться холодний теплоносій, який сприймає акумульоване тепло.

Контактні -- теплообмінники, у яких передача теплоти від гарячого теплоносія до холодного відбувається при їх безпосередньому контакті.

Контактні теплообмінники поділяють на змішувальні та барботажні. У змішувальних теплообмінниках холодний та гарячий теплоносії змішуються. У барботажних гарячий теплоносій прокачується скрізь холодни (або навпаки), не змішуючись з ним.

2) За родом теплоносіїв:

- рідина-рідина;

- пара-рідина;

- газ-рідина;

- пара-газ;

- газ-газ

3) У залежності від зміни агрегатного стану:

- без зміни агрегатного стану;

- зі зміною агрегатного стану одного з теплоносіїв;

- зі зміною агрегатного стану обох теплоносіїв;

4) За характером течії теплоносія відносно поверхні теплообміну

- з натуральною циркуляцією. Теплоносій рухається завдяки різниці густин у різних шарах теплоносія, які мають різну температуру.

- із примусовою циркуляцією (під дією нагнітачів, компресорів та вентиляторів)

- з рухом теплоносія під дією гравітаційних сил (конденсатори, зрошувачі)

5) За виглядом (конфігурацією) поверхні теплообміну.

Рекуперативні:

- типу “труба в трубі”;

- кожухотрубні з прямими гладкими трубами;

- кожухотрубні з U-подібними трубами;

- теплообмінники з оребреними трубами;

- змійовикові;

- спіральні;

- пластинчаті;

- пластинчато-ребристі;

- секційні.

Регенеративні

За принципом роботи:

- з нерухомою матрицею;

- з обертовою матрицею;

- з пересувною матрицею (металеві кулі або дріб, які рухаються).

За типом матриці (для нерухомої або обертової матриці)

- з насадкою із гофрованої стрічки;

- з сітчастою насадкою;

- з насадкою із куль та гранул;

- з насадкою із кілець Рашинга

6. За кількістю теплоносіїв

- двохпоточні;

- трьохпоточні;

- багатопоточні

До багатопоточних відносять також теплообмінники з проміжним теплоносієм.

7. За взаємним напрямком течії теплоносіїв

- прямоточні;

- протиточні;

- з перехресною течією;

- зі змішаною схемою течії;

- зі складними схемами течії.

Рисунок 1 - Кожухотрубний теплообмінник

Кожухотрубні теплообмінники (рис.1) виготовляються жорсткої, напівжорсткої і нежорсткої конструкцій; одно- та багатоходовими; прямоточними, протиточними та з перехресною течією; горизонтальними та вертикальними. Вони прості по конструкції й мають невисоку вартість.

У регенеративних апаратах може бути тільки прямотечія або протитечія.

теплообмінник кожухотрубний конструктивний рідина

2. КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП ДІЇ

Теплообмінники складаються з пучка труб 3, жорстко закріплених у трубних дошках 6, кожуха 2, кришок 5 із фланцями, що утворюють розподільні камери, опор 4 і перегородок, розміщених у міжтрубному просторі. На кожусі і кришці встановлені технологічні штуцера. У залежності від призначення апарата конструкція основних вузлів і типи матеріалів, що використовуються, може змінюватися.

3. ОСНОВНІ КОНСТРУКТИВНІ ТИПИ КОЖУХОТРУБНИХ ТЕПЛООБМІННИКІВ

Нижче (рис. 2) представлені деякі конструкції кожухотрубних теплообмінників з одним ходом у трубках і декількома ходами в міжтрубному просторі. Ці конструкції забезпечують як протиточну, так і прямоточну схему руху теплоносіїв. Тороідальний розширювальний шов (ліроподібний компенсатор) у центрі кожуха компенсує різницю температурних розширень труб і кожуха. Подвійні трубні дошки колектора виключають можливість витоків теплоносія з однієї циркуляційної лінії в іншу. Колектор, що плаває, із двома трубними дошками, які мають сальникове ущільнення, дозволяє цілком виключити можливість витоків з однієї циркуляційної лінії в іншу.

