Кожухотрубный теплообменник: типы, устройство конструкции, принцип действия, маркировка

От чего зависит эффективность теплообменника

Кожухотрубный т/о

Поверхностный теплообмен происходит всегда через стенку. При этом возникают потери тепла. Чем тоньше перегородка, тем меньше потери. Новый т/о кожухотрубный имеет кпд 75%, но с зарастанием внутренней и верхней поверхности осадком, эффективность аппарата снижается. Он не может удерживать температурный режим. Поэтому аппараты имеют съемный пучок, который прочищают под высоким давлением специальным пистолетом.

Пластинчатые аппараты имеют кпд 90%, но щели между пластинами забиваются, требуется чистка. Для чистки оборудование разбирают

Важно установить на место сетчато-магнитный фильтр, который препятствует образованию осадка. Пластинчатые теплообменники можно подключать к автоматизированному управлению

Пластинчатый разборный т/о

Эффективность процесса зависит от схемы подключения. Полнее теплоотдача у противоточного аппарата, когда потоки движутся навстречу друг другу.

Чем тоньше перегородка, тем лучше идет процесс. Но для аппаратов, работающих под давлением, толщина стенок зависит от способности выдерживать нагрузки на стенки. Если нельзя утоньшить стенки трубок необходимо увеличить поверхность нагрева, сделать аппарат длиннее.

Каждый т/о изготовлен в соответствии с теплотехническим расчетом, имеет паспорт и рассчитан для работы с определенным теплоносителем.

Преимущества и недостатки изделий

     Кожухотрубчатые теплообменники имеют ряд достоинств, обеспечивших конкурентные преимущества в своем сегменте теплообменников на рынке теплового оборудования:

1. Они обладают высокой стойкостью к гидроударам в то время, когда другие аналоги такой способностью не обладают.

2. Они могут работать с загрязненными продуктами или в агрессивных средах в отличие от других теплообменников. Например, пластинчатые аналоги работают исключительно на чистом агенте.

3. Простота обслуживания (легко производить механическую очистку), проведения ПТО и высокая ремонтопригодность.

Недостатками изделий этого типа являются:

1. Более низкий по сравнению с пластинчатыми изделиями коэффициент полезного действия, меньшая площадь теплопередающей поверхности.

2. Большие габариторазмеры, следствием чего является повышенная материалоемкость и стоимость аппарата.

3. Значительная зависимость теплоотдачи от скорости перемещаемого агента.

Преимущества кожухотрубных теплообменников

На заводе «Ремстроймаш» изготавливают теплообменники со следующими особенностями:

• Давление может быть в широком интервале: от вакуума до больших величин. Перепады давления допустимы по обеим сторонам теплообменников.
• Соответствие нормам термического напряжения не привело к значительному увеличению стоимости оборудования.
• При изготовлении могут использоваться различные материалы, удовлетворяющие требованиям к коррозии, температурному режиму, давлению, стоимости.
• Конструкция устройств позволяет легко провести выемку нескольких труб для очищения или ремонта.
• Аппараты могут быть выполнены как в горизонтальном, так и в вертикальном положении при осуществлении процессов кипения и конденсации по горячей и холодной сторонам оборудования.
• Габариты устройств выполняются по индивидуальному заказу: от небольших до максимальных (5000 м2).
• Модификации оборудования содержат разные по свойствам внутренние и наружные напыления труб.
• Эффективность теплообменников достигается благодаря использованию разнообразных интенсификаторов и других дополнительных механизмов.

ООО «Ремстроймаш» занимается выпуском кожухотрубных теплообменников, адаптируемых к различному назначению. Приобретая оборудование у нас, Вы получаете:

• Высокое качество и надежность аппаратов.
• Расширенную гарантию.
• Консультацию по обслуживанию аппаратуры от специалистов широкого профиля с многолетним опытом работы.
• Более выгодное соотношение цены и качества относительно других производителей.
• Инновационные технологии и современный подход к производству теплообменников.

Наше предприятие занимается производством теплообменного оборудования по персональному заказу клиента. Для получения уточняющей информации позвоните по телефону 8-800-100-26-11, и мы с удовольствием ответим на Ваши вопросы.

