|
Теплообменные аппараты можно классифицировать по следующим признакам:
по конструкции - аппараты, изготовленные из труб (кожухотрубчатые, «труба в трубе», оросительные, погружные змеевиковые, воздушного охлаждения); аппараты, поверхностность теплообмена которых изготовлена из листового материала (пластинчатые, спиральные, сотовые); аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллических материалов (графита, пластмасс, стекла и др.);
по назначению - холодильники, подогреватели, испарители, конденсаторы;
по направлению движения теплоносителей - прямоточные, противоточные, перекрестного тока и др.
В общем выпуске теплообменных аппаратов для химической и смежных отраслей промышленности около 80 % занимают кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники достаточно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации и в то же время достаточно универсальны, т. е. могут быть использованы для осуществления теплообмена между газами, парами, жидкостями в любом сочетании теплоносителей и в широком диапазоне их давлений и температур.
Поверхностные теплообменные аппараты представляют собой теплообменные устройства, в которых теплоносители разделены стенкой различной конфигурации, через которую передается тепловой поток.
4.2. КОЖУХОТРУБЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ
Как уже отмечено, кожухотрубчатые теплообменники - наиболее распространенная конструкция теплообменной аппаратуры.
В стандартных кожухотрубных теплообменниках обычно применяют трубы с внутренним диаметром не менее 12 мм (для удобства чистки поверхностей) и не более 38 мм, так как дальнейшее увеличение диаметра труб снижает его компактность и увеличивает материалоемкость. Длина трубного пучка колеблется от 0,9 до 5…6 м. Толщина стенок труб – 0,5…2,5 мм. Поверхность теплообмена в них может достигать 2000 м2.
В теплообменнике теплоносители, текущие внутри трубок и по межтрубному пространству, проходят их за один проход. Такие конструкции называют одноходовыми. В одноходовых теплообменниках скорость движения потоков сравнительно невелика, поэтому они характеризуются пониженными коэффициентами теплопередачи.
Теплообменники жесткой конструкции (рис. 4.1, а) применяют при незначительной разности температур теплоносителей (разность температур кожуха и трубок не должна превышать 40…50 ºС) во избежание разрушения в результате различного температурного расширения трубок и кожуха.
При большей разности температур теплоносителей температурные напряжения необходимо компенсировать. Одним из способов компенсации является установка линзового компенсатора 3 на кожухе 2 (рис. 4.1, б). Линза компенсатора может сравниваться из двух полулинз. Полулинзы штампуются из шайбообразных заготовок. Наружный диаметр линзы обычно больше наружного диаметра кожуха на 250 мм. Линзы можно сваривать по 2, 3, 4, 5 и 6 штук подряд. Одна линза допускает растяжение или сжатие кожуха до 8 мм.
Теплообменники с линзовым компенсатором применяются при давлениях не выше 1,6 МПа. При более высоком давлении применяют линзу с большей толщиной стенки, что увеличивает ее жесткость и снижает компенсирующую способность. При давлении выше 1,6 МПа обычно применяют теплообменники с U-образными трубами 4 (рис. 4.1, в) и плавающей головкой 5 (рис. 4.1, г).
В кожухотрубных теплообменных аппаратах с плавающей головкой, или, как их иначе называют, с подвижной решеткой (рис. 4.1, г), трубчатый пучок со стороны плавающей головки не связан с корпусом и свободно меняет длину при изменении температуры труб. Это устраняет температурные напряжения в конструкции.
В теплообменных аппаратах с подвижной решеткой можно выполнять ремонт, замену трубного пучка, механическую чистку труб снаружи. Однако конструкция этих аппаратов относительно сложна, для их изготовления требуется большой расход металла на единицу поверхности теплообмена, при работе аппарата плавающая головка недоступна для осмотра.
В теплообменниках с U-образными трубами обеспеченно свободное удлинение труб, что исключает возможность появления температурных напряжений вследствие разности температурных труб и корпуса. Разность температур стенок труб по ходам не должна превышать 100 ºС. Преимущество конструкции с U-образными трубами – отсутствие разъемного соединения внутри корпуса. Такие аппараты успешно применяют при повышенных давлениях. При U-образной форме труб затруднена механическая чистка их внутренней и наружной поверхностей, поэтому, как правило, их применяют для теплообмена между чистыми средами.
Для увеличения скорости теплоносителя с целью повышения значения коэффициента теплоотдачи со стороны межтрубного пространства в нем часто устанавливают и сегментные 6, и концентрические 7 перегородки, которые удлиняют путь теплоносителя (рис. 4.1, д, е). При этом размеры и расстояние между перегородками выбирают так, чтобы скорость среды во всех сечениях была одинакова. Аналогично многоходовое движение теплоносителя по трубному пространству создается в результате разбивки труб на секции перегородками 8, установленными в крышке и днище теплообменника (рис. 4.1, ж).
Кожухотрубные теплообменники имеют условные обозначения.
В зависимости от назначения: Т – теплообменники, Х – холодильники; К – конденсаторы; И – испарители.
По конструкции: Н – аппараты с неподвижными трубными решетками, К – с температурным компенсатором на кожухе, П – с плавающей головкой, У – с U-образными трубами.
ОПОРНЫЕ СЛОВА
Теплообмен, удельный вес, трубы, оросительные, погружные, змеевиковые, подогреватели, прямоточные, противоточные, поверхностные, кожухотрубчатые, межтрубное пространство, одноходовые, жесткой конструкции, линзовый компенсатор, с плавающей головкой, с U-образными трубами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:
1. По каким признакам классифицируются теплообменные аппараты?
2. На какие виды подразделяются теплообменники по принципу действия?
3. Каких типов изготавливают кожухотрубчатых теплообменников?
4. С какой целью устанавливаются перегородки в кожухотрубчатых теплообменниках?
5. Какими способами закрепляется трубы в трубной решетки?
6. Устройство теплообменников типа Н.
7. Расскажите достоинства и недостатки теплообменников типа Н?
8. При каких условиях применяют аппараты с температурным компенсатором?
ЛЕКЦИЯ № 5 «Оборудование аммиачной селитры и и способы производства» (2 часа)
5.1. Элементы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов
5.2. Интенсификация процесса теплообмена в кожухотрубчатых теплообменниках
5.1. ЭЛЕМЕНТЫ КОЖУХОТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Основные элементы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: кожух (корпус), распределительная камера и трубный пучок. Последний состоит из труб, трубных решеток и перегородок. Элементы стальных кожухотрубчатых аппаратов изготовляют из стали.
Do'stlaringiz bilan baham: |
