Intercambiadores de calor de carcasa y tubos producidos por Geoclima- suficiente dispositivo complejo, y hay muchas variedades. Pertenecen al tipo de recuperativos. Los intercambiadores de calor se dividen en tipos según la dirección del movimiento del refrigerante.
Tipos de intercambiadores de calor de carcasa y tubos:
- flujo cruzado;
- contracorriente;
- flujo directo.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos reciben este nombre porque en el centro de la carcasa principal se encuentran tubos delgados a través de los cuales se mueve el refrigerante. La velocidad a la que se moverá la sustancia depende de cuántos tubos haya en el medio de la carcasa. El coeficiente de transferencia de calor, a su vez, dependerá de la velocidad de movimiento de la sustancia. Carcasa y tubo intercambiadores de calor CROM / GEOCLIMA se utilizan para calentar/enfriar, condensar/evaporar varios medios líquidos y de vapor en diferentes procesos producción.
En la producción de intercambiadores de calor de carcasa y tubos en Rusia se fabrican los siguientes tipos de dispositivos:
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima para gases comprimidos
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima para la recuperación de calor de gases de escape
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima para refrigeración de biogás
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima – vapor/agua
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima para CO 2
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima fabricados con materiales especiales (inox 304, 316, 316L, 316Ti, 321, 90Cu10NiFe, 70Cu30NiFe, acero al carbono, titanio)
- Intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima de tubos coaxiales. (utilizado para calentar, enfriar gases, aceites, medios agresivos, recuperación de calor de residuos gases de combustión. Condiciones de funcionamiento de intercambiadores de calor de carcasa y tubos con tubos coaxiales CROM; presión -300ATM, temperatura +600*C.
- Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos Geoclima son del tipo inundado (la circulación del refrigerante se produce en el espacio entre tubos y la circulación del agua se produce a través de las tuberías).
Peculiaridades
El uso de desarrollos y tecnologías avanzados en la creación de intercambiadores de calor de carcasa y tubos garantiza la máxima eficiencia de transferencia de calor con las mismas dimensiones.
Para la fabricación de intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan aceros aleados y de alta resistencia. Este tipo de aceros se utilizan porque estos dispositivos, por regla general, funcionan en un entorno extremadamente agresivo que puede provocar corrosión.
Los intercambiadores de calor también se dividen en tipos. Se producen los siguientes tipos de estos dispositivos:
- con compensador de temperatura en la carcasa;
- con tubos fijos;
- con tubos en forma de U;
- con cabeza flotante;
- También es posible utilizar varios soluciones de diseño Por ejemplo, se pueden utilizar en un diseño un cabezal flotante y un compensador de temperatura.
Los dispositivos de carcasa y tubo se clasifican según sus funciones:
- Intercambiadores de calor universales;
- Evaporadores;
- Condensadores;
- refrigeradores;
Según su ubicación, los intercambiadores de calor son:
- Horizontal;
- Vertical
Propiedades distintivas del equipo:
La principal y más significativa ventaja es la alta durabilidad. de este tipo unidades para golpe de ariete. La mayoría de los tipos de intercambiadores de calor que se fabrican hoy en día no tienen esta cualidad.
La segunda ventaja es que las unidades de carcasa y tubos no requieren un entorno limpio. La mayoría de los dispositivos en ambientes agresivos trabajar de manera inestable. Por ejemplo, los intercambiadores de calor de placas no tienen esta propiedad y son capaces de funcionar exclusivamente en ambientes limpios.
La tercera ventaja importante de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos es su alta eficiencia. En términos de eficiencia se puede comparar con intercambiador de calor de placas, que es el más eficaz en la mayoría de los aspectos.
Por lo tanto, podemos decir con confianza que los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son una de las unidades más confiables, duraderas y altamente eficientes:
- alta productividad
- compacidad
- fiabilidad
- Versatilidad en su uso.
Los intercambiadores de calor son dispositivos que sirven para transferir calor de un refrigerante (sustancia caliente) a una sustancia fría (calentada). Como refrigerantes se pueden utilizar gas, vapor o líquido. Hoy en día, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son los más utilizados de todos los tipos de intercambiadores de calor. El principio de funcionamiento de un intercambiador de calor de carcasa y tubos es que los refrigerantes fríos y calientes se mueven a través de dos canales diferentes.
El proceso de intercambio de calor se produce entre las paredes de estos canales.
Unidad de intercambio de calor
Un intercambiador de calor es un dispositivo bastante complejo y existen muchas variedades. Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son un tipo de intercambiador de calor recuperativo. Los intercambiadores de calor se dividen en tipos según la dirección del movimiento del refrigerante. Ellos son:
- flujo cruzado;
- contracorriente;
- flujo directo.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos reciben este nombre porque en el centro de la carcasa principal se encuentran tubos delgados a través de los cuales se mueve el refrigerante. La velocidad a la que se moverá la sustancia depende de cuántos tubos haya en el medio de la carcasa. El coeficiente de transferencia de calor, a su vez, dependerá de la velocidad de movimiento de la sustancia.
