пн-пт 09.00-18.00
Москва, ул. Люблинская, д. 141, эт. 4, пом. V, ком. 34

Кожухотрубные теплообменники: особенности и применение

09.03.2019

 

Кожухотрубные, или кожухотрубчатые, теплообменники предназначены для обмена тепловой энергией между двумя взаимодействующими друг с другом потоками. Они относятся к широко распространенному виду среди многих представленных на сегодняшний день аналогичных устройств. Появилось данное оборудование в начале XX века. Его введение в эксплуатацию связано с необходимостью установки в теплостанциях высокопроизводительных аппаратов, которые осуществляли бы теплообмен, выдерживая при этом высокое давление в системе.

В настоящее время кожухотрубные теплообменники активно используют не только в различных промышленных сферах (химическая, нефтяная), но и в повседневных бытовых условиях, например, в отраслях ЖКХ.

Конструкция, конструктивные особенности и принцип действия

Стандартная конструкция кожухотрубного теплообменника состоит из:

  • трубного металлического пучка;
  • кожуха;
  • коллектора;
  • входных и выходных патрубков с фланцами;
  • перегородок;
  • уплотнительных элементов;
  • трубных пластин.

Теплообменник – аппарат, имеющий много модификацией, позволяющих выбрать подходящий под заданные условия производства тип. В зависимости от способа крепления трубных пучков к решетке или доске разделяют:

  • закрепленные при помощи развальцовки (самый распространенный и удобный для эксплуатации способ);
  • приварные (используют, когда теплоноситель подается под высоким давлением);
  • с сальниковым устройством (наиболее дорогой и сложный способ крепления, позволяющий устранить температурные деформации и упрощает процесс разбора и чистки);
  • с фланцевым соединением;
  • запаянные.

В зависимости от расположения труб изготавливают горизонтально ориентированные и вертикальные теплообменники. Вертикальные более просты в эксплуатации, занимают меньшее пространство.

По способу организации процесса кожухотрубные теплообменники бывают непрерывного и периодического действия.

Кожухотрубный теплообменник представляет собой корпус (кожух) цилиндрической формы, внутри которого находится пучок труб, зафиксированных на трубных перемычках (решетках). Снаружи камера оснащена входными и выходными отверстиями, а также отводным каналом (для дренажа жидкости из межтрубного пространства).

Принцип работы данного оборудования основан на передаче тепловой энергии от одной среды к другой по стенкам трубного пучка. Один теплоноситель циркулирует внутри труб, а другой – поступает и находится под давлением в межтрубном отсеке. При этом они могут быть абсолютно разного агрегатного состояния: жидкость, газ или пар. Коэффициент теплообмена между ними зависит от скорости циркуляции веществ по устройству. В свою же очередь на скорость движения потоков влияет количество трубок, расположенных внутри цилиндрической емкости.

Материальное исполнение кожухотрубчатых теплообменников

Металлические материалы для изготовления теплообменников выбираются в зависимости от требований по устойчивости к агрессивным средам, температурным режимам и давлением теплоносителей. Аппараты изготавливают из материалов групп М3 – М24.

Чаще всего для изготовления кожуха применяется толстолистовая стать с толщиной более 4 мм, решетки изготавливают из того же металла, но толщиной уже значительно большой – от 20 мм. Материальное исполнение трубного пучка – металл, имеющий высокую теплопроводность. 

Маркировка

Теплообменные агрегаты имеют свою специфическую маркировку, при расшифровке которой можно получить основную информацию для идентификации типа аппарата. Маркировка кожухотрубчатого агрегата включает в себя 3 буквы и числа, с обязательным указанием технических условий, согласно которым он изготовлен.

Пример маркировки: Теплообменник с компенсатором 219 ТКГ-1,9-М11/32-5-2 ТУ 3612-024-00220302-02, где:

Первая буква обозначает тип устройства теплообмена:

  • универсальные – Т;
  • конденсаторы – К;
  • испарители – И;
  • холодильники – Х.

Вторая буква говорит о конструктивной особенности аппарата:

  • Н – с неподвижными трубными решетками;
  • К –с температурным компенсатором;
  • П – с плавающей головкой;
  • У – с трубами U-образной формы.

Последняя буква свидетельствует о пространственном положении теплообменника:

  • В – вертикальный;
  • Г – горизонтальный.

  Числовые обозначения рассказывают о: 219 – диаметре кожуха в мм, 1,9 – условном давлении в МПа, М11 – материальном исполнении, 32 – диаметре теплообменных труб в мм, 5 – длине труб в м, 2 – двухходовой по трубному пространству.

Обозначение теплообменных аппаратов  и элементов их корпусов на чертежах и принципиальных схемах производят согласно ГОСТ 2.788-74.

