Кожухотрубные теплообменники относятся к поверхностным теплообменным аппаратам рекуперативного типа. Широкое распространение этих аппаратов обусловлено прежде всего надежностью конструкции и большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации:

Однофазные потоки, кипение и конденсация;

Вертикальное и горизонтальное исполнение;

Широкий диапазон давлений теплоносителей, от вакуума до 8,0 МПа;

Площади поверхности теплообмена от малых (1 м 2) до предельно больших (1000 м 2 и более);

Возможность применения различных материалов в соответствии с требованиями к стоимости аппаратов, агрессивностью, температурными режимами и давлением теплоносителей;

Использование различных профилей поверхности теплообмена как внутри труб, так и снаружи и различных турбулизаторов;

Возможность извлечения пучка труб для очистки и ремонта.

Различают следующие типы кожухотрубных теплообменных аппаратов:

Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками (жесткотрубные ТА);

Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с линзовым компенсатором на кожухе;

Теплообменные аппараты с плавающей головкой;

Теплообменные аппараты с U– образными трубами.

Кожухотрубные теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками отличаются простотой конструкции и, следовательно, меньшей стоимостью (рис. 1).

Рис. 1.Кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками:

1 -распределительная камера; 2 -кожух; 3 -теплообменная труба; 4 -поперечная перегородка; 5 -трубная решетка; 6 - задняя крышка кожуха; 7 -опора; 8- дистанционная трубка; 9-штуцеры; 10-перегородка в распределительной камере; 11 - отбойник

Кожухотрубный теплообменный аппарат представляет из себя пучок теплообменных труб, находящихся в цилиндрическом корпусе (кожухе). Один из теплоносителей движется внутри теплообменных труб, а другой омывает наружную поверхность труб. Концы труб закрепляются с помощью вальцовки, сварки или пайки в трубных решетках. В кожух теплообменного аппарата с помощью дистанционных трубок устанавливаются перегородки. Перегородки поддерживают трубы от провисания и организуют поток теплоносителя в межтрубном пространстве, интенсифицируя теплообмен. К кожуху теплообменного аппарата привариваются штуцеры для входа и выхода теплоносителя из межтрубного пространства. На входе теплоносителя в межтрубное пространство в ряде случаев устанавливают отбойники, необходимые для уменьшения вибрации пучка труб, равномерного распределения потока теплоносителя в межтрубном пространстве и снижения эррозии ближайших к входному штуцеру труб. К кожуху теплообменного аппарата с помощью фланцевого соединения крепятся распределительная камера и задняя крышка со штуцерами для входа и выхода продукта из трубного пространства.

В зависимости от расположения теплообменных труб различают теплообменные аппараты горизонтального и вертикального типа.

В зависимости от числа перегородок в распределительной камере и задней крышке кожухотрубчатые теплообменные аппараты делятся на одноходовые, двухходовые и многоходовые в трубном пространстве.

В зависимости от числа продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве, кожухотрубные теплообменники делятся на одно – и многоходовые в межтрубном пространстве.

Теплообменники cнеподвижными трубными решетками применяются, если максимальная разность температур теплоносителей не превышает 80 0 С,и при сравнительно небольшой длине аппарата. Эти ограничения объясняются возникающими в кожухе и в теплообменных трубах температурными напряжениями, способными нарушить герметичность конструкции аппарата.

Для частичной компенсации температурных напряжений в кожухе и в теплообменных трубах используются специальные гибкие элементы (расширители, компенсаторы), установленные на кожухе аппарата. Такие теплообменники называются теплообменными аппаратами с температурным компенсатором на кожухе (рис. 2).

Рис. 2.Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором на кожухе:

1-распределительная камера; 2 - трубные решетки; 3 - компенсатор; 4 - кожух; 5 - опора; 6 - теплообменная труба; 7 -поперечная перегородка; 8 - задняя крышка кожуха; 9 - дистанционная трубка; 10 - штуцеры

В аппаратах подобного типа используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с плавающей головкой (с подвижной трубной решеткой) являются наиболее распространенным типом кожухотрубных теплообменников (рис. 3). Подвижная трубная решетка позволяет трубному пучку свободно перемещаться независимо от корпуса, что значительно снижает температурные напряжения как в кожухе, так и в теплообменных трубах.

Рис. 3.Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой:

1 -крышка распределительной камеры; 2 -распределительная камера; 3 -неподвижная трубная решетка; 4 -кожух; 5 -теплообменная труба; 6 - поперечная перегородка; 7 - подвижная трубная решетка; 8 -задняя крышка кожуха; 9 -крышка плавающей головки; 10 - опора; 11 -катковая опора трубного пучка

Теплообменные аппараты данного типа выполняюся с двумя или с четырьмя ходами по трубному пространству.

Аппараты с плавающей головкой чаще всего выполняются одноходовыми по межтрубному пространству. В аппаратах с двумя ходами по межтрубному пространству устанавливается продольная перегородка.

Кожухотрубчатые теплообменники с U-образнымитрубами (рис. 4)имеют одну трубную решетку, в которую завальцованы оба концаU-образныхтеплообменных труб. Отсутствие других жестких связей теплообменныхU-образныхтруб с кожухом обеспечивает свободное удлинение труб при изменении их температуры. Кроме того, преимущество теплообменников с U-образнымитрубами заключается вотсутствии разъемного соединения внутри кожуха (в отличии от ТА с плавающей головкой), что позволяет успешно применять их при повышенных давлениях теплоносителей, движущихся в трубном пространстве. Недостатком таких аппаратов является трудность чистки внутренней и наружной поверхности труб, вследствие чего они используются преимущественно для чистых продуктов.

Рис. 4. Кожухотрубчатый теплообменник с U-образнымитеплообменными трубами:

1 -распределительная камера; 2 -трубная решетка; 3 -кожух; 4 -теплообменная труба; 5 -поперечная перегородка; 6 -крышка кожуха; 7 -опора; 8 -катковая опора трубного пучка

Эффективность кожухотрубчатых теплообменных аппаратов повышается с увеличением скорости движения потоков теплоносителей и степени их турбулизации. Для увеличения скорости движения потоков в межтрубном пространстве и их турбулизации, повышения качества омывания поверхности теплообмена в межтрубное пространство кожухотрубчатых теплообменных аппаратов устанавливаются специальные поперечные перегородки. Они также выполняют роль опор трубчатого пучка, фиксируя трубы в заданном положении, и уменьшают вибрацию труб.

На рис. 5 показаны поперечные перегородки различных типов. Наибольшее распространение получили сегментные перегородки (рис. 5а).

Рис. 5. Поперечные перегородки кожухотрубных аппаратов:

а - с сегментным вырезом; б - с секторным вырезом; в - перегородки «диск-кольцо»; г - с щелевым вырезом; д - «сплошные»

Поперечные перегородки с секторным вырезом (рис. 5б) оснащены дополнительной продольной перегородкой, равной по высоте половине внутреннего диаметра кожуха аппарата. Секторный вырез, по площади равный четверти сечения аппарата, располагают в соседних перегородках в шахматном порядке. При этом теплоноситель в межтрубном пространстве совершает вращательное движение то по часовой стрелке, то против нее.

Аппараты со «сплошными» перегородками (рис. 5д) используются обычно для чистых жидкостей. В этом случае жидкость протекает по кольцевому зазору между теплообменными трубами и отверстиями в перегородках.

Для повышения тепловой мощности теплообменных аппаратов при неизменных длинах труб и габаритах теплообменника используется оребрение наружной поверхности теплообменных труб. Оребренные теплообменные трубы применяются в тех случаях, когда со стороны одного из теплоносителей трудно обеспечить высокий коэффициент теплоотдачи (газообразный теплоноситель, вязкая жидкость, ламинарное течение и т.д.). На рис. 6приведены варианты наружного оребрения теплообменных труб.

Рис. 6.Оребренные трубы:

а -с приварными «корытообразными» ребрами; б-с завальцованными ребрами; в -с винтовыми накатанными ребрами; г-с выдавленными ребрами; д -с приварными шиловидными ребрами

Для интенсификации теплоотдачи в трубном пространстве используются методы воздействия на поток устройствами, которые турбулизируют теплоноситель в теплообменных трубах. Для этой цели применяются различного рода турбулизирующие вставки, варианты исполнения которых представлены на рис. 7.

Рис. 7. Теплообменные трубы с турбулизаторами:

а -шнековые завихрители; б -ленточные завихрители; в -диафрагмовые трубы с вертикальными канавками; г -диафрагмовые трубы с наклонными канавками; д -проволочные турбулизаторы; е -турбулизирующие вставки

В кожухотрубных теплообменных аппаратах теплоноситель, поступая в межтрубное пространство, в силу конструктивных особенностей делится на несколько потоков (рис. 8):

А – основной поперечный поток;

B– перетоки в щелях между отверстиями в поперечных перегородках и теплообменными трубами;

C– перетоки между кромками перегородок и кожухом;

D– байпасный поток через зазор между пучком труб и кожухом.