Виды в зависимости от материала

В зависимости от материала изготовления выделяют чугунные и стальные приборы. У них есть свои достоинства и недостатки.

Чугунные

Основное достоинство устройств, изготовленных из чугуна, — продолжительный эксплуатационный период.

На материале не образуется коррозия при контакте с водой, поэтому устройство служит в течение длительного времени.

Недостаток чугунного изделия — повышенные требования к газовому оборудованию. Это объясняется тем, что участок, расположенный между теплой и сильно нагретой частью устройства — это уязвимая область, где на металле часто образуются трещины.

Предотвратить возникновение дефектов помогает промывка прибора. Такая процедура удаляет отложения в уязвимых участках теплообменника.

Внутри прибора есть место, где теплая вода сталкивается с холодной, т. е. участок, где теплоноситель возвращается в теплообменник из отопительной системы. Это зона риска возникновения низкотемпературной коррозии. Чтобы снизить возможность появления ржавчины, на обратке прибора фиксируют трехходовой кран смесительного действия.

Стальные

Такие теплообменники наиболее распространены. Это объясняется простотой обработки материала и их доступной ценой. Стальные изделия особенно популярны в отечественных приборах отопления.

Основные качества материала:

• Повышенная прочность. Это защищает теплообменник от механических повреждений.
• Пластичность. Такое свойство предотвращает появление трещин на приборе при нагревании.

Недостатки:

• Склонность к возникновению ржавчины. Коррозия образуется внутри и снаружи устройства. Это сокращает эксплуатационный период прибора.
• Теплообменник из стали повышает расход топлива. Это происходит из-за утолщения стенок устройства и увеличения габаритов змеевика при изготовлении прибора. Производители вынуждены выполнять такие манипуляции для повышения инертности.

Советы по эксплуатации

Для обеспечения эффективной и продолжительной работы теплообменного аппарата необходимо неукоснительно соблюдать приведенные ниже правила эксплуатации кожухотрубных теплообменников:

Руководство предприятия или организации обязаны содержать агрегат в строгом соответствии с нормами Правил Госгортехнадзора, обеспечивать безопасность техобслуживания и надежную работу устройства.

Лица, ответственные за безопасность работы теплообменника, назначается соответствующим приказом по предприятию из числа технического персонала предприятия или организации.

К техническому обслуживанию установки могут быть допущены лица, достигшие 18 летнего возраста, прошедшие медкомиссию, производственное обучение, проверку знаний в квалификационной комиссии и вводный инструктаж по правилам техники безопасности при техническом обслуживании теплообменников. Правила обслуживания должны быть размещены в пределах видимости рабочего.

Преобразователь тепловой энергии нуждается в постоянном контроле технического состояния и регулярной очистке от различных загрязнений. Периодичность проверки для систем горячего водоснабжения составляет 6 месяцев. Теплообменники, работающие в отопительных системах, подлежат проверке не реже одного раза в год.

При проведении ремонтных работ и технического обслуживания следует отсоединить переходы и калачи с агрегата, внимательно осмотреть и при необходимости, прочистить трубки с кольцевыми канавками спиральным упругим ершом, после чего тщательно промыть проточной водой. При использовании других методов очистки (химической или гидродинамической) необходимо неукоснительно соблюдать правила проведения очистных работ. В случае протекания теплообменных трубок, поврежденные элементы должны быть своевременно заменены новыми. Прокладки тоже должны быть заменены на новые. По окончанию осмотра, технического обслуживания и ремонтных работ, теплообменник в обязательном порядке подвергают гидравлическим испытаниям. Результат работ фиксируется в техническом паспорте установки.

Категорически запрещается включать теплообменник если:

• давление в системе превышает допускаемое;
• при обнаружении неисправностей в системе предохранительных клапанов;
• в элементах агрегата будут выявлены трещины, вздутия, утончение стенок, утечка теплоносителя через сварные швы, трубки и фланцевые соединения;
• при выходе из строя манометров.

