Пластинчатый теплообменник принцип работы схема. Принцип работы и устройство кожухотрубных теплообменников

Среди всех разновидностей теплообменников этот вид наиболее распространен. Его применяют при работе с любыми жидкостями, газовыми средами и парообразными, в том числе, если состояние среды меняется в процессе перегона.

История появления и внедрения

Изобрели кожухотрубные (или ) теплообменники в начале прошлого века, дабы активно использовать при работе ТЭС, где большое количество нагретой воды перегонялось при повышенном давлении. В дальнейшем изобретение стали использовать при создании испарителей и нагревающих конструкций. С годами устройство кожухотрубного теплообменника совершенствовалось, конструкция стала менее громоздкой, ее теперь разрабатывают так, чтобы было доступно чистить отдельные элементы. Чаще стали применять подобные системы в нефтеперегонной промышленности и производстве бытовой химии, поскольку продукты этих отраслей несут в себе массу примесей. Их осадок как раз и требует периодической чистки внутренних стенок теплообменника.

Как мы видим на представленной схеме, кожухотрубный теплообменник состоит из пучка трубок, которые расположены в своей камере и закреплены на доске либо решетке. Кожух – собственно, название всей камеры, сваренной из листа не менее 4 мм (или больше, в зависимости от свойств рабочей среды), в которой находятся мелкие трубки и доска. В качестве материала для доски используют обыкновенно листовую сталь. Между собой трубки соединяются патрубками, имеются также вход и выход в камеру, отвод для конденсата, перегородки.

В зависимости от количества труб и их диаметра, колеблется мощность теплообменника. Так, если передающая тепло поверхность составляет около 9 000 кв. м., мощность теплообменника составит 150 МВт, это пример работы паровой турбины.

Устройство кожухотрубного теплообменника подразумевает соединение сварных труб с доской и крышками, которое может быть разным, равно как и изгиб кожуха (в виде буквы U или W). Ниже представлены типы устройств, наиболее часто встречающиеся на практике.

Еще одной особенностью устройства является расстояние между трубами, которое в 2-3 раза должно превышать их сечение. Благодаря чему коэффициент отдачи тепла является небольшим, и это способствует эффективности всего теплообменника.

Исходя из названия, теплообменник – это устройство, создаваемое с целью передать вырабатываемое тепло на нагреваемый предмет. Теплоносителем в данном случае выступает конструкция, описанная выше. Работа кожухотрубного теплообменника заключается в том, что холодная и горячая рабочие среды двигаются по разным кожухам, и теплообмен происходит в пространстве между ними.

Рабочей средой внутри труб является жидкость, в то время как горячий пар проходит в расстоянии между труб, образуя конденсат. Поскольку стенки труб нагреваются больше, чем доска, к которой они прикреплены, эту разность необходимо компенсировать, иначе бы устройство имело значительные потери тепла. Для этого применяются так называемые компенсаторы трех типов: линзы, сальники или сильфоны.

Также, при работе с жидкостью под высоким давлением используют однокамерные теплообменники. Они имеют изгиб U, W-образного типа, необходимое чтобы избежать высоких напряжений в стали, вызываемых тепловым удлинением. Их производство достаточно дорогое, трубы в случае ремонта сложно заменить. Поэтому такие теплообменники пользуются меньшим спросом на рынке.

В зависимости от способа крепления труб к доске или решетке, выделяют:

• Приваренные трубы;
• Закрепленные в развальцованных нишах;
• Соединенные болтами с фланцем;
• Запаянные;
• Имеющие сальники в конструкции крепежа.

По типу конструкции кожухотрубные теплообменники бывают (см. рисунок-схему выше):

• Жесткие (буквы на рис. а, к), нежесткие (г, д, е, з, и) и наполовину жесткие (буквы на рис. б, в и ж);
• По количеству ходов – одно- или многоходовые;
• По направлению тока технической жидкости – прямого, поперечного или против направленного тока;
• По расположению доски горизонтальные, вертикальные и расположенные в наклонной плоскости.

Широкие возможности кожухотрубного теплообменника

1. Давление в трубках может достигать разных значений, от вакуума до наивысших;
2. Можно достичь необходимого условия по термическим напряжениям, при этом цена устройства существенно не поменяется;
3. Размеры системы тоже могут быть различными: от бытового теплообменника в ванную комнату до промышленного площадью 5000 кв. м.;
4. Нет необходимости предварительно очищать рабочую среду;
5. Для создания сердцевины используют разные материалы, в зависимости от затрат на производство. Однако все они соответствуют требованиям температуры, давления и устойчивости к коррозии;
6. Отдельный участок труб можно извлечь для чистки или ремонта.

Есть ли у конструкции недостатки? Не без них: кожухотрубчатый теплообменник весьма громоздкий. Из-за своих габаритов он нередко требует отдельного технического помещения. Ввиду большой металлоемкости стоимость изготовления такого устройства тоже велика.

В сравнении с теплообменниками U, W-трубчатыми и с неподвижными трубками кожухотрубные имеют больше преимуществ и являются эффективнее. Поэтому их чаще покупают, несмотря на высокую стоимость. С другой стороны, самостоятельное изготовление подобной системы вызовет большие трудности, а скорее всего, приведет к значительным потерям тепла в процессе работы.