Разделение потока теплоносителя, поступающего в межтрубное пространство, на несколько потоков значительно усложняет гидродинамическую картину движения теплоносителя по сравнению с поперечным омыванием пучков труб и оказывает существенное влияние как на конвективный теплообмен, так и на падение давления теплоносителя. Распределение потоков в межтрубном пространстве зависит от конструктивных характеристик теплообменного аппарата, оптимизация которых является главной задачей при создании новых теплообменников.

Рис. 8. Схема потоков теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника:

A- основной поперечный поток; В - перетоки в щелях между отверстиями в перегородках и трубами;C- перетоки между кромкой перегородки и кожухом;D- байпасный поток через зазор между пучком труб и кожухом

Учет распределения потоков теплоносителя в межтрубном пространстве необходим, так как в противном случае возможны значительные ошибки при определении среднего коэффициента теплоотдачи ? и падения давления теплоносителя? p , которые могут составить от 50 до 150 %.

В зависимости от совершенства конструкции теплообменного аппарата меняется и распределение потоков в межтрубном пространстве. При турбулентном режиме течения основной поток (A) не превышает 40 % от всего потока теплоносителя, а при ламинарном – 25 %.

Содержание раздела

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат (рис. 4.9) состоит из кожуха и пучка труб, закрепленных в трубных решетках (досках) для создания проточных каналов. В межтрубное пространство подают, как правило, менее, а в трубы - более загрязненный теплоноситель. Крышки распределительных камер и кожух, замыкающие межтрубное пространство, снабжены штуцерами для подвода и отвода теплоносителей.

Рис.4.9. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты непрерывного действия:

а – одноходовой с жестко закрепленными решетками; б – с концентрическими; в – с сегментными перегородками в межтрубном пространстве; г – с температурными компенсаторами на корпусе; д – с плавающей нижней головкой; е – с U-образными трубами; ж – с сальниковым уплотнением на верхней плавающей головке; 1 – корпус или кожух; 2 – трубные решетки; 3 – трубы; 4 – днища и крышки распределительных камер; 5, 6 – фланцы; 7 – опоры

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации веществ в различных технологических процессах. В частности, их используют как регенеративные подогреватели питательной воды, в системах водоподготовки, в качестве маслоохладителей.

При заданном расходе теплоносителя G , кг/с, и выбранной скорости его движения w, м/с, в трубах их количество в одном ходе теплообменника

n = 4G /(w r p d 2).

Площадь поверхности теплообмена

F = p d ср l n z,

где l - рабочая длина труб; d cp - их расчетный диаметр, равный

d cp = 0,5 (d н + d в);

z - число ходов трубного пространства. Длину теплообменных труб рекомендуется принимать 1000, 1500, 2000, 3000, 4000, 6000 и 9000 мм. В кожухотрубчатых теплообменниках с площадью поверхности до 300 м 2 - не более 4000 мм .

Размещение труб в трубных решетках производится по вершинам равносторонних треугольников, по концентрическим окружностям или по вершинам квадратов. Наиболее распространенным способом является первый вариант (рис. 4.10). Количество труб в аппарате в зависимости от их диаметра, диаметра корпуса и числа ходов в трубном пространстве указано в табл. 4.9 [ 7, 8].

Рис.4.10. Размещение труб в трубной решетке:

а – по концентрическим окружностям; б – по вершинам равносторонних треугольников; в – шахматное; г – коридорное

Таблица 4.9. Количество труб в кожухотрубчатых теплообменниках при размещении их по вершинам равносторонних треугольников [ 7, 8 ]

Диаметр аппарата,	Диаметр труб (наружный), мм
	20		25		38
	одноходовых	двухходовых	одноходовых	двухходовых	одноходовых
159	19		13
273	61	-	42	-	-
325	91	80	61	52	-
400	181	166	111	100	-
600	393 (423)	374 (404)	261 (279)	244 (262)	111 (121)
800	729 (771)	702 (744)	473 (507)	450 (484)	197 (211)
1000	1177 (1247)	1142 (1212)	783 (813)	754 (784)	331 (361)
1200	1705 (1799)	1662 (1756)	1125 (1175)	1090 (1140)	473 (511)
1400	2369 (2501)	2318 (2450)	1549 (1629)	1508 (1588)	655 (711)

П р и м е ч а н и е. В скобках указано количество труб для теплообменников при размещении без отбойников, когда трубы добавлены с двух сторон большого шестиугольника.

Диаметры и шаги отверстий в трубных решетках и перегородках теплообменников, при расположении труб по вершинам равностороннего треугольника, определяют по наружному диаметру труб (табл. 4.10).

Таблица 4.10. Диаметры отверстий в трубных решетках и перегородках кожухотрубчатых теплообменников [ 8 ]

Наружный диаметр	Диаметры отверстий d, mm		Шаг между отверстиями, мм
	в решетке	в перегородке
16	16,3	17,0	22
20	20,4	20,8	26
25	25,4	26,0	32
38	38,7	39,0	48
75	57,8	60,0	70

При развальцовке труб шаг s = (l,3 , 1,6) d н, при сварке s = l,25 d н. Минимальная толщина: для стальной решетки d р мин = 5 + 0,125 d н, медной d р мин = =10 + 0,2 d н Толщина решетки проверяется расчетом на прочность с учетом ослабления ее отверстиями и способа размещения труб.

Внутренний диаметр кожуха одноходового теплообменника D в = s (b – 1) + 4d н или D в = l,l s \(\sqrt{n}\) ; многоходового - D в = l,l s \(\sqrt{n/\psi }\) , где b – число труб на диагонали большого шестиугольника; \(\psi\) – коэффициент заполнения трубной решетки, равный 0,6 - 0,8.

Расчетное значение внутреннего диаметра кожуха округляют до ближайшего из следующего ряда: 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800 и 4000 мм. Цилиндрические кожухи аппаратов можно изготавливать из стальных труб с наружным диаметром 159, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 720, 820, 920 и 1020 мм.

Для теплообменников без перегородок площадь живого сечения межтрубного пространства \({f}_{\text{мт}}=\frac{\pi }{4}\left({D}_{в}^{2}-{\text{nd}}_{н}^{2}z\right)\text{.}\)

Если f мт > f , где f - расчетное значение живого сечения межтрубного пространства, то межтрубное пространство разделяют перегородками на число ходов i = f мт / f . Число ходов в межтрубном пространстве рекомендуется принимать из ряда 1, 2, 3, 4, 6. Для теплообменника, у которого межтрубное пространство разделено на i ходов поперечными сегментными перегородками, приведенное сечение, по площади которого рассчитывается (уточняется) скорость теплоносителя в межтрубном пространстве,

\({f}_{\text{пр}}={f}_{\text{мт}}{l}_{с}\phi /{L}_{\text{экв}},\)

где l c – расстояние между сегментными перегородками; j – коэффициент, учитывающий сужение живого сечения межтрубного пространства\[\phi =\frac{1-{d}_{н}/s}{1-\mathrm{0,9}({d}_{н}/s{)}^{2}};\]

L экв = l c + D в – 4 b /3 – эквивалентная длина пути теплоносителя; b – расстояние от края сегментной перегородки до корпуса аппарата, b = (0,2 , 0,4) D в.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего назначения изготовляют из углеродистой или нержавеющей стали с площадью поверхности теплообмена от 1 до 2000 м 2 на условное давление до 6,4 МПа. Конструктивно они подразделяются на типы, показанные на рис. 4.9. Основные параметры и размеры кожухотрубчатых теплообменных аппаратов приведены в табл. 4.11 – 4.16.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты типа ТН (c неподвижными решетками) и ТК (с линзовыми компенсаторами на кожухе) изготовляют горизонтальными и вертикальными из углеродистой стали (рис. 4.11). Теплообменники типа ТН применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред с температурой от – 30°С до + 350°С на условное давление от 0,6 до 6,4 МПа.

Рис.4.11. Блок из двух кожухотрубчатых теплообменников

При разности температур между теплоносителями свыше 50°С рекомендуется применять теплообменники коллекторного типа, рассчитанные на рабочее давление не более 2,5 МПа .

Теплообменники типа ТН, ТК и ТП, изготовленные из углеродистой стали и предназначенные для взрывоопасной или токсичной среды, в зависимости от температуры должны допускаться в работу при пониженном давлении согласно [ 8 ]. При температурах теплоносителя более 400 о С необходимо применять теплообменники, изготовленные из легированной стали.

Основные параметры теплообменников сварной конструкции приведены в табл. 4.13 и 4.14.