Соблюдение этих правил обеспечит эффективную и длительную работу кожухотрубчатого теплообменника.

Благодаря простоте конструкции, надежности и длительному сроку службы, кожухотрубные теплообменники получили широкое распространение в различных областях промышленности. Наибольшее распространение установки получили в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, однако нередко используются и в других областях народного хозяйства. Одним из главных достоинств кожухотрубчатых агрегатов является простота эксплуатации и технического обслуживания.

Принцип работы кожухотрубных теплообменников и сфера их применения

В самогоноварении многоходовые перекрестноточные холодильники принято называть кожухотрубниками (КХТ), а их однотрубный вариант – противо- или прямоточным холодильником.  Соответственно, при использовании этих конструкций в качестве дефлегматоров — кожухотрубными и рубашечными дефлегматорами.

В домашних самогонных аппаратах, бражных и ректификационных колоннах подачу пара осуществляют в эти теплообменники по внутренним трубам, а охлаждающей воды – в кожух. Любого промышленного конструктора-теплотехника это бы возмутило, так как именно в трубах можно создать высокую скорость теплоносителя, значительно увеличив теплоотдачу и КПД установки. Однако у винокуров свои цели и не всегда нужен высокий КПД.

Например, в дефлегматорах для паровых колонн, наоборот, требуется смягчить градиент температур, размазать зону конденсации как можно больше по высоте, и, сконденсировав необходимую часть пара, не допустить переохлаждения флегмы.  Да еще и точно регулировать этот процесс. На первый план выходят совсем другие критерии.

Среди применяемых в самогоноварении холодильников наибольшее распространение получили змеевики, прямоточники и кожухотрубники. Каждый из них имеет свою сферу использования.

Кожухотрубник выступает на первый план при автономных системах охлаждения, поскольку совершенно нетребователен к давлению воды. Как правило, обычного аквариумного насоса хватает для успешной работы. Кроме того, при мощностях нагрева от 5-6 кВт и выше кожухотрубный холодильник становится практически безальтернативным вариантом, так как длина прямоточного холодильника для утилизации высоких мощностей будет нерациональной.

Для дефлегматоров бражных колонн ситуация несколько иная. При малых, до 28-30 мм, диаметрах колонн наиболее рационален обычный рубашечник (в принципе тот же кожухотрубник).

Для диаметров 40-60 мм лидером становится дефлегматор Димрота. Это высокоточный охладитель с четкой регулируемостью мощностью и абсолютной несклонностью к завоздушиванию. Димрот позволяет настроить режимы с наименьшим переохлаждением флегмы. При работе с насадочными колоннами он, благодаря своей конструкции, дает возможность центрировать возврат флегмы, наилучшим образом орошая насадку.

Кожухотрубник выходит на передний план при системах автономного охлаждения. Орошение насадки флегмой происходит не в центре колонны, а по всей плоскости. Это менее эффективно чем у Димрота, но вполне допустимо. Расход воды при таком режиме у кожухотрубника будет ощутимо выше нежели у Димрота.

Если нужен конденсатор для колонны с жидкостным отбором, то Димрот вне конкуренции за счет точности регулировки и малого переохлаждения флегмы. Кожухотрубник также применяют для этих целей, но переохлаждения флегмы трудно избежать и расход воды будет выше.

Основной причиной популярности кожухотрубников у производителей бытовых аппаратов является то, что они более универсальны в использовании, а их детали легко унифицируются. Кроме того, применение кожухотрубных дефлегматоров в аппаратах типа «конструктор» или «перевертыш» вне конкуренции.

Расчет кожухотрубчатого теплообменника

Расчет кожухотрубного теплообменника подразумевает проведение ряда отдельных расчетов, имеющих целью определить необходимую площадь поверхности теплообмена – значит определить необходимую поверхность теплообменника и подобрать теплообменник в соответствии с ГОСТом.

Для определения требуемой площади поверхности теплопередачи необходимо выполнить следующие виды расчетов:

Тепловой расчет.

Расчет температурных режимов.

Расчет физических параметров рабочей среды.

Расчет коэффициента теплопередачи.

Расчет параметров теплообменника.