Para la fabricación de intercambiadores de calor de carcasa y tubos se utilizan aceros aleados y de alta resistencia. Este tipo de aceros se utilizan porque estos dispositivos, por regla general, funcionan en un entorno extremadamente agresivo que puede provocar corrosión.
Los intercambiadores de calor también se dividen en tipos. Se producen los siguientes tipos de estos dispositivos:
- con compensador de temperatura en la carcasa;
- con tubos fijos;
- con tubos en forma de U;
- con cabeza flotante.
Ventajas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos.
Unidades de carcasa y tubos en últimamente tienen una gran demanda y la mayoría de los consumidores prefieren este tipo de unidad. Esta elección no es accidental: las unidades de carcasa y tubos tienen muchas ventajas.
Intercambiador de calor
La principal y más significativa ventaja es la alta resistencia de este tipo de unidades al golpe de ariete. La mayoría de los tipos de intercambiadores de calor que se fabrican hoy en día no tienen esta cualidad.
La segunda ventaja es que las unidades de carcasa y tubos no requieren un entorno limpio. La mayoría de los dispositivos en entornos agresivos son inestables. Por ejemplo, los intercambiadores de calor de placas no tienen esta propiedad y son capaces de funcionar exclusivamente en ambientes limpios.
La tercera ventaja importante de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos es su alta eficiencia. En términos de eficiencia, se puede comparar con un intercambiador de calor de placas, que es el más eficiente en muchos aspectos.
Por lo tanto, podemos decir con confianza que los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son una de las unidades más confiables, duraderas y altamente eficientes.
Desventajas de las unidades de carcasa y tubos
A pesar de todas las ventajas, estos dispositivos también tienen algunas desventajas, que también vale la pena mencionar.
El primer y más importante inconveniente es tallas grandes. En algunos casos, es necesario abandonar el uso de tales unidades precisamente debido a sus grandes dimensiones.
La segunda desventaja es el alto consumo de metal, razón por la cual alto precio Intercambiadores de calor de carcasa y tubos.
Intercambiador de calor metálicoLos intercambiadores de calor, incluidos los de carcasa y tubos, son dispositivos bastante caprichosos. Tarde o temprano necesitan reparación, y esto conlleva ciertas consecuencias. La parte "más débil" del intercambiador de calor son los tubos. En la mayoría de los casos, son la fuente del problema. Al realizar trabajos de reparación, asegúrese de tener en cuenta que, como resultado de cualquier intervención, la transferencia de calor puede disminuir.
Conociendo esta característica de las unidades, los consumidores más experimentados prefieren comprar intercambiadores de calor con "reserva".
Intercambiador de calor de carcasa y tubos: características técnicas y principio de funcionamiento
5 (100%) votos: 3Ahora consideraremos las características técnicas y el principio de funcionamiento de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, así como el cálculo de sus parámetros y las características de elección al comprar.
Los intercambiadores de calor proporcionan el proceso de intercambio de calor entre líquidos, cada uno de los cuales tiene diferentes temperaturas. Actualmente, el intercambiador de calor de carcasa y tubos ha encontrado su aplicación con gran éxito en diversas industrias: química, petróleo y gas. No surgen dificultades en su fabricación, son fiables y tienen la capacidad de desarrollar una gran superficie de transferencia de calor en un solo aparato.
Obtuvieron este nombre debido a la presencia de una carcasa que oculta los tubos internos.
Dispositivo y principio de funcionamiento.
Estructura: estructura de haces de tubos fijados en placas de tubos (rejillas) de cubiertas, carcasas y soportes.
El principio de funcionamiento de un intercambiador de calor de carcasa y tubos es bastante sencillo. Consiste en el movimiento de refrigerantes fríos y calientes por diferentes canales. El intercambio de calor se produce precisamente entre las paredes de estos canales.
Principio de funcionamiento del intercambiador de calor de carcasa y tubos.
Ventajas y desventajas
Hoy en día, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tienen demanda entre los consumidores y no pierden su posición en el mercado. Esto se debe a la considerable cantidad de ventajas que tienen estos dispositivos:
- Alta resistencia a . Esto les ayuda a soportar fácilmente los cambios de presión y soportar cargas pesadas.
- No requiere un ambiente limpio. Esto significa que pueden trabajar con líquido de baja calidad que no ha sido tratado previamente, a diferencia de muchos otros tipos de intercambiadores de calor que sólo pueden funcionar en ambientes no contaminados.
- Alta eficiencia.
- Resistencia al desgaste.
- Durabilidad. Con el cuidado adecuado, las unidades de carcasa y tubos funcionarán durante muchos años.
- Seguridad de uso.
- Mantenibilidad.
- Trabajar en un ambiente agresivo.
Teniendo en cuenta las ventajas anteriores, podemos decir sobre su fiabilidad, alta eficiencia y durabilidad.
Intercambiadores de calor de carcasa y tubos en la industria.
A pesar de gran número A pesar de las destacadas ventajas de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos, estos dispositivos también tienen una serie de desventajas:
- tamaño y peso importante: su colocación requiere una habitación de dimensiones considerables, lo que no siempre es posible;
- Alto consumo de metales: esta es la principal razón de su elevado precio.