Трубы для теплообменников выбирают из условий работы и агрессивности среды. Для стандартных теплообменников применяют трубы из углеродистой стали 10 или 20, коррозионностойкой стали ОХ18Н10Т и латуни ЛОМш 70-1-0,06. Размещение труб в решетках выполняют по вершинам равносторонних треугольников.

Таблица 4.11. Технические характеристики водо-водяных подогревателей, ГОСТ 27590-88 и ОСТ 34-588-68

Обозначение	Наружный и внутренний диа­метры корпуса D н /D вн, мм	Длина подогре­вателя с калачами	Число тру­бок	Площадь поверхности нагрева F, м 2	Площадь живого сечения, м 2
					трубок	межтрубного пространства f мт
01 ОСТ 34-558-68 02 ОСТ 34-558-68	57/50	2220	4	0,37	0,00062	0,00116
03 ОСТ 34-558-68 04 ОСТ 34-558-68	76/69	2300	7	0,65	0,00108	0,00233
05 ОСТ 34-558-68 06 ОСТ 34-558-68	89/82	2340	12	1,11	0,00185	0,00287
07 ОСТ 34-558-68 08 ОСТ 34-558-68	114/106	2424	19	1,76	0,00293	0,005
09 ОСТ 34-558-68 10 ОСТ 34-558-68	168/158	2620	37	3,4	0,0067	0,0122
11 ОСТ 34-558-68 12 ОСТ 34-558-68	219/207	2832	64	5,89	0,00985	0,02079
13 ОСТ 34-558-68 14 ОСТ 34-558-68	273/259	3032	109	10	0,01679	0,03077
15 ОСТ 34-558-68 16 ОСТ 34-558-68	325/309	3232	151	13,8	0,02325	0,01464
17 ОСТ 34-558-68 18 ОСТ 34-558-68	377/359	3430	216	19,8	0,03325	0,05781
19 ОСТ 34-558-68 20 ОСТ 34-558-68	426/408	3624	283	25,8	0,04356	0,07191
21 ОСТ 34-558-68 22 ОСТ 34-558-68	530/512	3552	450	41	0,06927	0,11544
26 ОСТ 34-588-68 27 ОСТ 34-583-68	57/50	2220	4	0,36	0,00062	0,00116
28 ОСТ 34-588-68 29 ОСТ 34-588-68	76/69	2300	7	0,64	0,00108	0,00233
30 ОСТ 34-588-68 31 ОСТ 34-588-68	89/82	2340	12	1,1	0,00185	0,00287
32 ОСТ 34-588-68 33 ОСТ 34-588-68	114/106	2424	19	1,74	0,00293	0,005
34 ОСТ 34-588-68 35 ОСТ 34-588-68	168/158	2620	37	3,39	0,0057	0,0122
36 ОСТ 34-588-68 37 ОСТ 34-588-68	219/207	2832	64	5,85	0,00985	0,02079
38 ОСТ 34-588-68 39 ОСТ 34-588-68	273/259	3032	109	9,9	0,01679	0,03077
40 ОСТ 34-588-68 41 ОСТ 34-588-68	325/309	3232	151	13,7	0,02325	0,04454
42 ОСТ 34-588-68 43 ОСТ 34-588-68	377/359	3430	216	19,6	0,03325	0,05781
44 ОСТ 34-588-68 45 ОСТ 34-588-68	426/408	3624	283	25,5	0,04356	0,071191
46 ОСТ 34-588-68 47 ОСТ 34-588-68	530/512	3552	450	40,6	0,06927	0,11544

Таблица 4.12. Технические характеристики горизонтальных пароводяных

подогревателей, ГОСТ 28679-90, ОСТ 34-351-68, ОСТ 34-352-68,

ОСТ 34-376-68 и ОСТ 34-577-68

Обозначение	Наруж-ный и внут-ренний диа­метры корпуса D н /D вн, мм	Дли-на тру-бок	Чис-ло хо-дов	Чис-ло тру­бок	Приве-денное число трубок в вертика-льном ряду m	Площадь поверхности нагрева F ,	Площадь живого сечения, м 2
							межтруб-ного простран-ства	одного хода трубок
01 ОСТ 34-531-68 02 ОСТ 34-531-68 03 ОСТ 34-531-68 04 ОСТ 34-531-68 05 ОСТ 34-531-68 06 ОСТ 34-531-68 07 ОСТ 34-531-68 08 ОСТ 34-531-68 09 ОСТ 34-531-68	325/309	3000	2	68	8,5	9,5	0,061	0,0052
11 ОСТ 34-531-68 12 ОСТ 34-531-68 13 ОСТ 34-531-68 14 ОСТ 34-531-68 15 ОСТ 34-531-68 16 ОСТ 34-531-68 17 ОСТ 34-531-68	325/309	2000	2	68	8,5	6,3	0,061	0,0052
01 ОСТ 34-532-68 02 ОСТ 34-532-68 03 ОСТ 34-532-68 04 ОСТ 34-532-68 05 ОСТ 34-532-68 06 ОСТ 34-532-68 07 ОСТ 34-532-68 08 ОСТ 34-532-68 09 ОСТ 34-532-68	325/309	3000	4	68	8,5	9,5	0,061	0,0026
01 ОСТ 34-576-68 02 ОСТ 34-576-68 03 ОСТ 34-576-68 04 ОСТ 34-576-68 05 ОСТ 34-576-68 06 ОСТ 34-576-68 07 ОСТ 34-576-68 08 ОСТ 34-576-68 09 ОСТ 34-576-68	325/309	3000	2	68	8,5	9,5	0,061	0,0052
11 ОСТ 34-576-68 12 ОСТ 34-576-68 13 ОСТ 34-576-68 14 ОСТ 34-576-68 15 ОСТ 34-576-68 16 ОСТ 34-576-68 17 ОСТ 34-576-68	325/309	2000	2	68	8,5	6,3	0,061	0,0052
01 ОСТ 34-577-68 02 ОСТ 34-577-68 03 ОСТ 34-577-68 04 ОСТ 34-577-68 05 ОСТ 34-577-68 06 ОСТ 34-577-68 07 ОСТ 34-577-68 08 ОСТ 34-577-68 09 ОСТ 34-577-68	325/309	3000	4	68	8,5	9,5	0,061	0,0026

Трубные решетки теплообменников с диаметром кожуха от 600 до 1200 мм, предназначенные для агрессивных сред, изготовляют из двух слоев стали: ВМСтЗсп вместе с Х18Н10Т или из 16ГС вместе с Х18Н10Т.

Теплообменники типа ТН и ТК могут быть собраны в блоки, состоящие из нескольких горизонтальных аппаратов. Количество аппаратов в блоке и габаритные размеры принимают по суммарной площади поверхности теплообмена [ 8 ].

Теплообменники с плавающей головкой (рис. 4.3 и 4.12) применяют для нагрева или охлаждения жидких и газообразных сред в пределах рабочих температур от – 30 до +450 °С и условного давления от 1,6 до 6,4 МПа в трубном или межтрубном пространстве. Основные параметры вертикальных и горизонтальных теплообменников приведены в табл. 4.12, 4.13 и 4.15. Кожух, распределительная камера и крышки изготовляются из стали ВМСтЗсп или из стали 16ГС. В зависимости от назначения аппарата применяются трубы из стали 20 или сплава АМг2М. Для конденсаторов применяют трубы из латуни ЛОМш 70-1-0,06 или ЛАМш 77-2-0,06. Для нагрева или охлаждения агрессивных сред применяют трубы из стали Х5М или из коррозионностойкой стали ОХ18Н10Т. В этом случае трубные решетки изготовляют из стали 16ГС или двух слоев сталей 16ГС и Х18Х10Т.

Рис.4.12. Кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой:

1 – крышка распределительной камеры; 2 – распределительная камера; 3 – кожух; 4 – трубы; 5 – крышка кожуха; 6 – крышка плавающей головки; 7 – опора

Рис.4.13. Кожухотрубчатый теплообменник с U-образными трубами:

1 – крышка распределительной камеры; 2 – кожух; 3 – U-образные трубы; 4 – опора

Теплообменники с U-образными трубами (рис. 4.13) применяют в условиях теплообмена при рабочих тем­пературах среды от –30 до +450 °С. Стандартные теплообменники изготовляют с диаметром кожуха от 325 до 1400 мм и характерными параметрами, указанными в табл. 4.16. Применение теплообменников с U-образными трубами регламентировано условным давлением, которое для нейтральных и невзрывоопасных сред находится в пределах от 1,6 до 6,4 МПа. В теплообменниках с температурой среды от 100 до 450 °С рабочее давление снижается в пределах, указанных в [ 8 ]. Кожух и распределительная камера обычно изготовляются из стали ВМСтЗпс или 16ГС. Теплообменные трубы - из стали 20, а в конденсаторах – из сплава АМг2М.