Более подробную информацию, касающуюся методики проведения указанных расчетов, можно найти на соответствующих сайтах в интернете или в специальной литературе.

Основные конструкции теплообменников

Труба в трубе – теплообменник, в котором все отдельные компоненты соединяются посредством патрубков и калачей. Вследствие этого образуется цельная система механизма. Чаще всего их эксплуатируют в условиях наличия высокого давления.

Оросительный теплообменник – тип устройств, которые чаще всего используют в роли конденсаторов при изготовлении охлаждающих установок. Это змеевик, образованный горизонтальными трубами, размещенными в вертикально расположенной плоскости. Они образуют множество секций, расположенных параллельно по отношению друг к другу. Каждый ряд оснащен желобом, который выдавливает струйку охлаждающей воды на теплообменный ряд труб. Часть жидкости испаряется, а другая откачивается насосами.

Графитовый теплообменник – тип устройства, используемый в условиях химически агрессивной среды. Чаще всего изготавливаются они из графитных блоков, пропитанных особыми смолами. Блок оснащают каналом для носителя теплоты. Уплотнение блоков происходит посредством использования прокладок из различных материалов.

Теплообменники пластинчатого типа образованы набором пластин, которые изначально были отштампованы для создания волнистой поверхности. Они наделены рядом каналов, по которым движется поток жидкости. Данный теплообменник крайне просто изготовить и/или модифицировать. Он прост в очистке и обладает высоким коэффициентом теплопередачи, но в условиях высокого давления он применяться не может.

Преимущества :

• повышенная стойкость к гидроударам, что выгодно отличает устройства от аналогов;

• способность функционировать в условиях, далеких от идеальных, с использованием сильно загрязненных веществ;

• простота эксплуатации, механическая чистка и техническое обслуживание не представляют трудностей для персонала;

• хорошая ремонтопригодность.

Последнее качество особенно ценно, если сравнивать кожухотрубчатый аппарат с пластинчатым. Пластинчатые установки имеют в конструкции сложные прокладки и чаще подвержены засорению ввиду небольшого поперечного сечения проточных каналов. После каждой чистки аппарата уплотнения меняют, что выходит довольно дорого. Форма прокладок кожухотрубных теплообменников более простая, это облегчает замену. По количеству их нужно меньше.

Кроме того, пластинчатые варианты не пригодны к применению в зонах с жесткой водой или там, где не исключены механические частицы. Кожухотрубные изделия не настолько требовательны, они могут работать даже с морской водой и агрессивными жидкостями.

Типы кожухотрубных теплообменников

Диаметр корпуса кожухотрубчатого теплообменника может составлять от 159 до 3000 мм; длина корпуса колеблется в пределах от 0,1 до нескольких десятков метров. Максимальное давление в системе может достигать 160 кг/см2. В настоящее время самое широкое распространение получили следующие типы теплообменных аппаратов:

• со встроенными трубными решетками. Конструкция таких устройств предусматривает жесткую сцепку всех деталей и узлов, входящих в состав агрегата. Основная область использования эти установок нефтеперерабатывающая и химическая промышленность. Такие теплообменники составляют 75% рыночных предложений. У рассматриваемого типа кожухотрубных теплообменников решетки труб приварены к внутренней поверхности кожуха, а тубы прочно скреплены с решетками. Такая компоновка обеспечивает надежную фиксацию и лишает элементы конструкции возможности свободного перемещения внутри кожуха;
• с температурным компенсатором. Такие кожухотрубные аппараты с помощью продольной деформации или благодаря особым упругим вставкам, расположенных в расширителе возмещают тепловое расширение. Такая конструкция относится к классу полужестких;
• с плавающей головкой. Под плавающей головкой имеется ввиду подвижная трубная решетка. Такая решетка имеет возможность свободного перемещения по системе вместе с крышкой. Аппарат отличается высокой стоимостью, однако этот недостаток полностью компенсируется высокой производительностью и надежностью;
• С U-образной формой труб. В таких конструкциях оба конца трубы привариваются к одной решетке. Радиус изгиба трубы должен быть не менее 4 его диаметров. Такое конструктивное решение позволяет трубам свободно удлиняться;
• С комбинированным наполнением. Конструкция таких аппаратов предусматривает наличие компенсатора. Кроме того, в их состав входит встроенная плавающая головка.