Unidad de intercambio de calor
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se clasifican según la dirección en la que se mueve el refrigerante.
Según este criterio se distinguen los siguientes tipos:
- directo;
- contracorriente;
- encrucijada
El número de tubos ubicados en el corazón de la carcasa afecta directamente la velocidad a la que se moverá la sustancia, y la velocidad tiene un efecto directo sobre el coeficiente. transferencia de calor.
Teniendo en cuenta estas características, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son siguientes tipos:
- con compensador de temperatura en la carcasa;
- con tubos fijos;
- con cabeza flotante;
- con tubos en forma de U.
El modelo con tubos en forma de U consta de una placa tubular en la que se sueldan estos elementos. Esto permite que la parte redondeada del tubo descanse sin obstáculos sobre los protectores giratorios de la carcasa, mientras que estos pueden expandirse linealmente, lo que permite su uso en amplios rangos de temperatura. Para limpiar los tubos en U, es necesario quitar toda la sección y utilizar productos químicos especiales.
Cálculo de parámetros
Durante mucho tiempo, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos fueron considerados los más compactos entre los existentes. Sin embargo, han aparecido unos que son tres veces más compactos que los de carcasa y tubos. Además, las características estructurales de un intercambiador de calor de este tipo conducen a la aparición de tensiones térmicas debido a las diferencias de temperatura entre las tuberías y la carcasa. Por lo tanto, al elegir unidad similar Es muy importante hacer un cálculo adecuado.
Fórmula para calcular el área de un intercambiador de calor de carcasa y tubos.
F—área de superficie de intercambio de calor;
t av – diferencia de temperatura promedio entre refrigerantes;
K – coeficiente de transferencia de calor;
Q es la cantidad de calor.
para llevar a cabo calculo termico El intercambiador de calor de carcasa y tubos requiere los siguientes indicadores:
- consumo máximo de agua de calefacción;
- Características físicas del refrigerante: viscosidad, densidad, conductividad térmica, temperatura final, capacidad calorífica del agua a temperatura media.
A la hora de pedir un intercambiador de calor de carcasa y tubos, es importante saber qué características técnicas tiene:
- presión en tuberías y carcasas;
- diámetro de la carcasa;
- ejecución (horizontal\vertical);
- tipo de placas tubulares (móviles/fijas);
- versión climática.
Es bastante difícil hacer un cálculo competente por su cuenta. Esto requiere conocimiento y una comprensión profunda de toda la esencia del proceso de su trabajo, por lo tanto la mejor manera recurrirá a especialistas.
Funcionamiento de un intercambiador de calor tubular.
El intercambiador de calor de carcasa y tubos es un dispositivo que se caracteriza por una larga vida útil y buenos parametros operación. Sin embargo, como cualquier otro dispositivo, requiere un mantenimiento programado para un funcionamiento de alta calidad y a largo plazo. Dado que en la mayoría de los casos los intercambiadores de calor de carcasa y tubos funcionan con líquido que no ha sido limpiado previamente, tarde o temprano los tubos de la unidad se obstruyen y se forman sedimentos en ellos, creando un obstáculo para el libre flujo del fluido de trabajo.
Para garantizar que la eficiencia operativa del equipo no disminuya y que la unidad de carcasa y tubos no se estropee, se debe limpiar y lavar sistemáticamente.
Gracias a esto podrá realizar trabajo de calidad por mucho tiempo. Cuando el dispositivo caduque, se recomienda reemplazarlo por uno nuevo.
Si es necesario reparar un intercambiador de calor tubular, primero es necesario diagnosticar el dispositivo. Esto identificará los principales problemas y determinará el alcance del trabajo a realizar. Su parte más débil son las trompas y, en la mayoría de los casos, el principal motivo de reparación es el daño a la trompa.
Para diagnosticar un intercambiador de calor de carcasa y tubos, se utiliza el método. pruebas hidráulicas.
En esta situación, es necesario reemplazar los tubos, y este es un proceso que requiere mucha mano de obra. Es necesario tapar los elementos averiados, lo que a su vez reduce la superficie de intercambio de calor. llevando a cabo trabajos de renovacion, es imperativo tener en cuenta el hecho de que cualquier intervención, incluso la más mínima, puede provocar una disminución de la transferencia de calor.
Ahora ya sabe cómo funciona un intercambiador de calor de carcasa y tubos, qué tipos y características tiene.
Un intercambiador de calor es un dispositivo en el que se transfiere calor entre refrigerantes.
Principio de funcionamiento
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son del tipo recuperativo, donde los medios están separados por paredes. Su trabajo implica procesos de intercambio de calor entre líquidos. En este caso, puede haber un cambio en su estado de agregación. El intercambio de calor también puede tener lugar entre un líquido y vapor o gas.
Ventajas y desventajas
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos son comunes debido a las siguientes cualidades positivas:
- resistencia a estrés mecánico y golpe de ariete;
- bajos requisitos de limpieza ambiental;
- alta confiabilidad y durabilidad;
- amplia gama de modelos;
- Posibilidad de uso con diferentes ambientes.
