Общие сведения о кожухотрубных теплообменных аппаратах

Кожухотрубные теплообменные аппараты могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей.

Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники — для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожарои невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. В соответствии с ГОСТ 15 120–79 и ГОСТ 15 122–79 кожухотрубные теплообменники и холодильники могут быть двух типов: Н-с неподвижными трубными решетками и К-с линзовым компенсатором неодинаковых температурных удлинений кожуха и труб. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для аппаратов типа Н может составлять 20−60 град, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.

Рис. 1 Кожухотрубный двухходовый (по трубному пространству) холодильник:

1-крышка распределительной камеры; 2 — распределительная камера; 3 — кожух; 4 — теплообменные трубы; 5-перегородка с сегментным вырезом; 6 — линзовый компенсатор; 7 — штуцер; 8 — крышка Теплообменники и холодильники могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-, двух-, четырехи шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников — также и из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали. Стандартный двухходовый по трубному пространству кожухотрубный холодильник изображен на рис. 1.

Кожухотрубные конденсаторы предназначены для конденсации паров в межтрубном пространстве, а также для подогрева жидкостей и газов за счет теплоты конденсации пара. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15 121–79, конденсаторы могут быть двух-, четырехи шестиходовыми по трубному пространству. От холодильников они отличаются большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Требуемое значение коэффициента пропускной способности определяют в зависимости от расхода водяного конденсата G (в т/ч) и перепада давления Ар (в МПа) между давлением пара и давлением в линии отвода конденсата: ft = 0,575C/VAp.

В кожухотрубных испарителях в трубном пространстве кипит жидкость, а в межтрубном пространстве может быть жидкий, газообразный, парообразный, парогазовый или парожидкостной теплоноситель. Согласно ГОСТ 15 119–79 эти теплообменники могут быть только вертикальными одноходовыми, с трубками диаметром 25X2 мм. Они могут быть с неподвижной трубной решеткой или с температурным компенсатором на кожухе.

Применение кожухотрубных теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1,6−8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

На рис. 2 изображен кожухотрубный теплообменник с плавающей головкой, предназначенной для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от меж — трубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствий с ГОСТ 14 246–79, могут быть двухили четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м.

Кожухотрубные конденсаторы с плавающей головкой (ГОСТ 14 247−79) отличаются от аналогичных теплообменников большим диаметром штуцера для подвода пара в межтрубное пространство. Допустимое давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа. в межтрубном пространстве — от 1,0 до 2,5 МПа. Эти аппараты могут быть двух-, четырехи шестиходовыми по трубному пространству. Диаметр кожуха от 600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м.

Теплообменники с U-образными трубами (рис. 3) применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (одна трубная решетка, нет внутренней крышки), однако могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20X2 мм.

Кожухотрубные испарители с трубными пучками из U-образных труб или с плавающей головкой имеют паровое пространство над кипящей в кожухе жидкостью. В этих аппаратах, всегда расположенных горизонтально, горячий теплоноситель (в качестве которого могут быть использованы газы, жидкости или пар) движется по трубам. Согласно ГОСТ 14 248–79, кожухотрубные испарители могут быть с коническим днищем (рис. 2.6) диаметром 800−1600 мм и с эллиптическим днищем диаметром 2400−2800 мм. Последние могут иметь два или три трубных пучка. Допустимые давления в трубах составляют 1,6−4,0 МПа, в кожухе — 1,0−2,5 МПа при рабочих температурах от -30 до 450 °C, т. е. выше, чем для испарителей с линзовым компенсатором. Испарители с паровым пространством изготовляют только двухходовыми, из труб длиной 6,0 м, диаметром 25X2 мм.

Рис. 2 Кожухотрубный теплообменник с плавающей головкой:

1-крышка распределительной камеры; 2-распределительная камера; 3-кожух; 4 — теплообмениые трубы; 5-перегородка с сегментным вырезом; 6 — штуцер; 7 — крышка плавающей головки; 8 — крышка кожуха.

Рис. 3. Кожухотрубный теплообменник с U-образными трубами:

1-распределительная камера; 2-кожух; 3-теплообменные трубы; 4-перегородка с сегментным вырезом; 5 — штуцер