Рекуперативные Теплообменники Спиральные

Таблица 1.2. Характеристика ТА общепромышленного назначения

Классификация кожухотрубных ТА по конструктивным признакам

Рекуперативные Кожухотрубные ТА.

1.2.1. Классификация кожухотрубных ТА по назначению

Теплообменники....................... Т

Охладители................................ X

Конденсаторы.......................... К

Испарители............................... И

Н – с неподвижными трубными решетками

К – с температурным компенсатором на кожухе

П – с плавающей головкой (узел подвижной трубной доски/решетки/ с крышкой в сборе)
(с плавающим коллектором)

У – с U-образными трубками

ТА типов П и У применяют при значительной разности температур стенок кожуха и труб, а также в случае необходимости механической чистки трубного пуч­ка снаружи.

В табл. 1.1 дана характеристика, а в табл. 1.2 — основные конструктивные признаки этих ТА. Элементы конструкции стандартных ТА существенно зависят от диаметра кожуха. Конструктивные схемы стандартных рекуперативных ТА приве­дены на рис. 2.

Таблица 1.2. Основные конструктивные признаки ТА общепромышлен­ного назначения

Кожухотрубные ТА для вязких жидкостей, рассмотренные рекуперативные ТА
(табл. 1.3) могут служить также для нагрева и охлаждения вязкихжидкостей. Для этих целей могут применяться и другие теплообменники. Так, для установок гидротурбин и других энергетических установок используют кожухотрубные ОМ типа МБ и МБМ, выпускаемые заводом "Красный гидропресс". Эти аппараты изго­товляют четырех типоразмеров с расходом масла 30...90 м /ч. Все они имеют верти­кальную компоновку.

Наиболее распространенным типом теплообменника, который широко используется во всех отраслях промышленности, является кожухотрубный теплообменник (рис. 2.2). В теплообменнике такого типа одна жидкость течет внутри труб, тогда как другая жидкость прокачивается в межтрубном пространстве внутри кожуха в поперечном направлении. Причина выбора схемы движения потока жидкости поперек труб, а не вдоль труб заключается в том, что более высокие коэффициенты теплоотдачи достигаются при поперечном обтекании труб, а не при продольном обтекании труб. Для создания перекрестного обтекания труб в межтрубном пространстве внутри кожуха устанавливают перегородки (рис. 2.2). Эти перегородки установлены таким образом, что в каждой образованной ими секции поток обтекает трубы в поперечном направлении сначала в первой секции вниз, затем во второй секции вверх и т. д.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в решетках для создания двух проточных каналов.

Первый канал находится в межтрубном пространстве и предназначен для нейтральных сред, а второй, полученный из проходного сечения труб, предна­значен для растворов и жидкостей, способных загрязнять внутренние поверхности труб. Крышки распределительных камер и кожух, замыкающий межтрубное пространство, снабжены штуцерами для подвода и отвода теплоносителей.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации теплоносителей в различных технологических процессах.

В зависимости от устройства коллекторов, расположенных на двух концах теплообменника, можно обеспечить один или более ходов труб. В двухходовом аппарате входной коллектор разделен таким образом, что жидкость течет через половину труб в одном направлении, затем поворачивает и возвращается обратно через другую по­ловину труб к началу своего движения (рис. 2.2). Три или четыре хода труб можно получить путем установки дополнительных перегородок внутри коллектора. В промышленных уста­новках применяются разнообразные типы перегородок, устанавливаемых в межтрубном пространстве, однако наиболее распространенным типом являются перегородки в виде дисков и колец (рис. 2.3,б).

Если сравнить с классификацией Сполдинга (п.E. Перекрестный ток с противотоком, часть 1, Раздел1.1, п.1.1.2.), то на рис.2.2. в в межтрубном пространстве имеется не один, а девять ходов из-за наличия восьми сегментных перегородок.

1. кожух

2. коллектор входной распределительный, коллектор выходной распределительный

3. крышки распределительных камер

4. перегородки

a. перегородки с отверстиями

b. перегородки типа диск – кольцо

c. перегородки сегментные и др.)

5. штуцера для подвода и отвода теплоносителей

6. пучок труб

7. решетки трубные

8. поддерживающие пластины (похожи на перегородки)

Рис. 2.2. Кожухотрубный теплообменники
(т.е. типа ТН –с неподвижными трубными решетками)
с сегментными перегородками.
(в трубном пучке два хода, в межтрубном пространстве один девять ходов).

Рис. 2.3. Три типа перегородок, используемых в кожухотрубных теплообменниках.
а – перегородка с отверстиями; б – перегородка типа диск-кольцо; в – сегментная

1.2.1 Теплообменник «кожухотрубный» с перекрестным током.