Las desventajas de este tipo de modelo incluyen:
- bajo coeficiente de transferencia de calor;
- dimensiones importantes y alto consumo de metal;
- alto precio debido al mayor consumo de metales;
- la necesidad de utilizar dispositivos con un gran margen para tapar tuberías dañadas durante las reparaciones;
- Las fluctuaciones en el nivel de condensado cambian de forma no lineal la transferencia de calor en los dispositivos horizontales.
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos tienen un coeficiente de transferencia de calor bajo. Esto se debe en parte al hecho de que el espacio de la carcasa es 2 veces mayor que la sección transversal total de los tubos. El uso de deflectores guía permite aumentar la velocidad del fluido y mejorar la transferencia de calor.
El refrigerante pasa a través del espacio entre tubos y el medio calentado se suministra a través de los tubos. Asimismo, también se puede enfriar. La eficiencia de la transferencia de calor se garantiza aumentando el número de tubos o creando una corriente cruzada del refrigerante externo.
Compensación por expansión térmica.
La temperatura de los refrigerantes es diferente y, como resultado, se produce una deformación térmica de los elementos estructurales. El intercambiador de calor de carcasa y tubos se fabrica con o sin compensación de alargamiento. Se permite la fijación rígida de los tubos cuando la diferencia de temperatura entre este y el cuerpo es de hasta 25-30 0 C. Si excede estos límites, se utilizan los siguientes compensadores de temperatura.
- Cabezal "flotante": una de las rejillas no tiene conexión con la carcasa y se mueve libremente en dirección axial a medida que los tubos se alargan. El diseño es el más confiable.
- El cuerpo tiene un compensador de lente en forma de ondulación, que puede expandirse o contraerse.
- En la parte inferior superior se instala un compensador del prensaestopas, que tiene la capacidad de moverse junto con la rejilla durante la expansión térmica.
- Los tubos en forma de U se extienden libremente en el entorno del refrigerante. La desventaja es la complejidad de la fabricación.
Tipos de intercambiadores de calor de carcasa y tubos.
El diseño de los dispositivos es sencillo; siempre hay demanda de ellos. El cuerpo cilíndrico es una carcasa de acero. gran diámetro. En sus bordes hay bridas sobre las que se instalan las tapas. En las placas de tubos, los haces de tubos se fijan mediante soldadura o abocardado en el interior del cuerpo.
Los materiales de los tubos son acero, cobre, latón, titanio. Tablones de acero asegurados entre bridas o soldados a la carcasa. Entre ellos y el interior de la carrocería se forman cámaras a través de las cuales pasan los refrigerantes. También hay deflectores que cambian el movimiento de los fluidos que pasan a través de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos. El diseño le permite cambiar la velocidad y la dirección del flujo que pasa entre los tubos, aumentando así la intensidad de la transferencia de calor.
Los dispositivos pueden ubicarse en el espacio de manera vertical, horizontal o inclinada.
Los diferentes tipos de intercambiadores de calor de carcasa y tubos se diferencian por la ubicación de las particiones y el diseño de los compensadores de expansión de temperatura. Con una pequeña cantidad de tubos en el haz, la carcasa tiene un diámetro pequeño y las superficies de intercambio de calor son pequeñas. Para aumentarlos, los intercambiadores de calor se conectan en serie en secciones. El más simple es el diseño "tubo dentro de tubo", que a menudo se fabrica de forma independiente. Para hacer esto, es necesario seleccionar correctamente los diámetros de los internos y tubo exterior y la velocidad de los flujos de refrigerante. La facilidad de limpieza y reparación está garantizada por los codos que conectan las secciones adyacentes. Este diseño se utiliza a menudo como intercambiadores de calor de carcasa y tubos de vapor y agua.
Los intercambiadores de calor en espiral son canales fabricados forma rectangular y soldados a partir de láminas a lo largo de las cuales se mueven los refrigerantes. La ventaja es la gran superficie de contacto con los líquidos, pero la desventaja es la baja presión permitida.
Nuevos diseños de intercambiadores de calor.
Hoy en día comienza a desarrollarse la producción de intercambiadores de calor compactos con superficies texturizadas y movimiento intenso de líquidos. Como resultado, sus características técnicas se acercan a las de los dispositivos de placa. Pero la producción de estos últimos también se está desarrollando y es difícil alcanzarlos. Es aconsejable sustituir los intercambiadores de calor de carcasa y tubos por intercambiadores de calor de placas debido a las siguientes ventajas:
La desventaja es la rápida contaminación de las placas debido al pequeño tamaño de los espacios entre ellas. Si filtra bien los refrigerantes, el intercambiador de calor funcionará durante mucho tiempo. Pequeñas partículas no quedan retenidos en las placas pulidas y la turbulencia de los líquidos también evita la deposición de contaminantes.
Aumentar la tasa de intercambio de calor de los dispositivos.
Los especialistas crean constantemente nuevos intercambiadores de calor de carcasa y tubos. Presupuesto mejorado utilizando los siguientes métodos:
La turbulización de los flujos de líquido reduce significativamente los depósitos de sarro en las paredes de las tuberías. De este modo no son necesarias las medidas de limpieza necesarias en superficies lisas.