Особое внимание при эксплуатации теплообменника следует уделять состоянию труб, а также настройке в зависимости от конденсата. Любое вмешательство в систему приводит к изменению площади теплообмена, поэтому ремонт и пуско-наладку должны производить обученные специалисты.

Вас может заинтересовать:

В виду непредсказуемых скачков национальной валюты, цена на нефть стала объектом пристального внимания не только экспертов-экономистов и биржевых маклеров, но и обычного гражданина. Рубль привязан к нефти, нефть - к доллару. Влияние котировок черного золота на экономику России очевидно: растут цены, страдает социальный сектор и т.д. В сложившейся ситуации Правительство РФ вынуждено маневрировать, принимая определенные изменения...

Промышленный насос необходим практически на любом производстве. В отличие от бытовых насосов они должны выдерживать высокие нагрузки, быть износостойкими и иметь максимальную производительность. Кроме того, насосы подобного типа должны быть экономически выгодными для предприятия, на котором они используются. Для того чтобы купить подходящий промышленный наcос, необходимо изучить его основные характеристики и учитывать...

Воздухосборник (ресивер) представляет собой сосуд со сжатым газом, предназначенный для нормализации давления в трубопроводах, гашения пневматических ударов, создаваемых компрессорным оборудованием, обеспечения требуемого режима работы, сбора и удаления конденсата. Эксплуатация и обслуживание воздухосборников выполняются в соответствии с нормативами, предусмотренными для аппаратов, работающих под давлением. Общие...

Уровень газовых запасов в ПХГ Европы достиг минимальных значений. Новый «рекорд» наиболее низкого текущего уровня запаса газа в хранилищах Европы за последнее десятилетие. До этого самым низким считался показатель 2011 года. Впервые зафиксирована отметка 49,5 % от максимума. Темпы отбора газа из ПХГ всё время растут, что не может вызывать тревоги. Погодные условия в текущем месяце и начале марта обещают быть более жёсткими, чем в...

Кожухотрубные теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния.

Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века в связи с потребностями тепловых станций в теплообменниках с большой поверхностью, таких, как конденсаторы и подогреватели воды, работающие при относительно высоком давлении. Кожухотрубные теплообменники применяются в качестве конденсаторов, подогревателей и испарителей. В настоящее время их конструкция в результате специальных разработок с учетом опыта эксплуатации стала намного более совершенной. В те же годы началось широкое промышленное применение в нефтяной промышленности. Для эксплуатации в тяжелых условиях потребовались нагреватели и охладители массы, испарители и конденсаторы для различных фракций сырой нефти и сопутствующих органических жидкостей. Теплообменникам часто приходилось работать с загрязненными жидкостями при высоких температурах и давлениях, и поэтому их необходимо было конструировать так, чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.

С годами кожухотрубные теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации, в частности:

• однофазные потоки, кипение и конденсация по горячей и холодной сторонам теплообменника с вертикальным или горизонтальным исполнением
• диапазон давления от вакуума до высоких значений
• в широких пределах изменяющиеся перепады давления по обеим сторонам вследствие большого разнообразия вариантов
• удовлетворение требований по термическим напряжениям без существенного повышения стоимости аппарата
• размеры от малых до предельно больших (5000 м 2)
• возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости, коррозии, температурному режиму и давлению
• использование развитых поверхностей теплообмена как внутри труб, так и снаружи, различных интенсификаторов и т.д.
• возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта

Однако такое широкое разнообразие условий применения кожухотрубных теплообменников и их конструкций никоим образом не должно исключать поиск других, альтернативных решений, таких, как применение пластинчатых, спиральных или компактных теплообменников в тех случаях, когда их характеристики оказываются приемлемыми и их применение может привести к экономически более выгодным решениям.

Кожухотрубные теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Классическая схема показана на рисунке:

Теплопередающая поверхность аппаратов может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Так, конденсатор паровой турбины мощностью 150 Мвт состоят из 17 тысяч труб с общей поверхностью теплообмена около 9000 м 2 .

Схемы кожухотрубчатых аппаратов наиболее распространенных типов представлены на рисунке:

Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но принимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.

Трубчатка кожухотрубчатых теплообменников выполняется из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы.

В проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена.

Трубные доски (решетки) служат для закрепления в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху (рис. а, в), зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки (рис. б, г) или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры (рис. д, е). материалом досок служит обычно листовая сталь толщиной не менее 20 мм.

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой (рис. а, к), нежесткой (рис. г, д, е, з, и) и полужесткой (рис. б, в, ж) конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.

На рисунке а) изображен одноходовой теплообменник с прямыми трубками жесткой конструкции. Кожух и трубки связаны трубными решетками и поэтому нет возможности компенсации тепловых удлинений. Такие аппараты просты по устройству, но могут применяться только при сравнительно небольших разностях температур между корпусом и пучком труб (до 50 о С). Они имеют низкие коэффициенты теплопередачи вследствие незначительной скорости теплоносителя в межтрубном пространстве.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения трубок. Поэтому при одинаковых расходах теплоносителей, имеющих одинаковое агрегатное состояние, коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысокие, что снижает коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению коэффициента теплопередачи. На рисунке 1,б изображен теплообменник с поперечными перегородками в межтрубном пространстве и полужесткой мембранной компенсацией тепловых удлинений вследствие некоторой свободы перемещения верхней трубной доски.