Расчеты на прочность конструктивных элементов теплообменников из углеродистой или легированной стали выполняют в соответствии с требованиями [ 9 ].

Теплообменные аппараты «труба в трубе» (рис. 4.14) применяют для нагрева и охлаждения жидкостей при давлении до 2,5 МПа и температуре до +450°С. По конструкции различают аппараты жесткой сварной конструкции (тип ТТ), с сальниками на одном или обоих концах труб (тип ТТ-С), с оребренными трубами (тип ТТ-Р). Основные параметры и размеры теплообменников приведены в табл. 4.17. Их изготовляют из цельнокатаных труб. Материал труб – углеродистая или нержавеющая стали.

Рис.4.14. Теплообменник типа «труба в трубе»:

1 – внутренняя труба; 2 – наружная труба; 3 - калач

Последовательное и параллельное соединение отдельных аппаратов «труба в трубе» позволяет создавать теплообменники с площадью поверхности от 1 до 250 м 2 . Простота конструкции аппаратов этого типа позволяет изготавливать их в ремонтных мастерских предприятий.

Таблица 4.13. Теплообменники кожухотрубчатые сварной конструкции с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе [ 8 ]

Диа-метр ха D в, мм	Дав-ле-	Размеры	Количество	Площадь поверхности теплообмена аппаратов,м 2 , при длине труб, мм					Площадь сечения одного хода по трубам, м 2 ·10 2	Площадь проходного сечения, м 2 .I0 2
				2000	3000	4000	6000	9000		В выре-	Между перегород
		20х2	1	22	34	45	68		3,6	2,1	2,5
		20 х 2	2	21	31	41	62	-	1,7
400		25 х 2	1	17	26	35	52	-	3,8	2,2	2,1
		25 х 2	2	15	23	31	47	-	1,7
			1	49	73	98	147		7,9	4,7	5,4
	1,0	20 х 2	2	46 42	70	93	140	-	3,8
600	1,6		6	43	64	86	129	-	1,0
			1	40	61	81	122		9,0	4,9	5,2
	2,5	25 х 2	2	38	57	76	114	-	4,2
	4,0		4	32	49	65	98	-	1,8
			6	34	51	68	102	-	0,9
			1	91	138	184	276	416	14,8	7,8	7,7
	1,0 1,6	20 х 2	2	88	132	177	266	400	7,1
800	1,6		4	82	124	165	248	373	3,3
	2,5		1	74	112	150	226	339	16,7	7,7	7,9
		25 х 2	2	70	106 96	142 128	212 193	320 290	7,8 3,1
	4,0		6	62	93	125	187	282	2,2
	6,0		1		220	295	444	667	23,8	12,5	13,5
	1,0	20 х 2	2 4	-	214 202	286 270	430 406	648 610	11,6 5,1
	1,6		6	-	203	272	409	614	3,4
1000	2,5		1	-	183	244	366	551	27,0	12,1	11,7
		25 х 2	2	-	175	234	353	530	13,2
	4,0		4	-	163	218	329	494	6,0
			6		160	214	322	486	3,8
			1			426	642	964	34,5	17,3	16,5
	0,6	20 х 2	2	-		415	626	942	16,9
	1,0		4	-	-	396	596	897	7,9
1200			6	-	-	397	597	900	5,4
			1			348	525	790	39,0	16,8	15,2
	1,6 2,5	25 х 2	2	-	-	338	509	766	18,9
			6	-	-	316	476	716	5,7

Таблица 4.14. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты [ 8 ]

Основные параметры и размеры	Нормы по типам
	ТН	ТК		ТП ТУ	ТС
	1-2000			10-1250 10-1400	10-315
Условное давление в труб ном или межтрубном пространстве р у, МПа	0,6; 1,0; 1,6;		0,6; 1,0;	1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4	0,6; 1,0
Диаметр кожуха, мм: наружный (при изготовлении из труб) внутренний (при изготовлении из листовой	159; 273; 325; 426 400; (500); 600; 800; 1000; 1200; 1600; 1800; 2000; 2200			325; 426 400; 500; 600; 800; 1000; 1200; 1400	400; 500;
Наружный диаметр и тол щина стенки теплообмен- ных труб, мм	(16Х1,6); 20Х2; 25Х2; 25Х2,5; 38Х2; (38Х3);			20Х2; 25Х2; 25Х2,5
Длина теплообменных труб, мм	1000; 1500; 2000; 3000; 4000; 6000; 9000			3000; 6000; 9000
Схема и шаг размещения теплообменных труб в трубных решетках, мм	По вершинам равносторонних треугольников: 21 для труб диаметром 16			По вершинам квадратов или равносторонних треугольников: 26 для труб диаметром 20

Таблица 4.15. Кожухотрубчатые теплообменники с плавающей головкой [ 8 ]

Диаметр кожуха, мм		Диаметр труб, мм	Koличество ходов по трубам	Площадь поверхности теплообмена, м 2 , при длине труб, мм,					Площадь проходного одного хода по трубам, м 2 x10 3 , при их расположении		Площадь проходных сечений, м 2 -10 3 , при расположении труб
по вершинам квадрата			по вершинам треугольника		по вершинам квадрата		по вершинам треугольника
3000	6000	9000	6000	9000	по вершинам квадрата	по вершам треугольника	в вырезе перегороки	между пере- городками	В вырезе перегородки	между перегородками
D н	325	20	2	11,7	23,4	-	-	-	6,0	-	1,2	2,3	-	-
426	20	2	23,4	47,0	-	-	-	13,0	-	2,1	4,2	-	-»
500	20	2	29,4	79,0	-	-	-	21,0	-	2,6	6,8	-	-
D в	600	20	2 4	-	119,0 111,0	179,0 166,0	135,0 122,0	202,0 183,0	32,0 14,0	36,0	5,3	9,6	4,7	5,8
25	2	-	99,0 90,0	149,0 135,0	109,0 97,0	164,0 146,0	36,0 16,0	40,0 17,0	4,9	9,6	4,6	5,5
800	20	2	-	214,0 200,0	322,0 300,0	249,0 231,0	374,0 346,0	55,0 27,0	64,0 31,0	9,2	15,6	7,7	8,6
25	2 4	-	171,0 160,0	258,0 240,0	196,0 178,0	294,0 267,0	60,0 30,0	69,0 30,0	8,4	15,6	7,5	8,8
1000	20	2	-	352,0 336,0	528,0 504,0	411,0 332,0	610,0 576,0	92,0 45,0	107,0 49,0	14,2	24,0	17,6	14,0
25	2	-	291,0 275,0	436,0 413,0	332,0 308,0	502,0 462,0	104,0 48,0	119,0 56,0	12,3	24,0	11,7	12,5
1200	20	2	-	525,0 505,0	788,0 756,0	611,0 584,0	916,0 875,0	140,0 68,0	162,0 78,0	20,5	36,0	17,0	20,0
25	2	-	425,0 405,0	636,0 607,0	490,0 460,0	735,0 693,0	155,0 74,0	179,0 85,0	19,2	29,0	17,0	18,5
1400	20	2	-	726,0 708,0	1090,0 1060,0	843,0 805,0	1260,0 1210,0	194,0 91,0	222,0 107,0	25,0	41,0	22,0	23,0
	25	2	-	590,0 567,0	885,0 852,0	686,0 650,0	1030,0 980,0	215,0 104,0	250,0 116,0	24,0	40,5	22,0	21,0

Таблица 4.16. Кожухотрубчатые теплообменники с U-образными

трубами [ 8]

rowspan="3"| Диаметр		Диа-	Площадь поверхности теплообмена, м 2 , при длине труб, мм, и расположении их в решетках					rowspan="3" | Площадь про-ходного сече-ния одного хода по трубам, м 2 ·io 3 , при их расположении		Площадь проходных сечений, м 2 I0 3 , труб при их расположении
по вершинам квадрата			по вершинам треугольника		по вершинам квадрата		по вершинам треугольника
3000	6000	9000	6000	9000	по вер- шинам квад- рата	по вершинам тре- угольника	в вы- резе перего родки	меж- ду nepe-город- ками	в вы- резе пере-город- ки	меж- ду пере-го- род- ками
D н	325	20	14	28	-	-	-	7	-	1,0	2,5	-	-
426	20	28	55	-	-	-	14	-	1,8	4,6	-	-
D вн	500	20	44	86	-	-	-	22	-	2,6	6,0	-	-
600	20	-	126	188	150	224	33	39	5,1	10,0	4,4	6,0
800	20	-	225	335	263	390	58	68	9,3	17,0	9,0	9,0
1000	20	-	383	567	443	656	98	114	13,0	25,0	12,6	13,0
1200	20	-	575	850	660	973	148	168	19,0	36,0	17,0	21,0
1400	20	-	796 665	1170 964	923 753	1361 1108	202 227	232 262	24,0	47,0 45,0	22,0	28,0 22,0