По направлению перемещения теплоносителей, кожухотрубные преобразователи тепловой энергии можно разделить на 3 вида:

• Одноточные.
• Противоточные.
• Перекрестноточные.

Теплообменники могут быть одноходовыми и многоходовыми.

В одноходовых устройствах теплоноситель циркулирует по ограниченному контуру. В качестве примера можно привести водонагреватель ВВП, получивший широкое распространение системах отопления. Такие устройства используются зонах, где интенсивность теплообмена принципиального значения не имеет (температура окружающей среды незначительно отличается от температуры теплоносителя).

Многоходовые устройства имеют поперечные или продольные перегородки, обеспечивающие изменение направления движения теплоносителя. Такие теплообменники применяются на участках, где интенсивность теплообмена особенно важна.

По какому принципу работают агрегаты?

     Применяемый в функционале принцип рекуперации основывается на раздельном теплообмене без перемешивания продуктов. Теплопередача от более нагретой среды менее нагретой осуществляется через стенки труб, разделяющих два агента. При этом соблюдается принцип противотока, как обеспечивающий оптимальную теплопередачу. Один теплоноситель (жидкость, газ, пар) подается под давлением в пространство между труб, второй циркулирует по трубам и может отличаться агрегатным состоянием от первого.

     Далее между жидкими и газообразными веществами происходят теплообменные процессы в штатном режиме. Для увеличения коэффициентов теплоотдачи используются достаточно высокие скорости продуктов. У пара и газа она должна быть 8–25 м/с, для жидких агентов от 1,5 м/с. Для повышения теплоотдачи трубы снабжаются специальными ребрами.

Полезные советы для выбора теплообменника

Программа расчета кожухотрубчатого теплообменника требует четко сформулированных исходных данных. Чтобы работа рекуператора была безупречной, а остановки на ремонт редкими, нужна верно заданная схема.

Есть несколько особенностей, которые очень важны для расчета. Это:

• Скорость теплоносителей. Так, для жидких теплоносителей ω =0,6…6 м/с, для газообразных ω = 3-30 м/с. Чем выше скорость, тем выше тепловая мощность теплообменника. Но при этом растет и расход электроэнергии (нагрузка) на питательный насос, которому нужно «продавить» среду по системе. Чаще всего скорости сознательно занижают.
• При выборе диаметра и материала трубного пучка нужно учесть:
  • качество воды (пара). Шлак и накипь снизят теплопередачу и тепловую мощность рекуператора.
  • чем хуже условия, в которых будет проходить работа теплообменника, тем лучше должна быть сталь, из которой он будет сделан. Если придется делать промывку кислотой, то без нержавейки тут не обойтись. Лучше раз потратиться на изготовление, чем постоянно останавливать рекуператор на ремонт.
• Ограничение по габаритам. Его размеры не должны превышать максимально возможные транспортировочные габариты.
• Ремонтопригодность. После монтажа перед рекуператором должно быть достаточно пространства, чтобы можно было произвести ремонт кожухотрубных теплообменников (вынуть трубную систему из кожуха). Работа сварщиков тоже требует пространства для маневра. Если это невозможно, то рекомендуется конструкция (схема), показанная на рис. 5.
• Удобство эксплуатации. Его конструкция должна предусматривать свободный подход к задвижкам, приборам контроля, фланцам.
• Технология изготовления. Сама работа (технология) и сортамент материалов накладывает определенные ограничения. Так, например, очень трудно будет найти лист толщиной 9 мм, в то время как 10 мм можно купить у любой фирмы. Выточить много деталей — дорого. Желательно такие элементы конструкции сразу менять. И т. д. и т. п.

Рис. 5 Конструкция теплообменника в стесненной компоновке

Изначально неверный расчет рекуператора и выбор неподходящей схемы — главные причины, из-за которых происходит ремонт теплообменного аппарата. Программа по расчету теплообменных аппаратов существенно ускорит процесс расчета, и снизит процент ошибки до нуля. Простой интерфейс программы будет понятен даже начинающему расчетчику.