В парожидкостных теплообменниках пар проходит обычно в межтрубном пространстве, а жидкость – по трубам. Разность температур стенки корпуса и труб обычно значительна. Для компенсации разности тепловых удлинений между кожухом и трубами устанавливают линзовые (рис. в), сальниковые (рис. з, и) или сильфонные (рис. ж) компенсаторы.

Для устранения напряжений в металле, обусловленных тепловыми удлинениями, изготавливают также однокамерные теплообменники с гнутыми U- и W-образными трубами. Они целесообразны при высоких давлениях теплоносителей, так как изготовление водяных камер и крепление труб в трубных досках в аппаратах высокого давления – операции сложные и дорогие. Однако аппараты с гнутыми трубами не могут получить широкого распространения из-за трудности изготовления труб с разными радиусами гиба, сложности замены труб и неудобства чистки гнутых труб.

Компенсационные устройства сложны в изготовлении (мембранные, сильфонные, с гнутыми трубами) или недостаточно надежны в эксплуатации (линзовые, сальниковые). Более совершенна конструкция теплообменника с жестким креплением одной трубной доски и свободным перемещением второй доски вместе с внутренней крышкой трубной системы (рис. е). некоторое удорожание аппарата из-за увеличения диаметра корпуса и изготовления дополнительного днища оправдывается простотой и надежностью в эксплуатации. Эти аппараты получили название теплообменников «с плавающей головкой». Теплообменники с поперечным током (рис. к) отличаются повышенным коэффициентом теплоотдачи на наружной поверхности вследствие того, что теплоноситель движется поперек пучка труб. При перекрестном токе снижается разность температур между теплоносителями, однако при достаточном числе трубных секций различие в сравнении с противотоком невелико. В некоторых конструкциях таких теплообменников при протекании газа в межтрубном пространстве и жидкости в трубах для повышения коэффициента теплоотдачи применяют трубы с поперечными ребрами.

Сегодня в рамках рубрики теория производства пойдет речь о технологических схемах и чертежах теплообменников . Для этого мы подробно рассмотрим изображения тех аппаратов, которыми занимается наше предприятие. Я думаю, что очень важно знать, как должно правильно выполняться отображение того или иного аппарата и что должно быть указано рядом, помимо стандартного описания. А это могут быть технические характеристики, особенности конкретной модели и т.д.

Все зависит от назначение изображения. Поэтому и идет такое разделение названий. Одни нужны для изготовления, поэтому и отображают геометрические и присоединительные размеры, характеристики, марки сталей металлопроката. Другие изображения показывают, а какие же процессы протекают внутри этих устройств и наконец есть такие, какие показывают общее расположение всех элементов входящих в систему и направления протекающих процессов.

Поэтому для начала можно ознакомиться с производимыми теплообменными аппаратами . В этой статье находится список устройств предлагаемых к изготовлению. И далее пройдя в интересующую позицию можно посмотреть на их внешний вид, описание протекающих процессов, увидеть технические характеристики и далее переходить непосредственно к самим схемам, которые разберем в этой статье. В основном наше предприятие производит корпусные тепловые обменники и кожухотрубные, которые иногда еще называют кожухотрубчатые, что по сути одно и то же, поэтому я вам их и покажу.

Сборочные чертежи корпусных теплообменников

Сборочные чертежи теплообменников общего вида выполняются, как стандартно, так и с учетом требований заказчика, т.е. возможна корректировка некоторых размеров. Особенно это касается присоединительных размеров, крепежа, фланцев и так далее не затрагивая самих теплообменных элементов, в данном случае длины теплообменных труб , т.к. это уже влияет на выдаваемую тепловую мощность и соответственно не подлежит изменению.

И так к аппаратам корпусного типа относятся промышленные воздухоохладители электромашин типа во-воп-вуп-вб-ввг , газоохладители турбогенераторов го-огп-огпф и аппараты воздушного охлаждения масла . С них и начнем.

Охладитель воздуха во-194

Т.к. охладитель может изготавливаться с различным расположением фланцев, то даны два этих варианта для боле полного ознакомления. Щелкнув по фото можно несколько увеличить изображение.

Если вы уже увеличили картинку, то пройдя по первой ссылке 1. посмотрите полноразмерное изображение, а пройдя по ссылке 2. почитайте подробное описание.

Так как мы рассматриваем два принципиально разных вида: это корпусные и кожухотрубные, то укажу на их отличие. Первые делаются с открытым корпусом, так идет процесс теплообмена с окружающей средой вода-воздух, а вторые с полностью герметичным корпусом и теплообмен идет только между двумя теплоносителями циркулирующими внутри кожуха.

Газоохладитель го-136

Газовый охладитель представляет аналогичную конструкцию воздушным охладителям. Их отличие лишь в том, что в качестве теплоносителя у первых используется воздух, а у вторых газ- водород, для организации водородно-жидкостного охлаждения турбогенераторов.