Таблица 4.17. Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» [ 8 ]

Основные параметры (рис. 4.19)	Аппараты
	разборные одно- и двухпоточ- ные мало- габаритные	неразборные однопоточ- ные мало- габаритные	разборные поточные	неразборные поточные	разборные много- поточные
Наружный диаметр тепло- обменных труб, мм	25, 38, 48, 57		76, 89, 108, 133, 159		38, 48, 57
Наружный диаметр кожуховых труб, мм	57, 76, 89, 108		108, 133, 159, 219		89, 108
Длина кожуховых труб, м	1,5; 3,0; 6,0; 4,5		4,5; 6,0;	6,0; 9,0;	3,0; 6,0;
Площадь поверхности теплообмена, м 2	0,5–5,0	0,1–1,0	5,0–18,0	1,5–6,0	5,0–93,0
Площадь проходных сече- ний, м 2 .I0 4: внутри теплообменных снаружи теплообменных	2,5–35,0	2,5–17,5	50–170	45–170	35–400
Условное давление, МПа: внутри теплообменных снаружи теплообменных	6,4; 10,0;
6,4; 10,0;	1,6; 4,0	1,6; 4,0	1,6; 4,0

Сейчас мы с вами рассмотрим технические характеристики и принцип работы кожухотрубных теплообенников, а так же расчёт их параметров и особенности выбора при покупке.

Теплообменники обеспечивают процесс обмена теплом между жидкостями, каждая из которых имеет разную температуру. В настоящее время кожухотрубный теплообменник с большим успехом нашел свое применение в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, газовой. При их изготовлении не возникает сложностей, они надежны и имеют возможность развивать большую поверхность теплообмена в одном аппарате.

Получили такое название благодаря наличию кожуха, скрывающего внутренние трубы.

Устройство и принцип действия

Строение: конструкция из пучков труб, закрепленных в трубных досках (решетках) крышек, кожухов и опор.

Принцип, по которому осуществляет свою деятельность кожухотрубчатый теплообменник довольно прост. Он заключается в движении холодного и горячего теплоносителей по разным каналам. Теплообмен происходит именно между стенками этих каналов.

Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника

Преимущества и недостатки

Сегодня кожухотрубные теплообменники пользуются спросом у потребителей и не теряют своих позиций на рынке. Это обусловлено немалым количеством достоинств, которыми обладают эти устройства:

1. Высокая стойкость к . Это помогает им легко переносить перепады давления и выдерживать серьезные нагрузки.
2. Не нуждаются в чистой среде. Это значит, что они могут работать с некачественной жидкостью, не прошедшей предварительной очистки, в отличие от множества других видов теплообменников, которые способны работать исключительно в не загрязненных средах.
3. Высокая эффективность.
4. Износостойкость.
5. Долговечность. При должном уходе кожухотрубчатые агрегаты будут работать на протяжении многих лет.
6. Безопасность использования.
7. Ремонтопригодность.
8. Работа в агрессивной среде.

Учитывая вышеизложенные преимущества, можно утверждать об их надежности, высокой эффективности и долговечности.

Кожухотрубные теплообменники в промышленности

Несмотря на большое количество отмеченных преимуществ кожухотрубных теплообменников, данные устройства имеют и ряд недостатков:

• габаритность и значительный вес: для их размещения необходимо помещение значительных размеров, что не всегда является возможным;
• высокая металлоемкость : это является основной причиной их высокой цены.

Виды и типы кожухотрубных теплообменников

Классифицируются кожухотрубные теплообменники в зависимости от того, в каком направлении двигается теплоноситель .

Выделяют следующие виды по этому критерию:

• прямоточный;
• противоточный;
• перекресточный.

Количество трубок, находящихся в сердце кожуха, напрямую влияет на то, с какой скоростью будет двигаться вещество, а скорость оказывает непосредственное влияние на коэффициент теплопередачи .

Учитывая данные характеристики, кожухотрубные теплообменники бывают следующих типов:

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

Модель с U-образными трубками состоит из одной трубной решетки, в которую и вварены данные элементы. Это позволяет округленной части трубки беспрепятственно опираться на поворотные щитки в корпусе, при этом они имеют возможность линейно расширяться, что позволяет их использовать в больших диапазонах температур. Для чистки U-трубок требуется вынимать всю секцию с ними и использовать специальные химические средства.

Расчет параметров

Долгое время кожухотрубные теплообменники считались самыми компактными среди существующих. Однако появились , которые в три раза компактнее кожухотрубных. К тому же, особенности конструкции подобного теплообменника приводят к возникновению температурных напряжений из-за различия температур между трубами и кожухом. Поэтому при выборе подобного агрегата очень важно сделать его грамотный расчет.

Формула расчёта площади кожухотрубчатого теплообменника

F — площадь поверхности теплообмена;
t ср – средняя разность температур между теплоносителями ;
К – коэффициент теплопередачи;
Q — количество теплоты.

Для проведения теплового расчета кожухотрубного теплообменника необходимы следующие показатели:

• максимальный расход греющей воды;
• физические характеристики теплоносителя : вязкость, плотность, теплопроводность, конечная температура, теплоемкость воды при средней температуре.

При осуществлении заказа кожухотрубчатого теплообменника важно знать, какими техническими характеристиками он обладает:

• давление в трубах и кожухе;
• диаметр кожуха;
• исполнение (горизонтальное\вертикальное);
• тип трубных решеток (подвижные\неподвижные);
• климатическое исполнение.

Самостоятельно сделать грамотный расчет достаточно сложно. Для этого необходимы знания и глубокое понимание всей сути процесса его работы, поэтому лучшим способом станет обращение к специалистам.

Эксплуатация трубчатого теплообменника

Кожухотрубный теплообменник является устройством, которое характеризуется высокой продолжительностью срока службы и хорошими параметрами эксплуатации. Однако, как и любому другому устройству, для качественной и долговременной работы ему необходимо плановое обслуживание. Поскольку в большинстве случаев кожухотрубные теплообменники работают с жидкостью, которая не прошла предварительную очистку, трубки агрегата рано или поздно засоряются и на них образуется осадок и создается препятствие для свободного протекания рабочей жидкости.

Чтобы эффективность работы оборудования не снижалась и не произошла поломка кожухотрубного агрегата, следует систематически проводить его чистку и промывку.

Благодаря этому он сможет осуществлять качественную работу на протяжении длительного времени. По истечению срока действия прибора, рекомендуется осуществить замену его на новый.

Если возникла потребность в ремонте трубчатого теплообменника, то первоначально необходимо произвести диагностику устройства. Это позволит выявить основные проблемы и определит объем предстоящей работы. Самая слабая его часть — это трубки, и, чаще всего, основным поводом ремонта является повреждение трубчатки.

Для диагностики кожухотрубного теплообменника используется метод гидравлических испытаний.

В сложившейся ситуации необходимо произвести замену трубок, а это трудоемкий процесс. Необходимо заглушить вышедшие из строя элементы, в свою очередь это сокращает площадь теплообменной поверхности. Осуществляя ремонтные работы, обязательно нужно учитывать тот факт, что любое, даже малейшее вмешательство, может стать причиной уменьшения теплообмена.

Теперь вы знаете, как устроен кожухотрубный теплообменник, какие есть у него разновидности и особенности.

Смонтированная и готовая к работе пластинчатая теплообменная установка отличается небольшими габаритами и высоким уровнем производительности. Так, удельная рабочая поверхность такого аппарата может достигать 1,500 м 2 /м 3 .Конструкция таких аппаратов включает набор гофрированных пластин, которые отделяются друг от друга прокладками. Прокладки образуют герметичные каналы. Среда, отдающая тепло течет в пространстве между полостями, а внутри полостей находится среда, которая поглощает тепло или наоборот. Пластины монтируются на штанговой раме и расположены плотно относительно друг друга.

Каждая пластина оснащена следующий набор прокладок:

• прокладка по периметру, которая ограничивает канал для теплоносителя и два отверстия его входа и выхода;
• две малые прокладки, которые изолируют два других угловых отверстия для прохода второго теплового носителя.

Таким образом, конструкция имеет четыре раздельных канала для входа и выхода двух сред, участвующих в теплообменных процессах. Данный тип аппаратов способен распределять потоки по всем каналам параллельно или последовательно. Так, при необходимости, каждый поток может проходить по всем каналам или определенным группам.

К достоинствам данного типа аппаратов принято относить интенсивность теплообменного процесса, компактность, а также возможность полного разбора агрегата с целью очистки. К недостаткам причисляют необходимость скрупулезной сборки для сохранения герметичности (как результат большого количества каналов). Кроме того, минусами такой конструкции является склонность к коррозии материалов, из которых изготовлены прокладки и ограниченная тепловая стойкость.