При нагревании или охлаждении газа часто удобно использовать теплообменник с перекрестным током (рис. 2.4). В теплообменнике такого типа жидкость прокачивается внутри труб, тогда как газообразный теплоноситель продувается поперек трубного пучка. Течение внешнего теплоносителя может осуществляться путем вынужденной или свободной конвекции. В теплообменнике такого типа газ, проходящий поперек трубного пучка, рассматривается как смешивающийся, тогда как жидкость, протекающая внутри трубы, рассматривается как несмешивающаяся. Внешний поток газа считается смешивающимся, поскольку он может почти свободно перемещаться в межтрубном пространстве в процессе переноса тепла, тогда как жидкость, протекающая внутри труб, не может смешиваться ни с каким другим потоком в процессе переноса тепла.

Другой тип теплообменника с перекрестным током, который широко используется в космической технике и для отопления жилых помещений, показан на рис. 2.5. В этом аппарате газовый поток, обтекающий оребренный трубный пучок, не смешивается, поскольку он протекает через отдельные каналы в процессе переноса тепла. Как показано на профиле температуры (рис. 2.5,а), когда теплоноситель не перемешивается, в нем существует градиент температуры как вдоль, так и поперек направления потока. С другой стороны, если теплоноситель хорошо перемешивается, его температура стремится выровняться в направлении, нормальном к движению потока, и поэтому в нем устанавливается градиент температуры только в направлении потока. При проектировании теплообменников важно определить, будут ли теплоносители перемешиваться и какие из них будут перемешиваться. Также важно выровнять температурный напор путем достижения приблизительно одинаковых коэффициентов теплоотдачи снаружи и внутри труб. Если этого не сделать, одно из термических сопротивлений окажется слишком высоким, что приведет к неоправданно высокому значению полного температурного напора для заданного теплового потока и соответственно к увеличению размеров теплообменного аппарата и, следовательно, к низким экономическим показателям.

Кожухотрубный теплообменник (рис. 2.2) имеет на каждом конце фиксированные трубные доски, к которым привариваются или развальцовываются трубы. Теплообменник такой конструкции имеет самую низкую стоимость, но может использоваться лишь при малых разностях температур между горячим и холодным теплоносителями. Поскольку в его конструкции не предусмотрены мероприятия по предотвращению термических напряжений, обусловленных неодинаковым расширением труб пучок нельзя извлечь из теплообменника для очистки поверхностей.

Модифицированная конструкция теплообменника, не имеющая указанных недостатков, показана на рис. 2.6. В этом аппарате одна трубная доска жестко зафиксирована, а другая прикреплена болтами к плавающему коллектору, что позволяет трубному пучку перемещаться относительно кожуха. Плавающая трубная доска зажата между плавающим коллектором и фланцем таким образом, что позволяет извлекать трубный пучок для очистки поверхностей.

Теплообменник, показанный на рис. 2.5, имеет один ход в межтрубном пространстве и два хода труб.

Для некоторых специальных типов теплообменников, таких, как регенеративные теплообменники для авиационных и автомобильных газовых турбин, определяющими являются показатели плотности теплового потока на единицу веса или единицу объема. Компактные легкие теплообменники для этих целей были использованы Кейсом и Лондоном [1].

Рис. 2.4. Перекрестноточный воздушный подогреватель при перекрестном течении
неперемешивающейся жидкости и перемешивающегося газа.

Рис. 2.5. Перекрестноточный теплообменник, широко используемый
в космической технике и для отопления жилых помещений.

Рис. 2.6. Кожухотрубный теплообменник с плавающим коллектором (плавающей головкой), т.е. типа ТП.

1 — днище кожуха;

2 — плавающий коллектор;

3 — разъем для продувки;

4 — ответный фланец для крепления трубной доски плавающего коллектора;

5 — фланец для крепления днища кожуха;

6 — поперечные перегородки или поддерживающие пластины;

7 — кожух;

8 — стяжки и распорки;

9 — патрубок кожуха;

10 — отражающая перегородка;

11 — стационарная трубная доска;

12 — патрубок коллектора;

13 — коллектор;

14 — подъемное кольцо;

15 — разделительная перегородка;

16 — крышка коллектора;

17 — фланец для крепления коллектора;

18 — опоры;

19 — теплоотдающие трубки;

20 — штуцер для проведения испыта­ний;

21 — фланец плавающего коллектора;

22 — штуцер для дренажа;

23 — плавающая трубная доска

Конструкция теплообменника на рис. 2.6. В этом аппарате одна трубная доска жестко зафиксирована, а другая прикреплена болтами к плавающему коллектору, что позволяет трубному пучку перемещаться относительно кожуха. Плавающая трубная доска зажата между плавающим коллектором и фланцем таким образом, что позволяет извлекать трубный пучок для очистки поверхностей.

Дата добавления: 2013-12-13