Здесь так же можно посмотреть на большое изображение кликнув по первой ссылке или по следующей и почитать описание устройства и работы газоохладителей.

Маслоохладитель дц-180

Представляет из себя такую же конструкцию, как и воздухоохладители или газоохладители, состоящую из похожих элементов и металлопроката для изготовления, но служит для воздушного охлаждения масла трансформаторов, в основном устанавливаемых на улице где нет возможности организовать другой вид охлаждения. Отличаются от вышеописанных тем, что нагретая среда движется внутри теплообменных трубок, а охлаждающий воздух нагнетается на оребрение труб вентиляторами и уносит теплоту в окружающее пространство, тем самым охлаждая проходящее через охладитель масло, которое далее возвращается в трансформатор для охлаждения его обмоток. В отличии от кужухотрубных имеет открытый корпус для свободного прохождения охлаждающего воздуха.

Скачать чертежи теплообменников большого формата можно по ссылкам: во , го , дц . Здесь даны конкретные модели в соответствии со своим номером для ознакомления с тем, какие бывают виды чертежей теплообменников . Аппараты других тепловых мощностей соответственно отличаются размерами, вариантами подключения и используемого для изготовления металопроката, как листового, так и трубного. Их настолько много, что все разместить на одном сайте практически не реально. К тому же кроме стандартных моделей есть и индивидуальные разработки под запросы конкретного заказчика. Поэтому конкретное отображение модели передается вместе с готовым теплообменным аппаратом непосредственно заказчику.

Для всех вышеописанных охладителей основным теплообменным элементом является биметаллическая оребренная труба , где оребрение алюминий в основном ад1, а несущая трубка в зависимости от воды делается из латуни л96 или л68, нержавейки 12х18н10т или медно-никелового сплава мнж5-1.

На этом закачиваем рассмотрение данного типа аппаратов и переходим к совершенно другого вида и соответственно наружного и внутреннего устройства. Если первые попадают под классификацию запчастей и элементов к электрическим машинам и турбинам, то нижеследующие уже классифицируются уже, как сосуды работающие под давлением, к которым предъявляются очень жесткие и серьезные требования.

Сборочные чертежи кожухотрубных теплообменников

Возьмем для наглядного примера модернизированный маслоохладитель мб модели 63-90 , относящийся к кожухотрубным.

Для просмотра полного изображения оригинального формата нажмите на иконку и перейдите по ссылке 1. Здесь же можно ознакомиться и с описанием самого аппарата, для этого пройдите по пункту номер 2.

Указанный охладитель масла наилучшим образом подходит для того, чтобы рассмотреть во всех подробностях, конечно на увеличенном варианте, как должен выглядеть правильный чертеж кожухотрубного теплообменника мб-63-90-м . Расскажу о правильности оформления изображений. Все чертится, как и положено по ГОСТу, показываются нужные виды и размеры, но кроме этого должны быть указаны технические характеристики, металлопрокат примененный при изготовлении и те особенности, которые отличают данный аппарат от аналогичных, но других производителей. На наших допустим указывается профиль и размеры профилированных теплообменных трубок нашей разработки, об хороших особенностях применения которых можно почитать в этом материале . Там же можно посмотреть и как она выглядит. Она изготавливается из тонкостенной нержавеющей трубки марки стали 12Х18Н10Т, что положительно влияет на технико-эксплуатационные характеристики всего устройства.

Обязательно должны быть указаны материалы из которых изготавливается основные узлы, листовой металлопрокат корпуса и водяных камер и марка стали трубы. Допустим в приведенном примере должна быть и указана марка листового проката для корпуса, это углеродистая сталь ст3сп. Оговорюсь маленько почему листовой метлопрокат применяется для корпуса и камер, ведь охладитель, то кожухотрубный и предполагается, что для него применяют трубу, а не лист, а потому, что точность изготовления окружности при изготовлении из листового металла получается гораздо выше, чем у готовых труб. Идем далее, так же указан и материал трубок, на приведенном примере это латунь марки ло-70 (в соответствии с требованиями заказчика), но в основном для производства маслоохладителей мы применяем нержавейку 12х18н10т или 08х18н10т, почему говорил несколько . Подбор металлопроката очень важен, как листового, так и трубного т.к. выбор его зависит от рабочих условий всего аппарата и соответственно привязывается к конкретной модели. Это уже относится к пб 03 576 03 правилам устройства и безопасности сосудов работающих под давлением и к пб 03 584 03 правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных. Пб 03 576 03 можно скачать , а пб 03 584 03 .

Дополнительно мы указываем в дополнительном описании кроме стандартных моментов те, которые важны покупателям и заказчикам. Например вы можете заметить на чертеже надпись: Для защиты от коррозии внутренние поверхности водяных камер и перегородок в них покрыть композиционным материалом surface protector d. Хотя это наш бонус, данная эмаль увеличивает срок службы устройства и снижает коррозию металла, но указать мы это обязаны.