La producción de intercambiadores de calor de carcasa y tubos con la introducción de nuevos métodos permite aumentar la eficiencia de la transferencia de calor entre 2 y 3 veces.
Teniendo en cuenta el consumo y el coste de energía adicional, los fabricantes suelen intentar sustituir el intercambiador de calor por un intercambiador de calor de placas. En comparación con los sistemas convencionales de carcasa y tubos, su transferencia de calor es entre un 20 y un 30 % mejor. Esto está más relacionado con el desarrollo de la producción. nueva tecnología, que todavía atraviesa dificultades.
Funcionamiento de intercambiadores de calor.
Los dispositivos necesitan inspección periódica y control del trabajo. Los parámetros, como la temperatura, se miden por sus valores de entrada y salida. Si la eficiencia del trabajo ha disminuido, es necesario comprobar el estado de las superficies. Los depósitos de sal afectan especialmente los parámetros termodinámicos de los intercambiadores de calor donde los espacios son pequeños. Se limpian las superficies químicamente, así como mediante el uso de vibraciones ultrasónicas y turbulización de los flujos de refrigerante.
La reparación de dispositivos de carcasa y tubos consiste principalmente en sellar tubos con fugas, lo que empeora sus características técnicas.
Conclusión
Los intercambiadores de calor de carcasa y tubos óptimos compiten con los intercambiadores de calor de placas y pueden utilizarse en muchos campos de la tecnología. Los nuevos diseños tienen dimensiones y consumo de metal significativamente más pequeños, lo que permite reducir las áreas de trabajo y reducir los costos de creación y operación.
Intercambiadores de calor de carcasa y tubos, sus tipos y diseño.
Intercambiadores de calor de carcasa y tubos– el diseño más común de equipos de intercambio de calor. Según GOST 9929, los intercambiadores de calor de carcasa y tubos de acero se fabrican en los siguientes tipos: HP - con placas de tubos fijos; conocimientos tradicionales – con compensador de temperatura en la carcasa; TP – con cabeza flotante; TU – con tubos en forma de U; TPK: con un cabezal flotante y un compensador (Figura 2.49).
Figura 2.49 – Tipos de TOA de carcasa y tubo
Dependiendo del propósito, los dispositivos de carcasa y tubos pueden ser intercambiadores de calor, refrigeradores, condensadores y evaporadores; Se fabrican de una y varias pasadas.
Figura 2.50 – Intercambiador de calor horizontal de dos pasos tipo TN
Un intercambiador de calor horizontal de dos pasos con placas de tubos fijas (tipo TN - Figura 2.50) consta de una carcasa cilíndrica soldada 5, una cámara de distribución 11 y dos cubiertas 4. El haz de tubos (Figura 2.51) está formado por tubos 7 fijados en dos Placas tubulares 3. Las placas tubulares están soldadas a la carcasa. Las tapas, la cámara de distribución y la carcasa están conectadas mediante bridas. La carcasa y la cámara de distribución tienen accesorios para la entrada y salida de refrigerantes de los espacios de tubería (accesorios 1, 12) y entre tubos (accesorios 2, 10). La partición 13 en la cámara de distribución forma conductos de refrigerante a través de las tuberías (Figura 2.52). Para sellar la conexión entre el tabique longitudinal y la placa tubular se utiliza una junta 14, colocada en la ranura de la rejilla 3.
Figura 2.51 – Haz de tubos
 |  |
| Figura 2.52 – TOA doble | Figura 2.53 – Placa tubular |
Los intercambiadores de calor de este grupo se fabrican para una presión nominal de 0,6 a 4,0 MPa, con un diámetro de 159 a 1200 mm y una superficie de intercambio de calor de hasta 960 m2; su longitud es de hasta 10 m y su peso es de hasta 20 toneladas. Los intercambiadores de calor de este tipo se utilizan hasta temperaturas de 350 °C.
Una característica de los dispositivos tipo TN es que las tuberías están conectadas rígidamente a las placas de tubos (Figura 2.53) y las rejillas están conectadas al cuerpo. En este sentido, se excluye la posibilidad de movimientos mutuos de tuberías y carcasas; Por lo tanto, los dispositivos de este tipo también se denominan intercambiadores de calor de diseño rígido.
Dado que la intensidad de la transferencia de calor durante un flujo transversal de refrigerante alrededor de las tuberías es mayor que durante un flujo longitudinal, en el espacio entre tubos del intercambiador de calor se instalan particiones transversales 6 fijadas con bridas 5, asegurando un movimiento en zigzag del refrigerante en el espacio entre tuberías a lo largo de la longitud del aparato.
En la entrada del medio de intercambio de calor al espacio entre tuberías, se proporciona un parachoques 9, una placa redonda o rectangular que protege las tuberías del desgaste erosivo local.
La ventaja de los dispositivos de este tipo es su simplicidad de diseño y, por tanto, su menor coste.
Sin embargo, tienen dos grandes inconvenientes. En primer lugar, la limpieza del espacio entre tubos de tales dispositivos es difícil, por lo que los intercambiadores de calor de este tipo se utilizan en los casos en que el medio que pasa a través del espacio entre tubos es limpio y no agresivo, es decir, cuando no hay necesidad de limpieza.
