Типы кожухотрубчатых теплообменников

 

1.Ведение 3

2.Типы кожухотрубчатых теплообменников. 4

3. Теплообменники с неподвижными трубными решетками (тип Н) 5

4. Аппараты с температурным компенсатором на кожухе (тип К). 7

5. Теплообменники с U-образными трубами (тип У).     9

6. Теплообменные аппараты с плавающей головкой (тип П). 11

7. Теплообменники с плавающей головкой и компенсатором (тип ПК) 14

8. Аппараты для нагрева  агрессивных сред  15

9. Расчетная часть. 16

10. Список используемой литературы. 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

В курсовом проекте  кожухотрубчатые теплообменники были рассмотрены такие виды теплообменников: теплообменники с неподвижными трубными решотками (типН), аппараты с температурным  компенсатором на кожухе (тип К), теплообменники с U-образными трубами (тип У), теплообменные аппараты с плавающей головкой ( тип П), теплообменники с плавающей головкой и компенсатором (тип ПК), аппараты для нагрева агрессивных сред.

     Достоинством  кожухотрубчатого теплообменника  является: равномерное распределение  пара по всей поверхности теплопередачи; высокий коэффициент теплопередачи, что достигается в основном благодаря высокой скорости движения щелока в межтрубном пространстве .

     Выполнив  расчетную часть было установлено,  что теплообменник является двухходовым. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Типы  кожухотрубчатых  теплообменников. 
 

Кожухотрубчатые теплообменники – наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры. 

По ГОСТ 9929–82 стальные кожухотрубчатые теплообменные  аппараты изготовляют следующих  типов: Н – с неподвижными трубными решетками; К – с температурным компенсатором на кожухе; П – с плавающей головкой; У – с U-образными трубами; ПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней. 

Медные кожухотрубчатые  аппараты по ГОСТ 11971–77 изготовляют  двух типов (Н и К). 

В зависимости  от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть теплообменниками, холодильниками, конденсаторами и испарителями; их изготовляют одно- и многоходовыми. 

Основные параметры  и размеры стальных кожухотрубчатых  теплообменных аппаратов, применяемых для теплообмена жидких и газообразных сред при температуре от –60 до +600 °С (по ГОСТ 9929–82), приведены в табл. 1.1. 

Таблица 1.1 - Основные параметры и размеры стальных кожухотрубчатых теплообменных  аппаратов 
 

 
 

Использование стальных, кожухотрубчатых, теплообменных аппаратов различных типов в химических производствах характеризуется приблизительно следующими данными: Н – 75 %, К – 15 %; У – 3 %, П и ПК – остальное. 
 
 
 
 
 
 

Теплообменники  с неподвижными трубными решетками (тип Н) 

Схема теплообменника с неподвижными трубными решетками  приведена на рис. 1.1. В кожухе 1 размещен трубный пучок, теплообменные трубы 2 которого развальцованы в трубных  решетках 3. Трубная решетка жестко соединена с кожухом. С торцов кожух аппарата закрыт распределительными камерами 4 и 5. Кожух и камеры соединены фланцами. 

Рис. 1.1. Теплообменник  с неподвижной трубной решеткой 

Для подвода  и отвода рабочих сред (теплоносителей) аппарат снабжен штуцерами. Один из теплоносителей в этих аппаратах  движется по трубам, другой – в межтрубном пространстве, ограниченном кожухом и наружной поверхностью труб. 

Особенностью  аппаратов типа Н является то, что  трубы жестко соединены с трубными решетками, а решетки приварены  к кожуху. В связи с этим исключена  возможность взаимных перемещений труб и кожуха; поэтому аппараты этого типа называют еще теплообменниками жесткой конструкции. Некоторые варианты крепления трубных решеток к кожуху в стальных аппаратах приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Варианты крепления трубных решеток к кожуху аппарата 

Трубы в кожухотрубчатых  теплообменниках стараются разместить так, чтобы зазор между внутренней стенкой кожуха и поверхностью, огибающей  пучок труб, был минимальным; в  противном случае значительная часть  теплоносителя может миновать основную поверхность теплообмена. Для уменьшения количества теплоносителя, проходящего между трубным пучком и кожухом, в этом пространстве устанавливают специальные заполнители, например приваренные к кожуху продольные полосы (рис. 1.3, а) или глухие трубы, которые не проходят через трубные решетки и могут быть расположены непосредственно у внутренней поверхности кожуха (рис. 1.3, б). 

 

Рис. 1.3. Способы  расположения в пространстве между  трубным пучком в кожухом полос (а) и заглушённых труб (6) 

В кожухотрубчатых теплообменниках для достижения больших коэффициентов теплоотдачи необходимы достаточно высокие скорости теплоносителей: для газов 8–30 м/с, для жидкостей не менее 1,5 м/с. Скорость теплоносителей обеспечивают при проектировании соответствующим подбором площади сечения трубного и межтрубного пространства. 

Если площадь  сечения трубного пространства (число  и диаметр труб) выбрана, то в результате теплового расчета определяют коэффициент  теплопередачи и теплообменную  поверхность, по которой рассчитывают длину трубного пучка. Последняя может оказаться больше длины серийно выпускаемых труб. В связи с этим применяют многоходовые (по трубному пространству) аппараты с продольными перегородками в распределительной камере. Промышленностью выпускаются двух-, четырех- и шестиходовые теплообменники жесткой конструкции. 