Более подробно об устройстве теплообменников и применяемого при производстве металлопроката, можно будет основательно ознакомиться в следующих статьях. А так, как мы все рассмотрели, что должно быть отражено, то перейдем еще к одному виду теплообменных устройств. Скачать чертеж кожухотрубчатого теплообменника мб-63-90-м можно . Кстати дополнительно укажу, что этот мб и вся эта серия относится к аппаратам вертикального типа и является четырехходовым по трубному пространству в котором движется вода. Идем дальше.

Чертежи теплообменников типа труба в трубе

Аппараты относятся к типу вышеописанным т.е. к кожухотрубным, но имеют более простую конструкцию. Отличаются тем, что во-первых назначение совершенно разное, их применяют для охлаждения или нагрева каких-либо технологических жидкостей, а применяют трубы гораздо более большого диаметра. Но это не тема сегодняшнего разговора. Вы может подробно о них почитать в статье основные параметры теплообменников типа труба в трубе . Наша задача сегодня ознакомиться с правильными графическим изображениями и их особенностями.

Покажу на примере ттон.

Указываются основные размеры теплообменников и идентификатор по номеру. Например условное обозначение выглядит так: ттон-1-25/57-6 3-4.0-г-3-м3 однопоточный неразборный ттон с приварными двойниками (исполнение 1), с диаметром труб теплообменных 25 мм, а кожуховых 57 мм, с условным давлением внутри теплообменных труб 6.3 Мпа, в кожухе 4 Мпа, трубы теплообменные гладкие (Г) длиной 3000 мм, м3 - это указывает на то, из какого металлопроката, из каких марок стали изготавливается данная модель. Если быть поточней, то для м3 применяют нержавейку 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т по ГОСТ 5632 и ГОСТ 9941.

Если необходимо скачать полный чертеж кожухотрубного теплообменника труба в трубе перейдите по ссылке на страницу , выберите изображение и сохраните себе на компьютер. И идем дальше.

Схемы подвода, движения и вывода теплоносителей в теплообменниках типа во, го, дц и кожухотрубных

Схемы движения теплоносителей в теплообменниках типа во можно посмотреть и ознакомиться с подробным описанием протекающих процессов, а направления движения тепловых носителей в кожухотрубных посмотрим ниже и поговорим об этом.

И так, начинаем. Нагретое масло заходит в маслоохладитель, в верхнюю его часть через патрубки (подробней можно посмотреть в материале об устройстве кожухотрубных теплообменников), и спускается постепенно вниз по заданной спирально-кольцевой траектории, совершая определенной число ходов, например в модели мб-63-90-м их 17, зависит от конкретной модели. Масло движется в межтрубном пространстве.

Снизу аппарата подается охлаждающая вода через левый патрубок, видно на рисунке, в водяную камеру и далее направляется в внутрь части теплообменных труб и по ним поднимается наверх, начиная охлаждать масло. Это один ход воды. Дойдя до верхней водяной камеры вода попадает в следующую группу трубок и стекает вниз, завершая второй ход. Далее так же поднимается наверх, спускается вниз, завершая четвертый ход и выходит наружу, в магистраль трубопровода через правый патрубок. В нашем примере четырехходовой кожухотрубчатый теплообменник типа мб.

В результате охлажденное до нужной температуры масло подается в систему маслоснабжения или смазки подшипников турбины.

сделай свой твит зафоловь

Пластинчатый теплообменник это аппарат, в котором один теплоноситель передает или забирает тепло у другого через поверхность называемую теплообменной. Она образуется набором тонких штампованных пластин с гофрированной особым способом поверхностью.

Принцип работы пластинчатого теплообменника.

Пластинчатый теплообменник принцип работы — схема

Собранные в единый пакет, образуют каналы, по которым двигаются теплоносители, во время обмена тепловой энергией друг с другом. Каналы распределения теплоносителя устроены особым способом, при котором входящий и выходящий теплоноситель постоянно чередуются между собой.

Комбинируя пластины внутри теплообменника, производители добиваются оптимального варианта теплоотдачи для каждого типа прибора. Главное условие при этом поток теплоносителя в теплообменнике должен быть турбулентным (возмущенным). Только так можно добиться высокого КПД и самоочищения пластин. напомним, что поток теплоносителя в теплообменных аппаратах типа труба в трубе – ламинарный, спокойный, отсюда и низкий коэффициент теплопередачи и большие размеры классических кожухотрубных теплообменников.

Пластинчатый теплообменник схема компоновки.

Сегодня основные производители пластинчатых теплообменников предлагают следующий принцип компоновки:

Одноходовая компоновка теплообменника это когда теплоноситель сразу делится на параллельные потоки, проходит по всем каналам пластин и, сливаясь в один канал, поступает в порт для вывода теплоносителя.

Многоходовая компоновка теплообменника. В данном случае используется более сложная схема, теплоноситель циркулирует по одинаковому количеству каналов, совершая разворот в пластине. Это достигается установкой разделительных пластин, в которые входят глухие перегородки. Обслуживать, чистить разбирать и собирать такой намного сложнее.

Пластины пластинчатого теплообменника располагаются одна за другой с поворотом на 180 градусов. Такая теплообменника создает пакет с четырьмя коллекторами для отвода и подвода жидкостей. Первая и последняя пластины соответственно не участвуют в процессе обмена теплом, задняя пластина глухая, без портов.