В случаях, когда возможно загрязнение поверхности нагрева одним из теплоносителей, используют агрегаты, конструкция которых состоит из попарно сваренных пластин. Если загрязнение нагреваемой поверхности исключено со стороны обоих теплоносителей, применяются сварные неразборные теплообменные аппараты (как, например, аппарат с волнообразными каналами и перекрестным движением теплоносителей).

Принцип действия пластинчатого теплообменника

Пластинчатый теплообменник для дизельного топлива

Наименование	Горячая сторона	Холодная сторона
Расход (кг/ч)	37350,00	20000,00
Температура на входе (°C)	45,00	24,00
Температура на выходе (°C)	25,00	42,69
Потеря давления (bar)	0,50	0,10
Теплообмен (кВт)	434
Термодинамические свойства:	Дизельное топливо	Вода
Удельный вес (кг/м?)	826,00	994,24
	2,09	4,18
Теплопроводимость (Вт/м*K)	0,14	0,62
Средняя вязкость (мПа*с)	2,90	0,75
Вязкость у стенки (мПа*с)	3,70	0,72
Подводящий патрубок	B4	F3
Отводящий патрубок	F4	B3
Исполнение рамы / пластин:
	2 х 68 + 0 х 0
Расположение пластин (проход*канал)	1 х 67 + 1 х 68
Количество пластин	272
	324,00
Материал пластин	0.5 мм AL-6XN
	NITRIL	/ 140
	150,00
	16,00 / 22,88 PED 97/23/EC, Kat II, Modul Al
	16,00
Тип рамы / Покрытие	IS No 5 / Категория C2	RAL5010
	DN 150 Фланец St.37PN16
	DN 150 Фланец St.37PN16
Объем жидкости (л)	867
Длина рамы (мм)	2110
Макс.число пластин	293

Пластинчатый теплообменник для сырой нефти

Наименование	Горячая сторона	Холодная сторона
Расход (кг/ч)	8120,69	420000,00
Температура на входе (°C)	125,00	55,00
Температура на выходе (°C)	69,80	75,00
Потеря давления (bar)	53,18	1,13
Теплообмен (кВт)	4930
Термодинамические свойства:	Пар	Сырая нефть
Удельный вес (кг/м?)		825,00
Удельная теплоемкость (кДж/кг*K)		2,11
Теплопроводимость (Вт/м*K)		0,13
Средняя вязкость (мПа*с)		20,94
Вязкость у стенки (мПа*с)		4,57
Степень загрязнения (м?*K/кВт)		0,1743
Подводящий патрубок	F1	F3
Отводящий патрубок	F4	F2
Исполнение рамы / пластин:
Расположение пластин (проход*канал)	1 х 67 + 0 х 0
Расположение пластин (проход*канал)	2 х 68 + 0 х 0
Количество пластин	136
Фактическая поверхность нагрева (м?)	91.12
Материал пластин	0.6 мм AL-6XN
Материал прокладки / Макс. темп. (°C)	VITON	/ 160
Макс. расчетная температура (C)	150,00
Макс. рабочее давление /испыт. (bar)	16,00 / 22,88 PED 97/23/EC, Kat III, Modul В+C
Макс. дифференциальное давление (bar)	16,00
Тип рамы / Покрытие	IS No 5 / Категория C2	RAL5010
Присоединения на горячей стороне	DN 200 Фланец St.37PN16
Присоединения на холодной стороне	DN 200 Фланец St.37PN16
Объем жидкости (л)	229
Длина рамы (мм)	1077
Макс.число пластин	136

Пластинчатый теплообменник

Наименование Горячая сторона Холодная сторона Расход (кг/ч) 16000,00 21445,63 Температура на входе (°C) 95,00 25,00 Температура на выходе (°C) 40,00 45,00 Потеря давления (bar) 0,05 0,08 Теплообмен (кВт) 498 Термодинамические свойства: Азеотропная смесь Вода Удельный вес (кг/м?) 961,89 993,72 Удельная теплоемкость (кДж/кг*K) 2,04 4,18 Теплопроводимость (Вт/м*K) 0,66 0,62 Средняя вязкость (мПа*с) 0,30 0,72 Вязкость у стенки (мПа*с) 0,76 0,44 Степень загрязнения (м?*K/кВт) Подводящий патрубок F1 F3 Отводящий патрубок F4 F2 Исполнение рамы / пластин: Расположение пластин (проход*канал) 1 х 29 + 0 х 0 Расположение пластин (проход*канал) 1 х 29 + 0 х 0 Количество пластин 59 Фактическая поверхность нагрева (м?) 5,86 Материал пластин 0.5 мм AL-6XN Материал прокладки / Макс. темп. (°C) VITON / 140 Макс. расчетная температура (C) 150,00 Макс. рабочее давление /испыт. (bar) 10,00 / 14,30 PED 97/23/EC, Kat II, Modul Аl Макс. дифференциальное давление (bar) 10,00 Тип рамы / Покрытие IG No 1 / Категория C2 RAL5010 Присоединения на горячей стороне DN 65 Фланец St.37PN16 Присоединения на холодной стороне DN 65 Фланец St.37PN16 Объем жидкости (л) 17 Длина рамы (мм) 438 Макс.число пластин 58

Пластинчатый теплообменник для пропана

Наименование	Горячая сторона	Холодная сторона
Расход (кг/ч)	30000,00	139200,00
Температура на входе (°C)	85,00	25,00
Температура на выходе (°C)	30,00	45,00
Потеря давления (bar)	0,10	0,07
Теплообмен (кВт)	3211
Термодинамические свойства:	Пропан	Вода
Удельный вес (кг/м?)	350,70	993,72
Удельная теплоемкость (кДж/кг*K)	3,45	4,18
Теплопроводимость (Вт/м*K)	0,07	0,62
Средняя вязкость (мПа*с)	0,05	0,72
Вязкость у стенки (мПа*с)	0,07	0,51
Степень загрязнения (м?*K/кВт)
Подводящий патрубок	F1	F3
Отводящий патрубок	F4	F2
Исполнение рамы / пластин:
Расположение пластин (проход*канал)	1 х 101 + 0 х 0
Расположение пластин (проход*канал)	1 х 102 + 0 х 0
Количество пластин	210
Фактическая поверхность нагрева (м?)	131,10
Материал пластин	0.6 мм AL-6XN
Материал прокладки / Макс. темп. (°C)	NITRIL	/ 140
Макс. расчетная температура (C)	150,00
Макс. рабочее давление /испыт. (bar)	20,00 / 28,60 PED 97/23/EC, Kat IV, Modul G
Макс. дифференциальное давление (bar)	20,00
Тип рамы / Покрытие	IS No 5 / Категория C2	RAL5010
Присоединения на горячей стороне	DN 200 Фланец AISI 316 PN25 DIN2512
Присоединения на холодной стороне	DN 200 Фланец AISI 316 PN16
Объем жидкости (л)	280
Длина рамы (мм)	2107
Макс.число пластин	245

Описание пластинчато-ребристых теплообменных аппаратов

Удельная рабочая поверхность данного аппарата может достигать 2,000 м 2 /м 3. К плюсам таких конструкций принято относить:

• возможность теплообмена между тремя и более теплоносителями;
• небольшой вес и объем.

Конструктивно пластинчато-ребристые теплообменники состоят из тонких пластин, между которыми находятся гофрированные листы. Данные листы припаяны к каждой пластине. Таким образом, теплоноситель разбивается на мелкие потоки. Аппарат может состоять из любого числа пластин. Теплоносители могут перемещаться:

• прямотоком;
• перекрестным потоком.

Существуют следующие типы ребер:

• гофрированные (рифленые), образующие волнистую линию вдоль потока;
• прерывистые ребра, т.е. смещенные относительно друг друга;
• чешуйчатые ребра, т.е. имеющие прорези, которые отогнуты в одну или разные стороны;
• шиповидные, т.е. изготовленные из проволоки, которые могут располагаться в шахматном или коридорном порядке.

Пластинчато-ребристые теплообменные аппараты применяют как регенеративные теплообменники.

Блочные графитовые теплообменные аппараты: описание и применение

Теплообменные аппараты , выполненные из графита, характеризуются следующими качествами:

• высокой стойкостью к коррозии;
• высоким уровнем проводимости тепла (может достигать до 100 Вт/(м·К)

Благодаря указанным качествам, теплообменники данного типа широко используются в химической промышленности. Наибольшее распространение получили блочные графитовые аппараты, основным элементом которых является графитовый блок в форме параллелепипеда. В блоке есть непересекающиеся отверстия (вертикальные и горизонтальные), которые предназначаются для движения теплоносителей. Конструкция блочного графитового теплообменника может включать в себя один и более блоков. По горизонтальным отверстиям в блоке осуществляется двухходовое движение теплоносителя, которое возможно благодаря боковым металлическим плитам. Теплоноситель, который перемещается по вертикальным отверстиям, совершает один или два хода, что определяется конструкцией крышек (верхней и нижней). В теплообменниках с увеличенными боковыми гранями, теплоноситель, двигающийся вертикально может делать два или четыре хода.