Двухходовой горизонтальный теплообменник типа Н (рис. 1.4) состоит  из цилиндрического сварного кожуха 8, распределительной камеры 11 и двух крышек 4. Трубный пучок образован  трубами 7, закрепленными в двух трубных решетках 3. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 1, 12) и межтрубного (штуцера 2, 10) пространств. Перегородка 13 в распределительной камере образует ходы теплоносителя по трубам. Для герметизации узла соединения продольной перегородки с трубной решеткой использована прокладка 14, уложенная в паз решетки 3. 

 

Рис. 1.4. Двухходовой горизонтальный теплообменник о неподвижными решетками 

Поскольку интенсивность  теплоотдачи при поперечном обтекании  труб теплоносителем выше, чем при  продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены зафиксированные  стяжками 5 поперечные перегородки 6, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве. На входе теплообменной среды в межтрубное пространство предусмотрен отбойник 9 – круглая или прямоугольная пластина, предохраняющая трубы от местного эрозионного изнашивания. 

Теплообменники  типа Н отличаются простым устройством  и сравнительно дешевы, однако им присущи  два крупных недостатка. Во-первых, наружная поверхность труб не может  быть очищена от загрязнений механическим способом, а теплоносители в некоторых случаях могут содержать примеси, способные оседать на поверхности труб в виде накипи, отложений и др. Слой таких отложений имеет малый коэффициент теплопроводности и способен весьма существенно ухудшить теплопередачу в аппарате. 
 

Во-вторых, область  применения теплообменных аппаратов  типа Н ограничена возникновением в  кожухе и трубах аппарата так называемых температурных напряжений. Это явление  объясняется тем, что кожух и  трубы теплообменника при его  работе претерпевают разные температурные деформации, так как температура кожуха близка к температуре теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, а температура труб – к температуре теплоносителя с большим коэффициентом теплоотдачи. Разность температурных удлинений возрастает, если кожух и трубки изготовлены из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Возникающие при этом напряжения в сумме с напряжениями от давления среды в аппарате могут вызвать устойчивые деформации и даже разрушение конструкций. 

По указанной  причине теплообменники типа Н используют при небольшой разности температур (менее 50 °С) кожуха и труб, при этом возможна так называемая самокомпенсация  конструкции. Однако многие аппараты типа Н, серийно выпускаемые отечественной промышленностью, рекомендованы для работы при еще меньшей разности температур (менее 30 °С). Для исключения значительных температурных напряжений при пуске аппаратов типа Н сначала направляют теплообменную среду в межтрубное пространство, для выравнивания температур кожуха и труб, а затем вводят среду в трубы. 

Если расчетная  разность температур кожуха и труб превышает указанную, используют теплообменные  аппараты с частичной (тип К или  ПК) или полной (тип У или П) компенсацией температурных напряжений. 

Аппараты  с температурным  компенсатором на кожухе (тип К). 

В этих аппаратах  для частичной компенсации температурных  деформаций используют специальные  гибкие элементы (расширители и компенсаторы), расположенные на кожухе. 
 

Вертикальный  кожухотрубчатый теплообменник типа К (рис. 1.5) отличается от теплообменника типа Н наличием вваренного между двумя частями кожуха 1 линзового компенсатора 2 и обтекателя 3. Обтекатель уменьшает гидравлическое сопротивление межтрубного пространства такого аппарата; обтекатель приваривают к кожуху со стороны входа теплоносителя в межтрубное пространство. 
 

 
 

Рис. 1.5. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник  с температурным компенсатором  на кожухе 

Наиболее часто  в аппаратах типа К используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы (рис. 1.6), изготовляемые обкаткой из коротких цилиндрических обечаек. Линзовый элемент, показанный на рис. 1.6, б, сварен из двух полулинз, полученных из листа штамповкой. Компенсирующая способность линзового компенсатора примерно пропорциональна числу линзовых элементов в нем, однако применять компенсаторы с числом линз более четырех не рекомендуется, так как резко снижается сопротивление кожуха изгибу. Для увеличения компенсирующей способности линзового компенсатора он может быть при сборке кожуха предварительно сжат (если предназначен для работы на растяжение) или растянут (при работе на сжатие). 

 

Рис. 1.6. Компенсаторы: 

а – одиолиизовый; б – сваренный из двух полулинз: в – двухлинзовый 

При установке  линзового компенсатора на горизонтальных аппаратах в нижней части каждой линзы сверлят дренажные отверстия с заглушками для слива воды после гидравлических испытаний аппарата. 

Кроме линзовых в аппаратах типа К можно использовать компенсаторы других типов: из плоских  параллельных колец, соединенных пластиной по наружному краю (рис. 1.7, а), сваренные из двух полусферических элементов (рис. 1.7, б), тороидальные (рис. 1.7, в) и др. Тороидальные компенсаторы довольно дешевы и просты в изготовлении. Их изготовляют из труб, сгибая в тор с последующей резкой его по внутренней поверхности. Для этих компенсаторов характерны небольшие (по сравнению с линзовым компенсатором) напряжения, плавно изменяющиеся по сечению компенсатора. Однако тяжелые условия работы сварного шва, соединяющего компенсатор с кожухом, сдерживают' их широкое применение.