• ООО "Синтек-М": крупнейший поставщик металлопроката, труб, производство кованных изделий

    Наш адрес: г. Полтава, Супруновский промузел, ул. Буровиков 4

  • Оригинальные кованные изделия из металла

    Огромный выбор кованных изделий из металла: заборы и ограды, ворота и калитки, перила и поручни, летние веранды, скамейки, подставки и другие декоративные элменты, которые украсят ваш дом или дачу.

  • Всегда в наличии широкий ассортимент металлических труб

    ... самых разнообразных диаметров и профилей

  • Все виды листового металла и стройматериалов из дерева

    ... доска обрезная, доска половая, вагонка, блокхаус, деревяные уголки, брусы и квадраты

  • Проектирование, изготовление, монтаж и ремонт

    теплообменников, охладителей, фузоловушек, систем аспирации воздуха и другого промышленного оборудования

Теплообменник кожухотрубчатый/кожухотрбуный. Конструкция и основной принцип работы

E-mail

Внешний вид открытого с торца кожухотрубчатого теплообменникаКожухотрубные теплообменники (в некоторых документах они описываются как кожухотрубчатые) относятся к наиболее распространенным аппаратам в процессах теплового обмена в промышленности.

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 прошлого века в связи с потребностями тепловых станций для равномерного отвода вырабатываемой тепловой энергии  к рабочим тепловым носителям. Обычно тепловыми носителями являются жидкости, чаще всего - вода. В качестве генераторов тепловой энергии используются различные 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 кожухотрубных теплообменников 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. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника показана на рисунке:

 

Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника

Развитие конструкции теплообменников

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 м2)
  • 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.

Основные элементы конструкции теплообменников

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. 

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 м2.

Схемы кожухотрубчатых аппаратов наиболее распространенных типов представлены на рисунке:

 

Схемы кожухотрубчатых аппаратов наиболее распространенных теплообменников

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.

Особенности конструкции кожухотрубчатых теплообменников

При проектировании кожухотрубчатых теплообменников проходное сечение межтрубного пространства должно быть 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, зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры. 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°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 или сильфонные (рис. ж) компенсаторы.

Компенсация тепловых расширений конструкции в теплообменниках

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.

Основные типы кожухотрубчатых теплообменников

По ГОСТ 9929–82 стальные кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготовляют следующих типов:

  • Н – с неподвижными трубными решетками;
  • К – с температурным компенсатором на кожухе;
  • П – с плавающей головкой;
  • У – с U-образными трубами;
  • ПК – с плавающей головкой и компенсатором на ней.

 

Медные кожухотрубчатые теплообменники по ГОСТ 11971–77 изготовляют двух типов (Н и К).

В зависимости от назначения кожухотрубчатые аппараты могут быть:

  • теплообменниками;
  • холодильниками;
  • конденсаторами и испарителями;
  • их изготовляют одно- и многоходовыми.

Основные параметры и размеры стальных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов, применяемых для теплообмена жидких и газообразных сред при температуре от –60 до +600 °С (по ГОСТ 9929–82), приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Основные параметры и размеры
стальных кожухотрубчатых теплообменных
аппаратов

Параметр, размер Знамения параметра и размера для теплообменников типа
Н К П У КП
Поверхность теплообмена, м3 от 1 до 5000 от 10 до 1250 от 10 до 1400 от 178 до 1866
Условное давление в трубном или межтрубном пространстве, МПа 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0;6,3; 8,0; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 8,3; 10,0; 12,5; 16,0   5,0; 6,3; 8,0; 10,0;
Диаметр кожуха, мм:
- наружный (из труб) 159; 273; 325; 426; 530; 630;
 