Резиновые прокладки крепятся между пластинами с помощью клипсового соединения. Это просто и надежно, при этом прокладки являются самоцентрирующимися, что позволяет вести сборку в автоматическом режиме. То есть при монтаже после чистки все станет на свои места без особого усилия. Прокладки имеют окантовку в виде манжеты, которая создает дополнительный барьер, и предотвращает утечку теплоносителя.

Схема устройства рамы теплообменника тоже простейшая: неподвижная передняя и подвижная задняя плита, штатив, нижняя и верхняя направляющие, стяжные болты.

Схема сборки пластинчатого теплообменника не сложная, верхняя и нижняя направляющие закрепляются на штативе и неподвижной плите. На направляющие будущего теплообменника надевается пакет пластин, а затем подвижная плита. Подвижную и неподвижную плиту стягивают между собою болтами.

Пластинчатый теплообменник – материалы, используемые для изготовления.

Для прокладок используется материал этиленпропилен , сокращенно «ЕРDМ». Он выдерживает температуры от минус 30С до плюс 160С и не разрушается под действием не только воды, но и пара жиров и масел.

Остается только упомянуть о материале, используемом для производства пластин пластинчатого теплообменника. Чаще всего это нержавеющая сталь AISI 316, после штамповки в обязательном порядке производится электрохимическое полирование пластины.

Толщина пластины зависит от максимального рабочего давления. На давление до 1 МПа используются пластины толщиной 0,4 мм, на давление до 1,6 МПа — пластины толщиной 0,5 мм, на давление 2,5 МПа — пластины толщиной 0,6 мм. Естественно от толщины пластин, схемы компоновки и давления зависит стоимость теплообменника. Если вам принципиально важна низкая цена теплообменника, и Вы знаете, что у вас не агрессивная среда можно заказать из стали AISI 304, она дешевле.

В зависимости от способа передачи тепла различают две основные группы теплообменников:

1) поверхностные теплообменники, в которых пе­ренос тепла между обменивающимися теплом средами происходит через разделяющую их поверхность теплообмена - глухую стенку;

2) теплообменники смешения, в которых тепло пере­дается от одной среды к другой при их непосредственном соприкоснове­нии.

Значительно реже применяются в химической промышленности регенеративные теплообменники, в которых нагрев жид­ких сред происходит за счет их соприкосновения с ранее нагретыми твер­дыми телами - насадкой, заполняющей аппарат, периодически нагре­ваемой другим теплоносителем.

Поверхностные теплообменники наиболее распространены, и их конст­рукции весьма разнообразны. Ниже рассмотрены типовые, в основном нормализованные, конструкции поверхностных теплообменников и рас­пространенные конденсаторы смешения.

В химической технологии применяются теплообменники, изготовлен­ные из самых различных металлов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана, тантала и др.), а также из неметаллических материалов, например графита, тефлона и др. Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью и теплопроводностью, причем конструкция теплообменного аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала.

Конструкции теплообменников должны отличаться простотой, удоб­ством монтажа и ремонта. В ряде случаев конструкция теплообменника должна обеспечивать возможно меньшее загрязнение поверхности тепло­обмена и быть легко доступной для осмотра и очистки.

Трубчатые теплообменники

Кожухотрубчатые теплообменники. Эти теплообменники относятся к числу наиболее часто применяемых поверхностных теплообменников. На рис. VШ-11 а показан кожухотрубчатый теплообменник жесткой конструкции, который состоит из корпуса, или кожуха 1, и приваренных к нему трубных решеток 2. В трубных решетках закреплен пучок труб 3. К трубным решеткам крепятся (на прокладках и болтах) крышки 4.

В кожухотрубчатом теплообменнике одна из обменивающихся теплом сред I движется внутри труб (в трубном пространстве), а другая II - в межтрубном пространстве.

Среды обычно направляют противотоком друг к другу. При этом нагреваемую среду направляют снизу вверх, а среду, отдающую тепло, - в противоположном направлении. Такое направление движения каждой среды совпадает с направлением, в котором стремится двигаться данная среда под влиянием изменения ее плотности при нагревании или ох­лаждении.

Кроме того, при указанных на­правлениях движения сред достигается более равномерное распределе­ние скоростей и идентичные условия теплообмена по площади поперечно­го сечения аппарата. В противном случае, например при подаче более холодной (нагреваемой) среды свер­ху теплообменника, более нагретая часть жидкости, как более легкая, может скапливаться в верхней ча­сти аппарата, образуя «застойные» зоны.

Трубы в решетках обычно равномер­но размешают по периметрам правильных шестиугольников, т. е. по вершинам рав­носторонних треугольников (рис VIII-12,а), реже применяют размещение труб по кон­центрическим окружностям (рисVIII-12,б).

В отдельных случаях, когда необходимо обеспечить удобную очистку наружной по­верхности труб, их размещают по периметрам прямоугольников (рис. VIII-12, в). Все указанные способы размещения труб преследуют одну цель - обеспечить воз­можно более компактное размещение необходимой поверхности теплообмена внутри аппарата. В большинстве случаев наибольшая компактность достигается при разме­щении трубок по периметрам правильных шестиугольников.