Область применения

Основные потребители кожухотрубных теплообменников с бытовой точки зрения – жилищно-коммунальные хозяйства. Они применяют агрегаты в составе инженерных сетей. Широко используют изделия теплосети для поставки в жилые дома горячей воды. Если есть возможность, имеет смысл сделать индивидуальный тепловой пункт, он значительно эффективнее, чем централизованная магистраль.

Кожухотрубные устройства нашли применение в нефтедобывающей отрасли, химической и газовой промышленности,в сфере теплоэнергетики

Не обошли их своим вниманием пивное и пищевое производство. Но больше всего востребованы теплообменники в как конденсаторы, утилизаторы тепла отработанных газов и подогреватели

ООО «НЗТО» выпускает изделия, которые характеризуются малой чувствительностью к перепадам температур и давления, не имеют ограничений по рабочим средам. Мы изготавливаем продукцию заданных размеров, горизонтальной или вертикальной ориентации, разных диапазонов рабочего давления и материалов.

Виды и типы кожухотрубных теплообменников

Теплообменник – достаточно сложное устройство, и существует множество его разновидностей. Кожухотрубные теплообменники относятся к виду рекуперативных. Деление теплообменников на виды производится в зависимости от направления движения теплоносителя. Они бывают:

• перекрестноточными;
• противоточными;
• прямоточными.

Кожухотрубные теплообменники получили такое название потому, что тонкие трубки, по которым движется теплоноситель, находятся в середине основного кожуха. От того, какое количество трубок находится в середине кожуха, зависит то, с какой скоростью будет двигаться вещество. От скорости движения вещества будет зависеть, в свою очередь, коэффициент теплопередачи.

Для изготовления кожухотрубных теплообменников используются легированные и высокопрочные стали. Такие виды сталей используется потому, что данные устройства, как правило, работают в крайне агрессивной среде, которая способна вызывать коррозию. Теплообменники разделяются также на типы. Производят следующие типы данных устройств:

• c температурным кожуховым компенсатором;
• c неподвижными трубками;
• c U-образными трубками;
• c плавающей головкой.

Вывод и рекомендации

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:

Теплообменное оборудованиеКожухотрубные теплообменники

Рекомендуемые статьи

• Антикоррозийная защита резервуаров — основные способы защиты Проверки резервуаров, которые продолжительное время находились в эксплуатации, показывают, что их внутренняя и внешняя поверхность повреждена в результате воздействия коррозии. После проведения тщательного анализа следов коррозийных процессов было выявлено, что разрушение металла происходит неравномерно. В зависимости от вида коррозии, которая воздействует на определенный участок, повреждения могут иметь характерный вид и…

• Устройство и назначение газосепараторов Газосепаратор – устройство, предназначенное для удаления жидкой фазы и механических примесей из потоков сжатого газа. Широко используется в технологиях добычи, транспортировки и хранения газовых смесей. Применяется в качестве оснастки на распределяющих и компрессорных станциях, газоперерабатывающих предприятиях. Кроме обеспечения заданной чистоты продукта на сепаратор возлагается дополнительная функция — поддержание…

• Основные методы монтажа резервуаров В современной промышленности принято выделять 4 основных метода возведения наземных резервуаров, каждый из которых имеет как свои преимущества, так и недостатки. 1. Рулонный метод В основе рулонного метода лежит процесс использования листового проката, из которого изготавливается боковая оболочка и днище резервуара. Крыша также изготавливается из высококачественных листов стали. Основными преимуществами метода являются: …

• Какой теплообменник лучше? Нагрев и охлаждение жидкостей является необходимым этапом в ряде технологических процессах. Для этого используются теплообменники. Принцип действия оборудования основан на передаче тепла от теплоносителя, функции которого выполняет вода, пар, органические и неорганические среды. Выбирая, какой теплообменник лучше для конкретного производственного процесса, нужно базироваться на особенностях конструкции и материала, из…