En segundo lugar, una diferencia significativa entre las temperaturas de los tubos y la carcasa en estos dispositivos conduce a un mayor alargamiento de los tubos en comparación con la carcasa, lo que provoca la aparición de tensiones térmicas en la placa de tubos 5, altera la densidad de laminación del tubo en la red y conduce a la penetración de un medio de intercambio de calor en otro. Por lo tanto, los intercambiadores de calor de este tipo se utilizan cuando la diferencia de temperatura entre los medios de intercambio de calor que pasan a través de los tubos y el espacio entre tubos no es superior a 50 °C y cuando la longitud del aparato es relativamente corta.
Aparatos de carcasa y tubos. con un compensador de lente en el cuerpo (tipo TK) se muestra en la Figura 2.54a. Estos dispositivos tienen una carcasa cilíndrica 1, en la que se encuentra un haz de tubos 2; Placas tubulares 3 con tubos abocardados están unidas al cuerpo del aparato. El intercambiador de calor está cerrado en ambos extremos con tapas 4. El aparato está equipado con accesorios 5 para medios de intercambio de calor; un medio pasa a través de los tubos, el otro pasa a través del espacio entre tubos. Los intercambiadores de calor con compensador de temperatura del tipo TK tienen placas tubulares fijas y están equipados con elementos flexibles especiales 6 (lentes) para compensar las diferencias en el alargamiento de la carcasa y las tuberías que surgen como resultado de las diferencias en sus temperaturas. Muy a menudo, en los dispositivos del tipo TK, se utilizan compensadores de lentes de uno y varios elementos (Figura 2.55), fabricados laminando a partir de carcasas cilíndricas cortas. El elemento de lente que se muestra en la figura 2.55b está soldado a partir de dos semilentes obtenidas de una lámina mediante estampado.
La capacidad de compensación de un compensador de lente es aproximadamente proporcional al número de elementos de lente que contiene; sin embargo, no se recomienda utilizar compensadores con más de cuatro lentes, ya que la resistencia a la flexión de la carcasa se reduce drásticamente. Para aumentar la capacidad de compensación del compensador de lente, se puede precomprimir al ensamblar la carcasa (si está destinado a operación de tracción) o estirarse (si está destinado a operación de compresión).
Al instalar un compensador de lente en dispositivos horizontales, taladre un agujero en la parte inferior de cada lente. agujeros de drenaje con tapones para drenar el agua después de la prueba hidráulica del dispositivo.
Los intercambiadores de calor con tubos en forma de U del tipo TU (Figura 2.56) tienen una placa de tubos en la que se enrollan ambos extremos de los tubos en forma de U 7, lo que garantiza el libre alargamiento de los tubos cuando cambia su temperatura. La desventaja de tales dispositivos es la dificultad de limpieza. superficie interior tuberías, por lo que se utilizan principalmente para productos limpios.
Figura 2.56 – Intercambiador de calor tipo TU
Los intercambiadores de calor de este tipo pueden ser horizontales o verticales. Se fabrican con un diámetro de 325 a 1400 mm con tuberías de 6 a 9 m de longitud, para presiones nominales de hasta 6,4 MPa y para temperaturas de funcionamiento de hasta 450 °C. Peso del intercambiador de calor hasta 30 toneladas.
Para garantizar una entrada y salida separadas de refrigerante, se proporciona una partición en la cámara de distribución (Figura 2.57).
Los intercambiadores de calor del tipo TU son de dos pasos en el espacio tubular y de uno o dos pasos en el espacio anular.
Figura 2.57 – Haz de tubos con tuberías en forma de U
En dispositivos del tipo TU, gratis expansión térmica Tuberías: cada tubería puede expandirse independientemente de la carcasa y de las tuberías vecinas. La diferencia de temperatura entre las paredes de las tuberías a lo largo de los conductos de estos dispositivos no debe exceder los 100 °C. De lo contrario, pueden producirse tensiones térmicas peligrosas en la placa tubular debido a un salto de temperatura en la unión de sus dos partes.
La ventaja del diseño del aparato tipo TU es la posibilidad de retirar periódicamente el haz de tubos (ver Figura 2.57) para limpiar la superficie exterior de las tuberías o reemplazo completo haz. Sin embargo, cabe señalar que la superficie exterior de las tuberías de estos dispositivos es incómoda para la limpieza mecánica.
Dado que la limpieza mecánica de la superficie interior de las tuberías en dispositivos del tipo TU es prácticamente imposible, se debe dirigir al espacio de las tuberías de dichos dispositivos un medio que no forme depósitos que requieran limpieza mecánica.
La superficie interior de las tuberías de estos dispositivos se limpia con agua, vapor, productos derivados del aceite caliente o reactivos químicos. A veces se utiliza un método hidromecánico (suministro de un flujo de líquido que contiene material abrasivo, pelotas duras, etc.).
