Кожухотрубный теплообменник – это наиболее распространённый тип рекуперативных теплообменных аппаратов. Современные многочисленные производственные процессы обуславливают изменение температурных параметров всевозможных жидких и газовых рабочих сред. Используя рекуперативный обмен тепловой энергией, можно наиболее эффективно осуществить технологический нагрев или охлаждение практически любого носителя.
Массовое использование на различных производствах обусловлено тем, что теплообменник кожухотрубный имеет отличные технические характеристики:
Теплообменник кожухотрубчатый – это изначально результат инженерной мысли гениальных конструкторов прошлого века, который использовался как теплообменное оборудование первых тепловых электростанций.
Отличная функциональность, доступная цена кожухотрубчатого теплообменника, расчёт которого в комплексе с удобными для монтажа формами, габаритными характеристиками и относительно несложной конструкцией, обусловили его применение в активно развивающихся на тот момент химико-технологической и нефтедобывающей промышленности.
В то же время низкое качество чистоты носителя, работа в условиях высоких температур и давлений, практический метод проб и ошибок предопределили существенную модернизацию первичной конструкции, и теперь кожухотрубный теплообменный аппарат представлен в многочисленных модификациях.
Конструкция теплообменника кожухотрубного имеет несложное устройство и состоит из основных элементов:
Расположение труб может быть вертикальное и горизонтальное, диаметр их варьируется от 12 до 57 мм, а характер геометрической формы различен. Распределительные камеры изолируют направление потоков, а стальные перегородки кожуха обеспечивают фиксацию и конструктивную жёсткость тонких труб, удлиняют путь прохождения горячего теплоносителя, улучшают турбулентность его движения и снижают вероятность отложения механических примесей. Несложное устройство кожухотрубчатого теплообменника позволяет его легко разобрать/собрать и произвести профилактическую очистку межтрубного пучка или пространства.
Если объяснить тривиально, то кожухотрубчатый теплообменный аппарат представляет собой большой цилиндр. Внутри него, как уже указывалось, размещён и надёжно закреплён пучок тонких труб одинакового диаметра. В эти трубы подаётся рабочий поток N1, во внутреннюю полость внешнего цилиндра – рабочий поток N2. Таким образом, обеспечивается контакт двух сред через стенку трубы. В результате теплообмена двух потоков с разной тепловой энергией одна среда снижает параметры своей температуры, вторая, наоборот, повышает.
Такой принцип моделирования и функционирования обеспечивает:
В зависимости от технологических требований производственного процесса устройство теплообменников кожухотрубчатых может быть самых разнообразных конструкций: жёстким, нежёстким и полужестким; горизонтальным, вертикальным и наклонным; одноходовым и многоходовым. От характера движения ликвора их классифицируют на прямоточные, перекрёстноточные и противоточные.
Современное производство теплообменников кожухотрубчатых сводится к серийному выпуску:
ТК с температурными компенсаторами на корпусе. Эта конструкция нашла широкое применение для агрегатов низкого диаметра, работающих при незначительных давлениях, но с высокими температурами. Изменение длины кожуха под воздействием температур компенсируется профилем линзовых, сальниковых и сильфоновых компенсаторов.
ТК с самостоятельной компенсацией трубных пучков представляют собой систему «плавающей» головки. Плавающая головка, соединяющая трубки разных камер, не сопряжена жестко с кожухом агрегата. И при изменяющихся под воздействием температур длинах трубок она свободно перемещается внутри кожуха, поэтому её и называют плавающей. Это позволяет избегать деформации устройства теплообменника кожухотрубчатого и обеспечить равномерное распределение напряжений. Превосходное конструктивное решение, но только для технологических установок, при работе которых не происходит загрязнение труб или образовавшиеся отложения можно удалить посредством традиционных простых способов очистки. Отсутствие днища и плавающей головки значительно снижает стоимость кожухотрубчатого теплообменника и вероятность утечек.
Разнообразие конструкций, форм, размеров, незначительная цена кожухотрубчатого теплообменника отлично дополняются массой преимуществ по сравнению с другими конструкциями теплообменных аппаратов:
В отличие от других конструктивных аналогов теплообменного оборудования кожухотрубный теплообменник не отличается капризностью в эксплуатации, но, тем не менее, следует всё же учесть простые закономерности.
Чем больше загрязнён рабочий носитель, тем быстрее потребуется профилактическая очистка агрегата. При выполнении очистки следует с особой аккуратностью обходиться с внутренними трубками, так как грубое механическое воздействие может привести к их пробиванию или нарушению геометрической формы. В первом случае придётся устранять течь, во втором – снизится равнопроцентная проходимость носителя.
Стоимость теплообменников кожухотрубных и конструкция позволяют использовать их также в качестве холодильников, испарителей и конденсаторов. При введении в эксплуатацию последних потребуется квалифицированная регулировка процесса.
