Кожухотрубчасті теплообмінний апарат (рис. 4.9) складається з кожуха і пучка труб, закріплених в трубних решітках (дошках) для створення проточних каналів. У міжтрубний простір подають, як правило, менш, а в труби - більш забруднений теплоносій. Кришки розподільних камер і кожух, що замикають міжтрубний простір, забезпечені штуцерами для підведення і відведення теплоносіїв.
Рис.4.9. Кожухотрубчасті теплообмінні апарати безперервної дії:
а - одноходовой з жорстко закріпленими гратами; б - з концентричними; в - з сегментними перегородками в міжтрубному просторі; г - з температурними компенсаторами на корпусі; д - з плаваючою нижньою головкою; е - з U-подібними трубами; ж - з сальниковим ущільненням на верхній плаваючій голівці; 1 - корпус або кожух; 2 - трубні решітки; 3 - труби; 4 - днища і кришки розподільних камер; 5, 6 - фланці; 7 - опори
Кожухотрубчасті теплообмінні апарати застосовують для нагріву і охолодження рідин і газів, а також для випаровування і конденсації речовин в різних технологічних процесах. Зокрема, їх використовують як регенеративні підігрівники живильної води, в системах водопідготовки, як маслоохладителей.
При заданій витраті теплоносія G. кг / с, і обраної швидкості його руху w, м / с, в трубах їх кількість в одному ході теплообмінника
Площа поверхні теплообміну
де l - робоча довжина труб; dcp - їх розрахунковий діаметр, рівний
Розміщення труб в трубних решітках проводиться по вершинах рівносторонніх трикутників, по концентричних колах або по вершинах квадратів. Найбільш поширеним способом є перший варіант (рис. 4.10). Кількість труб в апараті залежно від їх діаметра, діаметра корпусу і числа ходів у трубному просторі зазначено в табл. 4.9 [7, 8].
Рис.4.10. Розміщення труб в трубній решітці:
а - по концентричних колах; б - по вершинах рівносторонніх трикутників; в - шахове; г - коридорне
Таблиця 4.9.Колічество труб в кожухотрубних теплообмінниках при розміщенні їх по вершинах рівносторонніх трикутників [7, 8]
П р и м і т а н і е. У дужках вказано кількість труб для теплообмінників при розміщенні без відбійників, коли труби додані з двох сторін великого шестикутника.
Діаметри і кроки отворів в трубних решітках і перегородках теплообмінників, при розташуванні труб по вершинах рівностороннього трикутника, визначають по зовнішньому діаметру труб (табл. 4.10).
Таблиця 4.10.Діаметри отворів в трубних решітках і перегородках кожухотрубчасті теплообмінників [8]
Діаметри отворів d, mm
Крок між отворами, мм
При розвальцьовування труб крок s = (l, 3 ¸ 1,6) dн. при зварюванні s = l, 25 dн. Мінімальна товщина: для сталевих грат d р хв = 5 + 0,125 dн. мідної d р хв = = 10 + 0,2 dн Товщина решітки перевіряється розрахунком на міцність з урахуванням ослаблення її отворами і способу розміщення труб.
Внутрішній діаметр кожуха одноходовой теплообмінника Dв = s (b - 1) + 4dн або Dв = l, l s \ (\ sqrt \); багатоходового - Dв = l, l s \ (\ sqrt \). де b - число труб на діагоналі великого шестикутника; \ (\ Psi \) - коефіцієнт заповнення трубної решітки, рівний 0,6 - 0,8.
Для теплообмінників без перегородок площа живого перетину міжтрубному простору \ (_> = \ frac \ left (_ ^ -> _ ^ z \ right) \ text \)
Якщо fмт> f. де f - розрахункове значення живого перетину міжтрубному простору, то міжтрубний простір поділяють перегородками на число ходів i = fмт / f. Число ходів в міжтрубномупросторі рекомендується приймати з ряду 1, 2, 3, 4, 6. Для теплообмінника, у якого міжтрубний простір розділено на i ходів поперечними сегментними перегородками, наведене перетин, по площі якого розраховується (уточнюється) швидкість теплоносія в міжтрубному просторі,
де lc - відстань між сегментними перегородками; j - коефіцієнт, що враховує звуження живого перетину міжтрубному простору \ [\ phi = \ frac_ / s> (_ / s ^>; \]
Lекв = lc + Dв - 4 b / 3 - еквівалентна довжина шляху теплоносія; b - відстань від краю сегментной перегородки до корпусу апарату, b = (0,2 ¸ 0,4) Dв.
Кожухотрубчасті теплообмінні апарати типу ТН (c нерухомими гратами) і ТК (з лінзовими компенсаторами на кожусі) виготовляють горизонтальними і вертикальними з вуглецевої сталі (рис. 4.11). Теплообмінники типу ТН застосовують для нагрівання та охолодження рідких і газоподібних середовищ з температурою від - 30 ° С до + 350 ° С на умовний тиск від 0,6 до 6,4 МПа.
Ріс.4.11. Блок з двох кожухотрубчасті теплообмінників
При різниці температур між теплоносіями понад 50 ° С рекомендується застосовувати теплообмінники колекторного типу, розраховані на робочий тиск не більше 2,5 МПа [8, 25, 28].
