Кожухотрубний теплообмінник: класифікація та особливості пристрою

Кожухотрубний теплообмінник є різновидом теплотехнічних пристроїв і виконує функцію передачі тепла від теплоносія до підігрівалося речовині. Залежно від конкретного випадку в ролі теплоносія може виступати пар або рідина. На сьогоднішній день кожухотрубная модель підігрівача отримала найбільш широке поширення.

Теплообмінник — досить складний пристрій, що застосовується в якості конденсатора, нагрівача або випарника

Сфери використання

Виробництво цих пристроїв почалося ще на початку ХХ століття. Це було пов’язано з тим, що теплові станції потребували в підігрівниках з великою поверхнею, що функціонують при високому тиску.

Кожухотрубні підігрівачі застосовуються в багатьох галузях, серед яких:

  • нафтогазова промисловість;
  • хімічні виробництва;
  • харчова галузь.

Практично кожне виробництво пов’язане з виділенням або поглинанням тепла, тому теплообмінні пристрої є затребуваними в самих різних сферах людської діяльності. Від їх конструкції і властивостей залежить продуктивність обладнання на підприємствах, а також функціонування побутових кондиціонерів і обігрівачів, радіаторів охолодження в автомобілях і т. д.

Зверніть увагу! Підігрівачі такого типу найчастіше використовуються для охолодження робочих рідин і нагріву холодоагенту для роботи теплових насосів.

Кожухотрубні теплообмінники широко використовуються в якості конденсаторів, а також випарників. На сьогоднішній день завдяки розвитку промислових технологій конструкція теплообмінників стала більш досконалою і продовжує модернізуватися.

Переваги і недоліки кожухотрубних теплообмінників

З конструктивної точки зору, теплообмінники такого типу схожі на перші моделі, які випускалися на початку ХХ століття. Модернізація цих пристроїв торкнулася лише окремі елементи, однак, основа так і залишилася незмінною. Сучасні матеріали, які використовуються для кожухотрубних нагрівачів, дозволяють поліпшити їх експлуатаційні властивості.

При виробництві теплообмінників використовуються сучасні матеріали, значною мірою поліпшують якості готових пристроїв

Кожухотрубні теплообмінники відрізняються рядом позитивних якостей, що дозволяє їм донині залишатися незамінними елементами різних виробництв:

  • резистентність до гідроудару в системі;
  • можливість роботи з забрудненими середовищами;
  • низькі показники тепловіддачі;
  • гарна ефективність;
  • зносостійкість;
  • ремонтопридатність;
  • стійкість до високого тиску;
  • резистентність до агресивних хімічних речовин;
  • безпека експлуатації;
  • надійність і довговічність.

Підігрівачі такого типу мають і свої недоліки, серед яких:

  • досить великі габарити;
  • висока вартість.

Пристрій і принцип дії

Кожухотрубчатый теплообмінник включає в себе кілька елементів конструкції. Розглянемо основні з них:

  • кожух (корпус);
  • розподільна і спрямовуюча камери;
  • внутрішня система трубок;
  • трубні решітки;
  • перегородки і ущільнення.

Дана модель пристрою відрізняється наявністю кожуха, який приховує внутрішні труби, звідси і назва — «кожухотрубний»

До корпусу приварюються два патрубки. Один з них відповідає за підведення робочої середовища, а інший — за висновок. У торці кожуха приварюють спеціальні фланці.

Крім цього, до складу такого підігрівача входять трубні решітки, між якими приварюються труби, оснащені дистанційними гратами. Така конструкція утворює трубну систему рекуператора і дозволяє обігрівача бути багатоходовим.

В дно рекуператора вставляються два патрубки, які так само, як і патрубки корпусу виконують подводящую і виводить функцію. Дно рекуператора оснащене фланцями. Фланці рекуператора є відповідними фланців корпусу. Трубна система такого пристрою вставляється в корпус. Решітки фіксуються за допомогою спеціальних ущільнювальних елементів і болтів між фланцями рекуператора і корпусу. Це дозволяє, у разі необхідності, безперешкодно виконати ремонт будь-якого елемента кожухотрубного пристрою.

Принцип дії підігрівача такого типу полягає в наступному: гаряча і холодна середовище циркулює по двом різним каналам. Сам процес передачі тепла здійснюється між стінками цих каналів.

Види кожухотрубних теплообмінників

Кожухотрубний підігрівач є досить складним, з конструктивної точки зору, апаратом і має кілька різновидів, на які варто звернути увагу. Із-за особливостей конструкції (наявності рекуператора), кожухотрубні пристрої відносять до рекуперативного типу.

Кожухотрубні теплообмінники відносяться до рекуперативного типу подібних пристроїв

Крім цього, в залежності від напрямку руху робочих середовищ, кожухотрубні підігрівачі підрозділяють на наступні види:

  • прямоточні;
  • перехресноточні;
  • протиточні.

Свою назву кожухотрубная модель отримала з-за того, що труби, по яких циркулює теплоносій, що розміщуються всередині кожуха. Існує залежність швидкості руху робочого середовища від кількості трубок, розташованих в кожусі. У свою чергу, чим вище швидкість, тим вище показник тепловіддачі пристрою.

Розглянемо основні матеріали, з яких виготовляють такі обігрівачі:

  • легована сталь;
  • нержавіюча сталь;
  • високоміцна сталь.

Трубки таких пристроїв можуть бути виконані з таких матеріалів:

  • сталь;
  • мідь;
  • латунь;
  • титан.