Uno de los defectos más comunes de un intercambiador de calor de carcasa y tubos del tipo TU es una violación de la estanqueidad de la conexión entre las tuberías y la placa de tubos debido a tensiones de flexión muy importantes que surgen de la masa de las tuberías y la medio que fluye en ellos. En este sentido, los intercambiadores de calor del tipo TU con un diámetro de 800 mm o más están equipados con soportes de rodillos para facilitar la instalación y reducir las tensiones de flexión en el haz de tubos.
Las desventajas de los intercambiadores de calor del tipo TU incluyen el llenado relativamente deficiente de la carcasa con tuberías debido a las limitaciones provocadas por la flexión de las tuberías. Por lo general, se fabrican tubos en forma de U. tubos flexibles en condiciones de frío o calor.
Las desventajas importantes de los dispositivos tipo TU también incluyen la imposibilidad de reemplazar las tuberías (con la excepción de las externas) cuando fallan, así como la dificultad de colocar las tuberías, especialmente si hay una gran cantidad de ellas.
Debido a estas desventajas, los intercambiadores de calor de este tipo no han encontrado un uso generalizado.
Los intercambiadores de calor con cabezal flotante tipo TP (con placa tubular móvil) son el tipo más común de dispositivos de superficie (Figura 2.58). La placa tubular móvil permite que el haz de tubos se mueva libremente independientemente de la carcasa. En dispositivos de este diseño, las tensiones térmicas pueden surgir sólo cuando existe una diferencia significativa en las temperaturas de los tubos.
Los intercambiadores de calor de este grupo están estandarizados según presiones nominales Р у = 1,6 – 6,4 MPa, diámetros de cuerpo de 325–1400 mm y superficies de calentamiento de 10–1200 m2 con longitudes de tubería de 3–9 m. Su peso alcanza las 35 toneladas. a temperaturas de hasta 450 °C.
En los intercambiadores de calor de este tipo, los haces de tubos se pueden retirar con relativa facilidad de la carcasa, lo que los hace más fáciles de reparar, limpiar o reemplazar.
Un condensador horizontal de dos pasos del tipo TP consta de una carcasa 10 y un haz de tubos. La placa tubular izquierda 1 está conectada mediante una conexión de brida a la carcasa y a la cámara de distribución 2, equipada con una partición 4. La cámara se cierra con una tapa plana 3. La placa tubular derecha, móvil, se instala libremente dentro de la carcasa y forma, junto con la tapa 8 unida a ella, una “cabeza flotante”. En el lado del cabezal flotante, el aparato se cierra con una tapa 7. Cuando los tubos se calientan y se alargan, el cabezal flotante se mueve dentro de la carcasa.
Para garantizar el libre movimiento del haz de tubos dentro de la carcasa en dispositivos con un diámetro de 800 mm o más, el haz de tubos está equipado con una plataforma de soporte 6. El accesorio superior 9 está diseñado para introducir vapor y por lo tanto tiene un área de flujo grande; El racor inferior 5 está destinado al drenaje de condensado y tiene unas dimensiones más pequeñas.
Los coeficientes de transferencia de calor significativos durante la condensación son prácticamente independientes del modo de movimiento del medio. Las particiones transversales en el espacio entre tubos de este aparato sirven sólo para soportar los tubos e impartir rigidez al haz de tubos.
Aunque los dispositivos de tipo TP proporcionan una buena compensación de las deformaciones por temperatura, esta compensación no es completa, ya que la diferencia en la expansión de temperatura de los propios tubos conduce a la deformación de la placa de tubos. En este sentido, en intercambiadores de calor de múltiples pasos del tipo TP con un diámetro de más de 1000 mm, cuando existe una diferencia de temperatura significativa (más de 100 °C) entre las temperaturas de entrada y salida del medio en el haz de tubos, Como regla general, se instala una cabeza flotante con un diámetro dividido.
El componente más importante de los intercambiadores de calor de cabezal flotante es la conexión entre la placa de tubos flotantes y la cubierta. Esta conexión debe garantizar la posibilidad de una fácil extracción del haz de la carcasa, del aparato, así como un espacio mínimo Δ entre la carcasa y el haz de tubos. La opción que se muestra en la Figura 2.59a permite retirar el haz de tubos, pero el espacio Δ es mayor (al menos que en los intercambiadores de calor del tipo TH) por el ancho de la brida del cabezal flotante. La fijación según este esquema es la más sencilla; se utiliza a menudo en evaporadores espaciales de vapor.
Colocar una cabeza flotante dentro de una cubierta cuyo diámetro es diámetro mayor carcasa, le permite reducir la brecha; pero esto dificulta el desmontaje del dispositivo, ya que el cabezal flotante no se puede retirar de la carcasa del intercambiador de calor (Figura 2.59b).
Los haces de tubos con cabezal flotante se utilizan especialmente en evaporadores con cámara de vapor.
En estos dispositivos, se debe crear una gran superficie del espejo de evaporación, por lo que el diámetro de la carcasa del evaporador es significativamente mayor que el diámetro del haz de tubos y las particiones en el haz solo sirven para aumentar su rigidez. En el evaporador (Figura 2.60), el nivel de líquido en la carcasa 11 se mantiene mediante la partición 2. Para garantizar un volumen suficiente de espacio de vapor y aumentar la superficie de evaporación, la distancia desde el nivel del líquido hasta la parte superior de la carcasa es de aproximadamente el 30%. de su diámetro. El haz de tubos 3 se encuentra en la carcasa del evaporador, sobre las vigas transversales 4.