Графитовый теплообменник, пропитанный фенолоальдегидным полимером, кольцевого блочного типа, с поверхностью теплообмена 320 м 2

Графитовый теплообменник кольцевого блочного типа для H2SO4

Технические характеристики:

Охладитель
Наименование	Размерность	Горячая сторона		Холодная сторона
		Вход	Выход	Вход	Выход
Среда		H2SO4 (94%)		Вода
Расход	м?/ч	500		552,3
Рабочая тепература	°C	70	50	28	40
Физ. Свойства
Плотность	г/cм?	1,7817	1,8011	1
Удельная теплоёмкость	ккал/кг °C	0,376	0,367	1
Вязкость	cП	5	11,3	0,73
Теплопроводность	ккал/чм°C	0,3014	0,295	0,53
Поглощённое тепло	ккал/ч	6628180
Исправленная средняя разность температур	°C	25,8
Перепад давления (допуст./расч.)	кПа	100/65		100/45
Коэффициент теплопередачи	ккал/чм?°C	802,8
Коэффициент загрязнения	ккал/чм?°C	5000		2500
Расчётные условия
Расчётное давление	бар	5		5
Рсчётная температура	°C	100		50
Спецификация / материалы
Требуемая площадь поверхности теплопередачи	м?	320
Прокладки, материал		тефлон (фторопласт)
Блоки, материал		Графит, пропитка фенольно-альдегидным полимером
Размеры (диаметрxдлина)	мм	1400*5590
Внутренний диаметр канала, осевой / радиальный		20мм/14мм
Кол-во проходов		1		1
Кол-во блоков		14

Графитовый теплообменник для суспензии гидрата двуокиси титана и раствора серной кислоты

Технические характеристики:

Наименование	Размерность	Горячая сторона		Холодная сторона
		Вход	Выход	Вход	Выход
Среда		Суспензия гидрата двуокиси Титана и 20% H2SO4		Вода
Расход	м?/ч	40		95
Рабочая тепература	°C	90	70	27	37
Рабочее давление	бар	3		3
Поверхность теплообмена	м?	56,9
Физические свойства
Плотность	кг/м?	1400		996
Удельная теплоёмкость	кДж/кг?°C	3,55		4,18
Удельная теплопроводность	Вт/м?К	0,38		0,682
Динамическая вязкость	сП	2		0,28
Термостойкость к загрязнению	Вт/м??К	5000		5000
Перепад давления(рассчитанный)	бар	0,3		0,35
Теплообмен	кВт	1100
Средняя разница температур	оС	47,8
Коэффициент теплопередачи	Вт/м??К	490
Расчетные условия
Расчётное давление	бар	5		5
Рсчётная температура	°C	150		150
Материалы
Прокладки		PTFE
Кожух		Углеродистая сталь
Блоки		Графит, пропитанный фенольной смолой

Теплопроводы для химической промышленности

Теплопровод является перспективным устройством, применяемым в химической отрасли с целью интенсификации процессов теплообмена. Теплопровод это полностью герметичная труба с любым профилем сечения, выполненная из металла. Корпус трубы футерован пористо-капиллярным материалом (фитилем), стекловолокном, полимерами, пористыми металлами и т.п. Количество подаваемого теплоносителя должно быть достаточным для пропитки фитиля. Предельная рабочая температура колеблется от любой низкой до 2000 °C. В качестве теплоносителя используют:

• металлы;
• высококипящие органические жидкости;
• расплавы солей;
• воду;
• аммиак и т.п.

Одна часть трубы расположена в зоне отвода тепла, остальная - в зоне конденсации паров. В первой зоне образуются пары теплоносителя, во второй зоне они конденсируются. Конденсат возвращается в первую зону благодаря действию капиллярных сил фитиля. Большое количество центров парообразования способствует падению перегрева жидкости во время ее кипения. При этом существенно возрастает коэффициент теплоотдачи при испарении (от 5 до 10 раз). Показатель мощности теплопровода определяется капиллярным давлением.

Регенераторы

Регенератор имеет корпус, круглый или прямоугольный в сечении. Данный корпус изготавливается из листового металла или кирпича, в соответствии с температурой, поддерживаемой в процессе работы. Внутрь агрегата помещается тяжелый наполнитель:

• кирпич;
• шамот;
• рифленый металл и т.п.

Регенераторы, как правило, являются парными аппаратами, поэтому через них одновременно протекает холодный и горячий газ. Горячий газ передает тепло насадке, а холодный получает его. Рабочий цикл состоит из двух периодов:

• разогрев насадки;
• охлаждение насадки.

Насадка из кирпича может выкладываться в различном порядке:

• коридорный порядок (образует ряд прямых параллельных каналов);
• шахматный порядок (образует каналы сложной формы).

Регенераторы могут оснащаться металлическими насадками. Перспективный аппаратом считается регенератор, оснащенный падающим плотным слоем зернистого материала.

Смесительные теплообменные аппараты. Конденсаторы смешения. Барботер. Охладители

Теплообмен веществ (жидкостей, газов, зернистых материалов), при их непосредственном соприкосновении или смешении отличается максимальной степенью интенсивностью. Применение такой технологии диктуется необходимостью технологического процесса. Для смешения жидкостей применяется:

• емкостной аппарат, оснащенный мешалкой;
• инжектор (используются также для непрерывного смешения газов).

Нагревание жидкостей может осуществляться посредством конденсации в них пара. Пар вводится сквозь множественные отверстия в трубе, которая изогнута в форме окружности или спирали и находится в нижней секции аппарата. Устройство, обеспечивающее протекания данного технологического процесса, называется барботером.

Охлаждение жидкости до температуры близкой к 0 °C, может осуществляться посредством ввода льда, который способен поглотить при таянии до 335 кДж/кг тепла либо сжиженных нейтральных газов, характеризующихся невысокой температурой испарения. Иногда применяют холодильные смеси, которые поглощают тепло после растворения в воде.

Жидкость может подогреваться посредством контакта с горячим газом и охлаждаться, соответственно, посредством контакта с холодным. Такой процесс обеспечивается скрубберами (вертикальными аппаратами), где навстречу восходящему потоку газа стекает поток охлаждаемой или нагреваемой жидкости. Скруббер можно наполнять различными насадками с целью увеличения поверхности контакта. Насадки разбивают поток жидкости на маленькие струйки.

К группе смесительных теплообменников также относятся конденсаторы смешения, функция которых состоит в конденсации паров посредством их прямого контакта с водой. Конденсаторы смешения могут быть двух типов:

• прямоточные конденсаторы (пар и жидкость движутся в одном направлении);
• противоточные конденсаторы (пар и жидкость движутся в противоположных направлениях).

Для увеличения площади контакта пара и жидкости, поток жидкости разбивается на мелкие струйки.

Воздушный охладитель с ребристыми трубами

Многие химические установки генерируют большое количество вторичного тепла, которое не регенерируется в теплообменниках и не может быть повторно использовано в процессах. Данное тепло выводится в окружающую среду и поэтому существует необходимость минимизировать возможные последствия. Для этих целей применяют различные типы охладителей.

Конструкция охладителей с ребристыми трубами состоит из ряда ребристых труб, внутри которых течет охлаждаемая жидкость. Наличие ребер, т.е. ребристость конструкции, значительно увеличивает поверхность охладителя. Ребра охладителя обдувают вентиляторы.

Данный тип охладителей используется в случаях, когда отсутствует возможность забора воды для целей охлаждения: например на месте монтажа химических установок.

Оросительные охладители

Конструкция оросительного охладителя представляет собой ряды последовательно смонтированных змеевиков, внутри которых движется охлаждаемая жидкость. Змеевики постоянно орошаются водой, за счет чего и происходит орошение.

Башенные охладители

Принцип действия башенного охладителя заключается в том, что подогретая вода разбрызгивается в верхней части конструкции, после чего стекает вниз по набивке. В нижней части конструкции за счет естественного подсоса, мимо стекающей воды струится поток воздуха, который поглощает часть тепла воды. Плюс, часть воды испаряется в процессе стекания, результатом чего также является потеря тепла.

К недостаткам конструкции относятся ее гигантские габариты. Так, высота башенного охладителя может достигать 100 м. Несомненным плюсом такого охладителя является функционирование без вспомогательной энергии.