Теплообмінники типу ТН, ТК і ТП, виготовлені з вуглецевої сталі і призначені для вибухонебезпечної або токсичного середовища, в залежності від температури повинні допускатися в роботу при зниженому тиску згідно [8]. При температурах теплоносія понад 400 о С необхідно застосовувати теплообмінники, виготовлені з легованої сталі.
Основні параметри теплообмінників звареної конструкції наведені в табл. 4.13 і 4.14.
Труби для теплообмінників вибирають з умов роботи і агресивності середовища. Для стандартних теплообмінників застосовують труби з вуглецевої сталі 10 або 20, корозійностійкої сталі ОХ18Н10Т і латуні ЛОМш 70-1-0,06. Розміщення труб в гратах виконують по вершинах рівносторонніх трикутників.
Таблиця 4.11. Технічні характеристики водо-водяних підігрівачів, ГОСТ 27590-88 і ОСТ 34-588-68
Зовнішній і внутрішній діа-метри корпусу Dн / Dвн. мм
Довжина підігрівати-Ватель з калачами
Трубні решітки теплообмінників з діаметром кожуха від 600 до 1200 мм, призначені для агресивних середовищ, виготовляють з двох шарів стали: ВМСтЗсп разом з Х18Н10Т або з 16ГС разом з Х18Н10Т.
Теплообмінники типу ТН і ТК можуть бути зібрані в блоки, що складаються з декількох горизонтальних апаратів. Кількість апаратів в блоці і габаритні розміри приймають за сумарною площею поверхні теплообміну [8].
Теплообмінники з плаваючою головкою (рис. 4.3 і 4.12) застосовують для нагріву або охолодження рідких і газоподібних середовищ в межах робочих температур від - 30 до +450 ° С і умовного тиску від 1,6 до 6,4 МПа в трубному або міжтрубному просторі. Основні параметри вертикальних і горизонтальних теплообмінників наведені в табл. 4.12, 4.13 і 4.15. Кожух, розподільна камера і кришки виготовляються зі сталі ВМСтЗсп або зі сталі 16ГС. Залежно від призначення апарату застосовуються труби зі сталі 20 або сплаву АМГ2М. Для конденсаторів застосовують труби з латуні ЛОМш 70-1-0,06 або ЛАМш 77-2-0,06. Для нагріву або охолодження агресивних середовищ застосовують труби зі сталі Х5М або з корозійностійкої сталі ОХ18Н10Т. В цьому випадку трубні решітки виготовляють зі сталі 16ГС або двох шарів сталей 16ГС і Х18Х10Т.
Рис.4.12. Кожухотрубчасті теплообмінник з плаваючою головкою:
1 - кришка розподільчої камери; 2 - розподільна камера; 3 - кожух; 4 - труби; 5 - кришка кожуха; 6 - кришка плаваючої головки; 7 - опора
Рис.4.13. Кожухотрубчасті теплообмінник з U-подібними трубами:
1 - кришка розподільчої камери; 2 - кожух; 3 - U-образні труби; 4 - опора
Теплообмінники з U-подібними трубами (рис. 4.13) застосовують в умовах теплообміну при робочих тим-пература середовища від -30 до +450 ° С. Стандартні теплообмінники виготовляють з діаметром кожуха від 325 до 1400 мм і характерними параметрами, зазначеними в табл. 4.16. Застосування теплообмінників з U-подібними трубами регламентовано умовним тиском, яке для нейтральних і невибухонебезпечних середовищ знаходиться в межах від 1,6 до 6,4 МПа. У теплообмінниках з температурою середовища від 100 до 450 ° С робочий тиск знижується в межах, зазначених в [8]. Кожух і розподільна камера зазвичай виготовляються зі сталі ВМСтЗпс або 16ГС. Теплообмінні труби - зі сталі 20, а в конденсаторах - зі сплаву АМГ2М.
Розрахунки на міцність конструктивних елементів теплообмінників з вуглецевої або легованої сталі виконують відповідно до вимог [9].
Теплообмінні апарати «труба в трубі» (рис. 4.14) застосовують для нагріву і охолодження рідин при тиску до 2,5 МПа і температурі до + 450 ° С. По конструкції розрізняють апарати жорсткої зварної конструкції (тип ТТ), з сальниками на одному або обох кінцях труб (тип ТТ-С), з оребренними трубами (тип ТТ-Р). Основні параметри і розміри теплообмінників наведені в табл. 4.17. Їх виготовляють з суцільнокатаних труб. Матеріал труб - вуглецева або нержавіюча стали.
Ріс.4.14. Теплообмінник типу «труба в трубі»:
1 - внутрішня труба; 2 - зовнішня труба; 3 - калач
Послідовне і паралельне з'єднання окремих апаратів «труба в трубі» дозволяє створювати теплообмінники з площею поверхні від 1 до 250 м 2. Простота конструкції апаратів цього типу дозволяє виготовляти їх в ремонтних майстернях підприємств.
Таблиця 4.13. Теплообмінники кожухотрубчасті звареної конструкції з нерухомими трубними решітками та кожухотрубчасті з температурним компенсатором на кожусі [8]