Рис. VIII -12. Способы размещения труб в теплообменниках:

а - по периметрам правильных шестиугольников; б - по концентрическим окружностям;

в - по периметрам прямоугольников (коридорное распо­ложение)

Трубы закрепляют в решетках чаще всего развальцовкой (рис. VIII -13, а, б), причем особенно прочное соединение (необходимое в случае работы аппарата при повышенных давлениях) достигается при устройстве в трубных решетках отверстий с кольцевыми канавками, которые заполняются металлом трубы в процессе ее раз­вальцовки (рис. VIII -13, б). Кроме того, используют закрепление труб сваркой (рис. VIII -13, в), если материал трубы не поддается вытяжке и допустимо жесткое соединение труб с трубной решеткой, а также пайкой (рис. VIII -13, г), применяемой для соединения главным образом медных и латунных труб. Изредка используют соеди­нение труб с решеткой посредством сальников (рис. VIII -13, д), допускающих свобод­ное продольное перемещение труб и возможность их быстрой замены. Такое соедине­ние позволяет значительно уменьшить температурную деформацию труб (см. ниже), но является сложным, дорогим и недостаточно надежным.

Теплообменник, изображенный на рис. VIII-11, а, является одноходовым. При сравнительно небольших расходах жидкости скорость ее движения в трубах таких теплообменников низка и, следовательно, коэф­фициенты теплоотдачи невелики. Для увеличения последних при данной поверхности теплообмена можно уменьшить диаметр труб, соответственно увеличив их высоту (длину). Однако теплообменники небольшого диаметра и значительной высоты неудобны для монтажа, требуют высоких помещений и повышенного расхода металла на изготовление деталей, не участвующих непосредственно в теплообмене (кожух аппарата). Поэтому более рационально увеличивать скорость теплообмена путем применения многоходо­вых теплообменников.

В многоходовом теплообменнике (рис. VIII-11, б ) корпус 1, трубные решетки 2, укрепленные в них трубы 3 и крышки 4 идентичны изображенным на рис. VIII-11, а. С помощью поперечных перегородок 5, установленных в крышках теплооб­менника, трубы разделены на сек­ции, или ходы, по которым последо­вательно движется жидкость, про­текающая в трубном пространстве теплообменника. Обычно разбивку на ходы производят таким образом, чтобы во всех секциях находилось примерно одинаковое число труб.

Вследствие меньшей площади сум­марного поперечного сечения труб, размещенных в одной секции, по сравнению с поперечным сечением всего пучка труб, скорость жид­кости в трубном пространстве много­ходового теплообменника возраста­ет (по отношению к скорости в одноходовом теплообменнике) в чис­ло раз, равное числу ходов. Так, в четырехходовом теплообменнике (рис. VIII-11, б) скорость в трубах при прочих равных условиях в че­тыре раза больше, чем в однохо­довом. Для увеличения скорости и удлинения пути движения среды в межтрубном пространстве (рис. VIII-11, б) служат сегментные перегородки 6. В горизонтальных теплообменниках эти перегородки являются одновременно промежуточ­ными опорами для пучка труб.

Повышение интенсивности теплообмена в многоходовых теплообменни­ках сопровождается возрастанием гидравлического сопротивления и усложнением конструкции теплообменника. Это диктует выбор экономи­чески целесообразной скорости, определяемой числом ходов теплообмен­ника, которое обычно не превышает 5-6. Многоходовые теплообменники работают по принципу смешанного тока, что, как известно, приводит к некоторому снижению движущей силы теплопередачи по срав­нению с чисто противоточным движением участвующих в теплообмене сред. В одноходовых и особенно в многоходовых теплообменниках теплообмен может ухудшаться вследствие выделения растворенных в жидкости (или паре) воздуха и других неконденсирующихся газов. Для их периодиче­ского удаления в верхней части кожуха теплообменников устанавливают продувочные краники.

Одноходовые и многоходовые теплообменники могут быть вертикаль­ными или горизонтальными. Вертикальные теплообменники более просты в эксплуатации и занимают меньшую производственную площадь. Гори­зонтальные теплообменники изготавливаются обычно многоходовыми и работают при больших скоростях участвующих в теплообмене сред для того, чтобы свести к минимуму расслоение жидкостей вследствие разности их температур и плотностей, а также устранить образование застойных зон.

Если средняя разность температур труб и кожуха в теплообменниках жесткой конструкции, т. е. с неподвижными, приваренными к корпусу трубными решетками, становятся значительными (приблизительно равной или большей 50 °С), то трубы и кожух удлиняются неодинаково. Это вызывает значительные напряжения в трубных

Рис. VIII-14. Кожухотрубчатые теплообменники с компенсирующими

устройствами:

а - с линзовым компенсатором; б - с плавающей головкой; в - с U-образными трубами;

1 - компенсатор; 2 - подвижная трубная решетка; 3 - U-образные трубы.

решетках, может нарушить плотность соединения труб с решетками, привести к разрушению свар­ных швов, недопустимому смешению обменивающихся теплом сред. По­этому при разностях температур труб и кожуха, больших 50°С, или при значительной длине труб применяют кожухотрубчатые теплообменники нежесткой конструкции, допускающей некоторое перемещение труб от­носительно кожуха аппарата.