Разновидности

Современные теплообменные устройства встречаются нескольких видов и размеров. Их диаметр может быть в диапазоне 160-3000 мм. В длину устройство может достигать до 10000 мм.

В зависимости от конструктивных особенностей теплообменные устройства бывают оснащены:

  • Встроенными решетками с неподвижными трубками (изготовлены в виде трубы);
  • Температурным компенсатором;
  • Плавающей головкой;
  • U-образными трубками.

Среди вариантов оборудования для теплообмена встречаются также элементные, двухтрубные (устроены по принципу «труба в трубе») и комбинированные системы (оснащенные компенсатором и встроенной плавающей головкой).

Преимущества теплообменных систем

Несмотря на высокие габариты и большую площадь для монтажа устройства, основными преимуществами кожухотрубного теплообменника являются:

  • Практичность и долговечность, что обусловлено износостойкостью механизмов;
  • Широкий диапазон рабочих температурных режимов;
  • Стойкость оборудования к гидравлическим ударам, чего нет у других систем;
  • Безопасность и удобство при эксплуатации. Благодаря простой конструкции, систему теплообмена легко чистить. Конструкция позволяет без труда выполнять ремонт или плановое сервисное обслуживание;
  • Возможность работать даже в самых экстремальных условиях эксплуатации;
  • Способность работать даже с агрессивной средой.

Сферы применения

Область применения кожухотрубчатых теплообменников обширна. Они играют большую роль в нефтехимической, химической и газовой промышленностях. Зачастую теплоносители имеют высокие показатели передачи температуры, поэтому теплообменники используют в сфере теплоэнергетики.

Аппараты используются в составе инженерных сетей ЖКХ, теплопунктах для обогрева домов и обеспечения горячей водой. Также кожухотрубчатые аппараты теплообмена нашли применение в пищевой отрасли. 

Советы по использованию и монтажу

  1. Как определить пути движения теплоносителя? В основном по трубному пространству пускают компонент более агрессивного действия, с более загрязненной средой либо находящийся под высоким давлением. В многоходовых агрегатах запрещается пропускать среду по трубному пространству, если в процессе теплообмена она меняет свое агрегатное состояние.

  2. Как организовать направление потоков? Чаще всего потоки направляются навстречу друг другу (противотоком). Теплоноситель входит в теплообменник по направлению движения процесса, то есть таким образом, чтобы происходила естественная конвекция. 

  3. Как увеличить тепловую мощность аппарата, не изменяя его габариты? Для повышения мощности применяют оребрение наружных поверхностей труб. Такой способ применяют, когда среда обладает невысоким значением теплоотдачи.

  4. Как повысить эффективность теплоотдачи? Эффективность кожухотрубного теплообменника можно повысить за счет увеличения скорости потоков и изменении степени их турбулизации, для этого устанавливаются специальные перегородки.

  5. Если стандартная площадь теплообмена аппарата меньше требуемой расчетной? На промышленных предприятиях допускается использование системы стандартных агрегатов одного типа и одной серии. Также для обеспечения заданного температурного режима проводят модернизацию устройства, которая может включать: изменение положения поперечных перегородок межтрубного пространства, а также изменение их размера и формы, установка продольных перегородок, оребрение труб.

Рекомендации по эксплуатации

Из-за сильных нагрузок со стороны теплоносителей и интенсивной эксплуатации данные аппараты относят к склонным к чрезмерному износу и повреждениям. Агрессивные жидкости, не прошедшие предварительные этапы фильтрации и очистки закупоривают трубное пространство, препятствуя свободному перемещению жидкости. В большинстве случаев ремонту подвергаются трубные пучки.

Несмотря на необходимость проведения межсезонных ремонтов, теплообменные аппараты относят к устройствам с высоким показателем срока эксплуатации. Для обеспечения этого параметра необходимо проводить плановое техническое обслуживание, которое включает:

  • механическую чистку трубок и кожухотрубного пространства;
  • промывку под высоким давлением.

При проведении профилактических и ремонтных работ следует соблюдать осторожность, ведь любое вмешательство в конструкцию может нарушить уровень теплоотдачи, а, значит, привести к несанкционированной останове процесса.

Параметры расчета площади теплообмена

Для проведения теплового расчета кожухотрубчатого теплообменного оборудования следует знать значение таких характеристик, как максимальный уровень расхода греющей жидкости, а также физические свойства энергоносителя (вязкость, плотность, теплопроводность, теплоемкость и т.д.).

Рассчитать площадь устройства можно по формуле: F = Q/K∆tср, где:

  • F – площадь теплообменной поверхности;
  • Q – количество теплоты;
  • ∆tср – средняя разность температур между взаимодействующими между собой теплоносителями.

Купить кожухотрубный теплообменник по доступной цене Вы можете на нашем сайте. Наш менеджер сориентирует Вас при подборе соответствующего оборудования исходя из предоставленной информации.