а) теплообмінник з двома еліптичними кришками і ліроподібним компенсатором

б) теплообмінник з одною еліптичною кришкою та одною опорною кришкою

в) теплообмінник з двома еліптичними кришками

г) теплообмінник з подвійними трубними дошками

д) теплообмінник з колектором, що плаває

4. КОМПОНУВАННЯ ТРУБ

Труби в трубному пучку можуть мати наступні типи компонування (див. також додаток Г):

- трикутна;

- компонування по концентричних колах;

- коридорна;

- шахова з рівномірним або нерівномірним кроком;

- спеціальна.

5. ЗАКРІПЛЕННЯ КІНЦІВ ТРУБ

Найбільш розповсюдженим способом закріплення кінців труб у трубних дошках є вальцювання. Це прочноплотне з'єднання, що утворюється в результаті деформації труби в радіальному напрямку під дією сили, яка створюється вальцювальним інструментом. Для забезпечення осьової міцності пучка в отворах трубних дошок виконують як мінімум дві кільцеві розширювальні канавки. При конічному розвальцюванні вхідної ділянки труб знижується коефіцієнт місцевого опору, а, отже, й імовірність ерозії на цій ділянці, через запобігання зриву потоку на вхідній крайці.

Передовою технологією закріплення труб є вальцювання вибухом, при якій у середині труби в товщині трубної дошки розміщується вибуховий заряд. За допомогою детонатора заряд підривається. Енергія вибуху йде на деформацію труби в радіальному напрямку. У результаті утворюється досить міцне з'єднання, яке важко одержати звичайним вальцюванням. Можна вальцювати навіть товстостінні труби.

Якщо труби піддаються впливу вібрації, циклічному нагріванню, великим перепадам тиску або на кінцях труб може виникнути тепловий удар, то кінці труб варто приварити до трубних дошок. Зварювати краще товстостінні труби або труби апаратів, що працюють у напружених умовах.

Зварений шов будь-якого типу постійно знаходиться під ерозійно-корозійним впливом, тому в процесі тривалої експлуатації може відбутися розущільнення труби. У зв'язку із цим був розроблений спосіб вальцювання з автоматичною приваркою кінців труб до трубних дошок щільним швом.

6. ОРГАНІЗАЦІЯ РУХУ РІДИНИ В МІЖТРУБНОМУ ПРОСТОРІ

У кожухотрубних теплообмінниках один теплоносій тече по трубах, інший - у міжтрубному просторі. При поперечному обтіканні труби досягається більш ефективна тепловіддача ніж при повздовжньому. У середині кожуха встановлюють поперечні перегородки для кріплення труб із метою запобігання їх прогинів, а також для організації поперечного обтікання труб у міжтрубному просторі та одержання більш високих швидкостей.

Найбільше поширення одержали сегментні перегородки типу диск-кільце і двосторонні сегментні перегородки. Застосовують також перегородки, що перекривають трубний пучок, сегментні перегородки потрійного розташування та ін. Двосторонні сегментні перегородки та перегородки потрійного розташування застосовують з метою зменшення втрат тиску, при цьому втрати тиску можуть бути знижені на 60...100%.

Для запобігання шкідливих перетічок крізь радіальні зазори, які можуть значно знизити перепад температур, роблять ущільнення трубного пучка.

По периферії перегородок найбільш часто встановлюють ущільнювальні сегменти з пружнодеформуємого матеріалу (наприклад, з мастилобензостійкого пластику). При зборці ТА в процесі натягування кожуха на трубний пучок краї ущільнювального листа відгинаються відповідно до форми кожуха й ущільнюють зазор. У випадку застосування такого ущільнення зазор між корпусом та перегородкою можна збільшити до 5 мм, що полегшує зборку ТА.

Для підвищення жорсткості трубного пучка і потрібного дистанціонування поперечних перегородок використовують систему стяжних стрижнів і розпірок. Стрижні одним кінцем угвинчуються в трубну дошку, а іншим закріплюються в останній перегородці за допомогою контргайок. Між перегородками встановлюють розпірки.

Размещено на Allbest.ru