.  |
 |
 |
Figura 2.60 – Evaporador
Para facilitar la instalación del haz de tubos, se proporciona una trampilla 10 en la partición 2 y en la parte inferior izquierda, a través de la cual se puede insertar un cable desde un cabrestante en el aparato. El producto se introduce en el evaporador por el racor 5; Para proteger el haz de tubos contra la erosión, se instala un parachoques 6 encima de este racor. Los vapores se descargan a través del racor 9 y el producto a través del racor 1. El refrigerante se suministra al haz de tubos y se descarga a través de los racores 7, 8. En tales dispositivos, Se pueden instalar varios haces de tubos.
Los tubos de intercambio de calor de dispositivos de carcasa y tubos de acero son tubos industriales fabricados comercialmente de acero al carbono, acero resistente a la corrosión y latón. Diámetro tubos de intercambio de calor afecta significativamente la velocidad del refrigerante, el coeficiente de transferencia de calor en el espacio de la tubería y las dimensiones del aparato; Cuanto menor sea el diámetro de las tuberías, mayor será el número de ellas que se podrán colocar en círculos en una carcasa de un diámetro determinado. Sin embargo, las tuberías de pequeño diámetro se obstruyen más rápido cuando se trabaja con refrigerantes contaminados y surgen ciertas dificultades cuando limpieza mecanica y asegurar dichas tuberías mediante abocardado. En este sentido, el más utilizado tubos de acero con diámetro exterior 20 y 25 mm. Cuando se trabaja con líquidos contaminados o viscosos se utilizan tuberías con un diámetro de 38 y 57 mm.
A medida que aumenta la longitud de las tuberías y disminuye el diámetro del aparato, disminuye su coste. El intercambiador de calor más económico con una longitud de tubería de 5 a 7 m.
Las tuberías se fijan en rejillas con mayor frecuencia mediante abocardado (Figura 2.61a, b), con una conexión particularmente fuerte (necesaria si el aparato funciona a hipertensión) se logra construyendo orificios en las placas de los tubos con ranuras anulares, que se llenan con metal de la tubería durante el proceso de abocardado (Figura 2.61b). Además, utilizan la fijación de tuberías mediante soldadura (Figura 2.61c), si el material de la tubería no se puede extraer y se permite una conexión rígida de las tuberías a la placa tubular, así como soldadura (Figura 2.61d), que se utiliza para conectar principalmente tuberías de cobre y latón. En ocasiones se utiliza la conexión de tuberías a la red mediante juntas (Figura 2.61e), que permiten el libre movimiento longitudinal de las tuberías y la posibilidad de su rápida sustitución. Esta conexión puede reducir significativamente deformación por temperatura tuberías, pero es complejo, caro y no lo suficientemente fiable.
El método más común para unir tuberías a rejillas es el abocardado. Los tubos se insertan en los orificios de la rejilla con cierta holgura y luego se enrollan desde el interior. herramienta especial, equipado con rodillos (rodantes). Para intensificar la transferencia de calor, a veces se utilizan turbuladores, elementos que turbulizan o destruyen la capa límite del refrigerante en la superficie exterior de las tuberías. El deseo de intensificar la transferencia de calor de un refrigerante ineficaz (gases, líquidos viscosos) llevó al desarrollo varios diseños tubos con aletas. Se ha establecido que las aletas aumentan no sólo la superficie de transferencia de calor, sino también el coeficiente de transferencia de calor desde la superficie de las aletas al refrigerante debido a la turbulización del flujo por las aletas. Sin embargo, en este caso es necesario tener en cuenta los crecientes costes de bombeo del refrigerante.
Se utilizan tuberías con nervaduras longitudinales (Figura 2.62a) y partidas (Figura 2.62b), con nervaduras transversales de varios perfiles (Figura 2.62c). Las aletas de las tuberías se pueden fabricar en forma de nervaduras en espiral (Figura 2.62d), agujas de varios espesores, etc.
 |  |
Figura 2.62 – Tuberías con aletas
En los intercambiadores de calor de carcasa y tubos se instalan particiones transversales y longitudinales.
Las particiones transversales (Figura 2.63), colocadas en el espacio entre tubos de los intercambiadores de calor, están diseñadas para organizar el movimiento del refrigerante en la dirección perpendicular al eje de las tuberías y aumentar la velocidad del refrigerante en el espacio entre tubos. En ambos casos, aumenta el coeficiente de transferencia de calor en la superficie exterior de las tuberías.
En el espacio entre tubos de condensadores y evaporadores, también se instalan particiones transversales, en las que el coeficiente de transferencia de calor en la superficie exterior de las tuberías es un orden de magnitud mayor que el coeficiente en su superficie interior. En este caso, los tabiques actúan como soportes para el haz de tubos, fijando los tubos a una distancia determinada entre sí y también reducen la vibración de los tubos.