Принцип работы кожухотрубного теплообменника

Теплообменник – агрегат, предназначенный для передачи тепла от одного носителя к другому. Основные конструктивные типы этих устройств: регенераторные и рекуператорные. Наиболее распространен рекуператорный тип, в котором теплоносители разделены перегородкой. Самым популярным в рекуперативной группе является кожухотрубчатый аппарат. Принцип действия кожухотрубного теплообменника заключается в рекуперативном обмене теплоэнергией, который позволяет нагреть или охладить практически любой носитель до требуемой температуры.

Функциональные возможности

Кожухотрубный теплообменник обеспечивает:

• нагрев, охлаждение или установку равновесия между температурами двух сред;
• возможность обмена тепловой энергией между двумя средами, находящимися в разном агрегатном состоянии, – жидкостями, газами, парогазами;
• возможность изменения физического состояния вещества.

Устройство может выполнять функции подогревателя, испарителя, конденсатора. Преимущества:

• надежность, прочность, относительно невысокая стоимость;
• удобные для монтажа формы;
• значительная площадь теплообмена при компактных габаритах;
• работа с веществами в различных агрегатных состояниях;
• механическая устойчивость к гидравлическим ударам;
• возможность использования в загрязненных средах.

У этого агрегата, изготовленного полностью из металла, один основной недостаток – значительная масса. Технические параметры обуславливают востребованность трубчатых теплообменных аппаратов в нефтехимии и добывающих отраслях. А использование устройства в разнообразных и сложных эксплуатационных условиях потребовало создания целого перечня модификаций, приспособленных к решению определенного круга задач.

Конструкция и принцип работы кожухотрубного теплообменника

Основные элементы, входящие в состав агрегата, независимо от его модификации:

• цилиндрический кожух;
• наружные патрубки – входящие и отводные;
• пучок бесшовных труб одинакового диаметра, закрепленный решетками, трубы имеют диаметр 12-57 мм, могут располагаться вертикально или горизонтально;
• днище – плоское или сферической формы.

Принцип действия:

• в трубы поступает рабочий поток №1;
• во внутреннюю полость цилиндра направляется поток среды №2;
• среды обмениваются тепловой энергией через разделительную стенку без непосредственного контакта друг с другом, один поток охлаждается, второй нагревается.

Разновидности конструкций кожухотрубных теплообменников

В зависимости от запланированной области применения, выбирают модели с жестким, полужестким, нежестким кожухом, вертикального или горизонтального расположения, одно- или многоходовые. Конфигурация аппарата, его длина, число трубок обуславливают:

• скорость перемещения среды;
• энергоэффективность;
• коэффициент теплопередачи.

Металлы для изготовления аппаратов выбираются, в зависимости от характеристик рабочих сред, с которыми они будут контактировать. При конструировании новых модификаций разработчики старались устранить основной недостаток этого агрегата – физическое расширение или сужение стальных элементов при транспортировке холодных и горячих сред. Серийно выпускают кожухотрубчатые теплообменники описанных ниже видов.

С температурными компенсаторами на корпусе

Эта конструкция характерна для теплообменников, предназначенных для работы при невысоких давлениях и высоких температурах. Температурные линейные деформации кожуха уравновешиваются с помощью компенсаторов – сильфоновых, сальниковых, линзовых.

Система с плавающей головкой

В конструкции такого агрегата имеется плавающая головка, жестко не связанная с кожухом. Служит для соединения трубок. При температурном воздействии среды изменяется длина трубок, вызывая свободное перемещение головки внутри корпуса. Такая конструкция обеспечивает отсутствие деформаций кожуха и равномерное распределение напряжений. Она применяется в технологических процессах, не предусматривающих сильного загрязнения трубок, или при возможности их простой очистки.

Для обеспечения эффективной работы всех кожухотрубных теплообменников, особенно функционирующих в контакте с загрязненными средами, необходимо выполнение профилактических мероприятий. Они заключаются в аккуратной очистке внутренней поверхности трубок с исключением вероятности их повреждения и в своевременном устранении протечек.