Використання таких матеріалів пов’язано з тим, що теплообмінники, як правило, експлуатуються у важких умовах і контактують з агресивними речовинами, які здатні викликати корозію.

Теплообмінники виготовляють з матеріалів, що мають високу опірність корозії, наприклад, титану або неіржавіючої сталі

Важливо! Звичайна сталь для кожухотрубного теплообмінника не підходить, тому що має низьку стійкість до корозійних впливів.

Кожухотрубні моделі поділяються також на типи. На сьогоднішній день існує 4 типи цих пристроїв:

  • підігрівач, оснащений температурним корпусним компенсатором;
  • підігрівач зі статичними (нерухомими) трубками;
  • пристрій з U-образними і W-образними трубками;
  • пристрій з плаваючою головкою.

Кожухотрубні підігрівачі можуть розташовуватися в просторі горизонтально, вертикально або під певним кутом.

Збільшення коефіцієнта теплообміну

Промисловість не стоїть на місці — постійно відбувається модернізація теплообмінних пристроїв. Поліпшення технічних характеристик досягається завдяки використанню наступних способів:

  • створення турбулентних потоків;
  • виконання спіралеподібних вставок, завдяки яким утворюється поздовжнє і поперечне обтікання трубок;
  • виробництво профільних і кручених труб;
  • використання сумішей, які входять рідини і гази;
  • створення вібрації поверхонь, які відповідають за теплообмін;
  • пульсуючий подача робочої середовища.

Перераховані вище методи дозволяють збільшити коефіцієнт тепловіддачі. Поширене також використання декількох методів одночасно. Така комбінація здатна значно підвищити експлуатаційні характеристики кожухотрубного підігрівача в 2-3 рази. Варто також відзначити, що деякі методи не тільки збільшують показники тепловіддачі, але і можуть виконувати інші корисні функції. Наприклад, турбулентні потоки перешкоджають утворення сольових відкладень на внутрішніх стінках труб, що дозволяє виключити звуження просвіту трубок.

Постійне вдосконалення конструкції теплообмінника дозволяє збільшити тепловіддачу та підвищити експлуатаційні характеристики

Поради щодо вибору теплообмінника

Програма розрахунку кожухотрубного підігрівача потребує чіткої формулюванні вихідних даних. Хороша робота рекуперативного пристрою вимагає чітко сформульованої схеми. Існує кілька положень, які необхідно враховувати при виборі кожухотрубного теплообмінника. Ці положення є дуже важливими для розрахунків.

У першу чергу варто відзначити, що для рідких і газоподібних теплоносіїв існує своя швидкість циркуляції по трубках. Як вже було сказано вище, чим більше швидкість, тим, відповідно, краще тепловіддача. Для рідких середовищ швидкість коливається від 0,6 до 6 м/с. Для газоподібних середовищ швидкість може бути від 3 до 30 м/с. Однак від швидкості залежить і кількість затрачуваної електроенергії, тому в деяких випадках швидкість теплоносія занижують, щоб знизити витрату електрики.

При виборі трубок варто звернути увагу на матеріал, з яких вони виготовлені, а також на їх діаметр. Матеріал трубок підбирається в залежності від робочого середовища, яка буде циркулювати по них. Необхідно запам’ятати — чим агресивніше середовище, тим надійніше повинен бути матеріал трубок.

Важливо! Якщо очищення системи буде проводитися з використанням кислоти, то тоді рекомендується вибирати трубки з нержавіючої сталі. Нержавіюча сталь відрізняється високими антикорозійними властивостями, має відмінну опірність до агресивних реагентів і, крім того, володіє низьким коефіцієнтом теплопровідності.

Кожухотрубні теплообмінники є досить громіздкими апаратами, тому при їх виборі слід враховувати їх розміри, щоб у подальшому не виникло складнощів з їх транспортуванням і установкою.

Великогабаритні пристрої мають значну вагу, що збільшує витрати на транспортування

Також необхідно врахувати те, що після настановних робіт перед рекуператором повинно бути достатньо місця, щоб у разі необхідності провести оперативний ремонт пристрою. Місця повинно бути стільки, щоб можна було витягти трубну систему з корпусу. Кожухотрубний теплообмінник повинен мати конструкцію, яка враховує вільний доступ не тільки до основних елементів, але і до інших запчастин. Особливо це стосується приладів контролю.

Поради по експлуатації кожухотрубного теплообмінника

Теплообмінники такого типу хоч і є досить невибагливими пристроями, однак, і вони рано чи пізно потребують профілактичних очищеннях або ремонті.

Ремонт теплообмінника тягне за собою деякі наслідки — найчастіше це зменшення коефіцієнта тепловіддачі. Найбільш вразлива частина кожухотрубного підігрівача — трубки. Як правило, саме вони стають причиною поломки. Знаючи про цю особливість теплообмінних апаратів, фахівці радять купувати їх з запасом. Крім цього, часто виникають проблеми, коли здійснюється регулювання цих пристроїв конденсату. Будь-які зміни тягнуть за собою відхилення площі теплообміну. Зміни в площі теплообміну, як правило, є нелінійними.

Виконати такий пристрій своїми руками досить складно, а в деяких випадках — неможливо. Кожухотрубний теплообмінник є дуже складним обладнанням, для виробництва якого вимагається чітке дотримання технологічного процесу, що включає в себе безліч етапів.

Ссылка на основную публикацию