325*1; 426*1; 530*1; 630*1;
- внутренний (из листовой стали) 400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400; 1600; 1800; 2000; 2200; 2400; 2600; 2800; 3000  400*1; 500*1; 600*1; 800; 1000; 1200; 1400; 1600*2; 1800*2; 2000*2; 2200*2; 2400*2; 2600*2; 2800*2 800; 1100; 1200; 1300; 1500; 1600; 1800
Наружный диаметр х толщина стенки теплообменных труб, мм 16х1,5; 16х2; 20х2; 25х1,5; 25х2; 25х2,5; 38х2; 57х3; 20х2; 25х2; 25х2,5; 38х2 20х2; 25х2; 25х2,5 20х2; 25х2; 25х2,5 
Длинна прямого участка теплообменных труб, мм 1000; 1500; 2000; 3000; 4000; 6000; 8000; 9000  3000; 4000; 6000; 9000*1 6000; 9000

*1 только для теплообменников с плавающей головкой и U-образными трубками
*2 только для аппаратов с паровым пространством

Использование стальных, кожухотрубчатых, теплообменных аппаратов различных типов в химических производствах характеризуется приблизительно следующими данными:

  • Н – 75 %;
  • К – 15 %;
  • У – 3 %;
  • П и ПК – остальное.

Варианты материального исполнения теплообменников

Группа  материального исполнения

Материалы деталей трубного пространства

Материалы деталей межтрубного пространства

Труба теплообменная

Трубная решетка

Камера распределительная первая

Труба кожуховая

Решетка кожуховых труб

 Камера распределительная вторая

Камера поворотная

М1

Сталь 20 ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731гр.В,

ГОСТ 8733 гр.В

Сталь 16ГС ГОСТ 5520,

Гр. IV, ГОСТ 19281

Сталь 16ГС ГОСТ 5520,

Трубы-Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731 гр.В

Сталь 20

 ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731гр.В,

ГОСТ 8733 гр.В

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

ГОСТ 847 гр.IV,

ГОСТ19281

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

Трубы-Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731 гр.В

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

Трубы-Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731 гр.В

М2

Стали 08Х18Н10Т,

12Х18Н10Т

ГОСТ 5632,

ГОСТ 9941

Сталь 12Х18н10Т

ГОСТ 5632,

ГОСТ 7350

гр.М2б,

ГОСТ 25054  гр.IV

Двухслойная сталь

16 ГС+ 12Х18Н10Т,

Ст3сп+12Х18Н10Т

ГОСТ 10885

Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731гр.В,

ГОСТ 8733 гр.В

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

ГОСТ 8477 гр. IV,

ГОСТ 19281

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

Трубы-сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731гр.В

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

Трубы-сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731гр.В

М3

Стали 08Х18Н10Т,

12Х18Н10Т  ГОСТ 5632,

ГОСТ 9941

-

-

Стали

08Х18Н10Т,

12Х18Н10Т

ГОСТ 5632,

ГОСТ 9941

-

-

-

М6

Сталь 08Х22Н6Т

ГОСТ 5632, ГОСТ 9941

Сталь 08Х22Н6Т

ГОСТ 5632, ГОСТ 7350

гр.М2б

Сталь 08Х22Н6Т

ГОСТ 5632

Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731 гр.В,

ГОСТ 8733 гр.В

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

ГОСТ 8477

гр. IV,

ГОСТ 19281

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

Трубы-Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731 гр.В

Сталь 16ГС

ГОСТ 5520,

Трубы-Сталь 20

ГОСТ 1050,

ГОСТ 8731 гр.В

Наши вакансии

Металлобазе Синтек-С требуются менеджеры по продажам

Подробнее

Требуется менеджер по продажам

Для контактов

тел./факс:
(0532) 66-88-55
(0532) 66-17-08
(0532) 66-50-34
(0532) 695-600
(0532) 695-600

моб. тел.:
(066) 83-9999-0
(066) 756-56-61
(095) 871-50-78
(095) 392-04-55

sintekv2@rambler.ru


Изготовления охладителей, фузоловушек, шлюзовых  питателей и пр.
гл.инженер Прилуцкий Игорь Николаевич

тел.: 050-405-81-21


Изготовление металлических дверей, решеток, кованных изделий и пр.
Иващенко Владимир Васильевич

тел.: 066 -196-80-22


Адрес металлобазы:

Украина, г. Полтава
Супруновский промузел,
уд. Буровиков 4

Баннер