Для уменьшения температурных деформаций, обусловленных большой разностью температур труб и кожуха, значительной длиной труб, а так­же различием материала труб и кожуха, используют кожухотрубчатые теплообменники с ллл з овы м- компенсатором (рис. VIII-14, а), у которых на корпусе имеется линзовый компенсатор 1, подвергающийся упругой деформации. Такая конструкция отличается простотой, но при­менима при небольших избыточных давлениях в межтрубном пространстве, обычно не превышающих 6·10 6 Н/м 2 (6 ат).

При необходимости обеспечения больших перемещений труб и кожуха используют теплообменник с плавающей головкой (рис. VIII-14, б). Нижняя трубная решетка 2 является подвижной, что позволяет всему пучку труб свободно перемещаться независимо от кор­пуса аппарата. Этим предотвращаются опасная температурная деформа­ция труб и нарушение плотности их соединения с трубными решетками. Однако компенсация температурных удлинений достигается в данном случае за счет усложнения и утяжеления конструкции теплообменника.

В кожухотрубчатом теплообменнике с U-образными трубами (рис. VIII-14, в) сами трубы 3 выполняют функцию компенсирующих устройств. При этом упрощается и облегчается конструкция аппарата, имеющего лишь одну неподвижную трубную решетку. Наружная поверх­ность труб может быть легко очищена при выемке всей трубчатки из кор­пуса аппарата. Кроме того, в теплообменниках такой конструкции, яв­ляющихся двух- или многоходовыми, достигается довольно интенсивный теплообмен. Недостатки теплообменников с U-образными трубами: труд­ность очистки внутренней поверхности труб, сложность размещения большого числа труб в трубной решетке.

Стальные кожухотрубчатые теплообменники стандартизованы по ГОСТ 9929-67.

В химической промышленности применяются также теплообменники с двойными трубами (рис.VIII-15). С одной стороны аппарата размещены две трубные решетки, причем в решетке 1 закреплен пу­чок труб 2 меньшего диаметра, от­крытых с обоих концов, а в решет­ке 3 - трубы 4 большего диаметра с закрытыми левыми концами, уста­новленные концентрически относи­тельно труб 2. Среда I движется по кольцевым пространствам между тру­бами 2 и 4 и выводится из межтруб­ного, пространства теплообменника по трубам 2. Другая среда II дви­жется сверху вниз по межтрубно­му пространству корпуса тепло­обменника, омывая трубы 4 снаружи. В теплообменниках такой кон­струкции трубы могут удлиняться под действием температуры независи­мо от корпуса теплообменника.

Элементные теплообменники. Для повышения скорости движения среды в межтрубном пространстве без применения перегородок, затруд­няющих очистку аппарата, используют элементные теплооб­менники. Каждый элемент такого теплообменника представляет со­бой простейший кожухотрубчатый теплообменник. Нагреваемая и охлаж­даемая среды последовательно проходят через отдельные элементы, со­стоящие из пучка труб в кожухе небольшого диаметра. Теплообменник, состоящий из таких элементов (ходов), допускает значительные избыточ­ные давления в межтрубном пространстве; его можно рассматривать как модификацию многоходового кожухотрубчатого теплообменника.

В элементных теплообменниках взаимное движение сред приближается к эффективной схеме чистого противотока. Однако вследствие разделения общей поверхности теплообмена на отдельные элементы конструкция ста­новится более громоздкой и стоимость теплообменника возрастает.

Двухтрубчатые теплообменники. Теплообменники этой конструкции, называемые также теплообменниками типа «труба в трубе», состоят из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образо­ванных двумя концентрически расположенными трубами (рис. VIII-16). Один теплоноситель движется по внутренним трубам 1 , а другой - по кольцевому зазору между внутренними 1 и наружными 2 трубами. Вну­тренние трубы (обычно диаметром 57-108 мм) соединяются калачами 3, а наружные трубы, имеющие диаметр 76-159 мм, -патрубками 4.

Рис. VIII-16. Двухтрубчатый теплообменник: 1 - внутренние трубы;

2 - наружные трубы; 3 - калач; 4 - патрубок.

Благодаря небольшим поперечным сечениям трубного и межтрубного пространства в двухтрубчатых теплообменниках даже при небольших расходах достигаются довольно высокие скорости жидкости, равные обычно 1-1,5 м/сек. Это позволяет получать более высокие коэффициенты тепло­передачи и достигать более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата, чем в кожухотрубчатых теплообменниках. Кроме того, с уве­личением скоростей теплоносителей уменьшается возможность отложения загрязнений на поверхности теплообмена.

Вместе с тем эти теплообменники более громоздки, чем кожухотрубчатые, и требуют большего расхода металла на единицу поверхности тепло­обмена, которая в аппаратах такого типа образуется только внутренними трубами.

Двухтрубчатые теплообменники могут эффективно работать при не­больших расходах теплоносителей, а также при высоких давлениях.

Если требуется большая поверхность теплообмена, то эти аппараты выполняют из нескольких параллельных секций.