Башенные охладители, оснащенные вентиляторами, работают по аналогии. С той разницей, что воздух нагнетается посредством данного вентилятора. Следует отметить, что конструкция с вентилятором значительно компактнее.

Теплообменник с поверхностью теплообмена 71,40 м?

Техническое описание:

Поз.1: Теплообменник

Температурные данные	Сторона A		Сторона B
Среда	Воздух		Дымовые (топочные) газы
Рабочее давление	0.028 бар изб.		0.035 бар изб.
Среда		Газ		Газ
Расход на входе		17 548.72 кг/ч		34 396.29 кг/ч
Расход на выходе		17 548.72 кг/ч		34 396.29 кг/ч
Температура на входе/выходе		-40 / 100 °C		250 / 180 °C
Плотность		1.170 кг/м?		0.748 кг/м?
Удельная теплоемкость		1.005 кДж/кг.К		1.025 кДж/кг.К
Теплопроводность		0.026 Вт/м.К		0.040 Вт/м.К
Вязкость		0.019 мПа.с		0.026 мПа.с
Скрытая теплота

Работа теплообменника

Описание теплообменника

Габариты

L1:	2200 мм
L2:	1094 мм
L3:	1550 мм
LF:	1094 мм
Вес:	1547 кг
Вес с водой:	3366 кг

Фланцевый погружной теплообменник 660 кВт

Технические характеристики:

380 В, 50 Гц, 2x660 кВт, 126 рабочих и 13 резервных ТЭНа, всего 139 ТЭНа, соединение в треугольник 21 канал по 31,44 кВт. Защита - NEMA тип 4,7

Рабочая среда: Газ регенерации (объемные проценты):
N2 - 85%, водяной пар-1,7%, CO2-12.3%, O2-0.9%, Sox-100 ppm, H2S-150ppm, NH3-200ppm. Присутствуют механические примеси - соли аммония, продукты коррозии.

Перечень документов, поставляемых с оборудованием:

Паспорт на фланцевую погружную нагревательную секцию с инструкцией по монтажу, пуску, останову, транспортированию разгрузке, хранению, сведение о консервации;
Чертеж общего вида секции;

Теплообменные аппараты из меди подходят для химически чистых и не агрессивных сред, например, таких как пресная вода. Этот материал обладает высоким коэффициентом теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является довольно высокая стоимость.

Оптимальным решением для очищенных водных сред является латунь. По сравнению с теплообменным оборудованием из меди она дешевле и обладает более высокими характеристиками коррозионной стойкости и прочности. А также стоит отметить, что некоторые латунные сплавы устойчивы к морской воде и высоким температурам. Недостатком материала считается низкие показатели электро- и теплопроводности.

Наиболее распространенным материальным решением в теплообменных аппаратах является сталь. Добавление в состав различных легирующих элементов позволяет улучшить ее механические, физико-химические свойства и расширить диапазон применения. В зависимости от добавленных легирующих элементов сталь может применяться в щелочных, кислотных средах с различными примесями и при высоких рабочих температурах.

Титан и его сплавы качественный материал, с высокими прочностными и теплопроводными характеристиками. Данный материал очень легкий и находит применение в широком диапазоне рабочих температур. Титан и материалы на его основе проявляют хорошую коррозионную стойкость в большинстве сред кислотного или щелочного характера.

Неметаллические материалы применяют в тех случаях, когда требуется проведение теплообменных процессов в особо агрессивных и коррозионно активных средах. Они характеризуется высоким значением коэффициентом теплопроводности и стойкости к наиболее химически активным веществам, что делает их незаменимым материалом применяемым во многих аппаратах. Неметаллические материалы разделяют на два вида органические и неорганические. К органическим относят материалы на основе углерода, такие как графит и пластические массы. В качестве неорганических материалов применяют силикаты и керамику.

• теплоноситель при протекании которого возможно выделение осадка преимущественно направляется с той стороны, с которой легче осуществить очистку теплопередающей поверхности;
• теплоноситель оказывающий корродирующее воздействие направляют по трубам, это обусловлено меньшим требованием расхода коррозионностойкого материала;
• для уменьшения потерь тепла в окружающую среду теплоноситель с высокой температурой направляют по трубам;
• с целью обеспечения безопасности при использовании теплоносителя с высоким давлением принято пропускать его в трубах;
• при протекании теплообмена между теплоносителями находящихся в разных агрегатных состояниях (жидкость-пар, газ), принято направлять жидкость в трубы, а пар в межтрубное пространство.

Подробнее о расчете и подборе теплообменного оборудования

Минимальная/максимальная расчетная температура металла для деталей под давлением: -39 / +30 ?С.

Для деталей не под давлением используется материал согласно EN 1993-1-10.
Классификация зоны: не опасная.
Категория коррозионности: ISO 12944-2: C3.

Тип присоединения труб к трубной доске: обварка.

Электрические двигатели

Исполнение: не взрывобезопасное
Класс защиты: IP 55

Частотные преобразователи

Предусмотрены для 50% электрических двигателей.

Вентиляторы

Лопасти изготовлены из усиленного материала алюминий/пластик с ручной регулировкой шага.

Уровень шума

Не превышает 85 ± 2 дБА на расстоянии 1 м и на высоте 1,5 м от поверхности.

Внешняя рециркуляция

Применяется.

Жалюзи

Верхние, входные и рециркуляционные жалюзи с пневматическим приводом.

Змеевик водяного подогревателя

Размещается на отдельной раме. Каждый подогреватель размещен под трубным пучком.

Вибрационные выключатели

Каждый вентилятор укомплектован вибрационным выключателем.

Стальные конструкции

Включают опоры, стержни, водоотводящие камеры. Комплектный пол для рециркуляции не входит в объем поставки.

Сетчатая защита

Сетчатая защита вентиляторов, вращающихся деталей.

Запасные части

Запасные части для сборки и запуска

• Крепеж для стальных конструкций: 5%
• Крепеж для крышек плит коллекторов: 2%
• Крепеж для штуцеров воздушника и дренажа: 1 комплект каждого типа

Запасные части на 2 года эксплуатации (опционально)

• Ремни: 10% (минимум 1 комплект каждого типа)
• Подшипники: 10% (минимум 1 шт. каждого типа)
• Прокладки для воздушника, дренажа: 2 шт. каждого типа
• Крепеж для воздушника и дренажа: 2 комплекта каждого типа

Специальный инструмент

• Один датчик уровня для установки шага лопастей вентилятора
• Один комплект для ремонта оребрения

Техническая документация на русском языке (2 экз. + CD диск)

Для согласования рабочей документации:

• Чертеж общего вида, включая нагрузки
• Электрическая схема
• Спецификация оборудования
• План тестовых проверок

С оборудованием:

• Основная документация о тестовых проверках согласно стандартов, кодов и других требований
• Инструкция по эксплуатации
• Комплексное описание агрегата

Тестовая и инспекционная документация:

• План тестовых проверок на каждую позицию
• Внутрицеховая инспекция
• Гидростатический тест
• Сертификаты на материалы
• Паспорт сосуда давления
• Инспекция TUV

Отгрузочная информация:

• Трубный пучок полностью собран и протестирован
• Змеевик теплофикационной воды полностью собран
• Жалюзи полностью собраны
• Водоотводящие камеры отдельными частями
• Рециркуляционные жалюзи с плитами отдельными частями
• Вентиляторы в сборе
• Стальные конструкции отдельными частями
• Электрические двигатели, осевые вентиляторы, вибрационные выключатели и запасные части в деревянных ящиках
• Сборка на площадке с помощью крепежа (без сварки)

Объем поставки

Следующее оборудование и проектная документация включены в объем поставки:

• Температурные и механические расчеты
• Трубные пучки с заглушками для воздушника и дренажа
• Вентиляторы в сборе
• Электрические двигатели
• Частотные преобразователи (50/% всех вентиляторов)
• Вибрационные выключатели (100% всех вентиляторов)
• Водоотводящие камеры
• Опорные конструкции
• Платформы обслуживания для опор и лестниц
• Система внешней рециркуляции
• Термодатчики на стороне воздуха
• Жалюзи на рециркуляции/входе/выходе с пневмоприводом
• Петли для подъема
• Заземление
• Поверхностная обработка
• Запасные части для сборки и запуска
• Запасные части на 2 года эксплуатации
• Специальный инструмент
• Ответные фланцы, крепеж и прокладки

Следующее оборудование не включено в объем поставки:

• Услуги монтажа
• Предварительная сборка
• Анкерные болты
• Теплоизоляция и огнезащита
• Опоры для кабелей
• Защита от града и камней
• Платформа для доступа к электрическим двигателям
• Электрические подогреватели
• Шкаф управления для частотных преобразователей*
• Материалы для электрического монтажа*
• Соединения для датчиков давления и температуры*
• Входные и выходные коллекторы, соединительные трубопроводы и фитинги*

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.