Кожухотрубный теплообменник: типы, устройство конструкции, принцип действия, маркировка. К какой группе теплообменников относятся кожухотрубчатые теплообменники?

Расчет кожухотрубного теплообменника включает в себя ряд отдельных расчетов для определения необходимой площади теплообмена — то есть определение необходимой площади теплообмена и подбор теплообменника по ГОСТу.

Кожухотрубный теплообменник: технические характеристики и принцип работы

Технические характеристики и принцип работы кожухотрубных теплообменников, а также расчет их параметров и особенности их выбора при покупке описаны ниже.

Теплообменники обеспечивают теплообмен между жидкостями, каждая из которых имеет разную температуру. В настоящее время кожухотрубный теплообменник с большим успехом используется в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, газовой. Их можно легко построить, они долговечны и способны развивать большую поверхность теплопередачи в одном устройстве.

Такое название они получили из-за оболочки, скрывающей внутренние трубки.

Устройство и принцип действия

Конструкция: Конструкция, состоящая из трубных пучков, закрепленных на трубных листах (решетках) с крышками, обшивкой и опорами.

Принцип работы кожухотрубного теплообменника довольно прост. Она заключается в движении холодной и горячей охлаждающей жидкости по различным каналам. Теплообмен происходит именно между стенками этих каналов.

Как работает кожухотрубный теплообменник

Преимущества и недостатки

Сегодня кожухотрубные теплообменники пользуются большим спросом у потребителей и не теряют своего места на рынке. Это объясняется многими преимуществами, которые они предлагают:

1. Высокая стойкость к гидроударам. 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 вышеперечисленные преимущества, можно сказать, что они надежны, высокоэффективны и долговечны.

Кожухотрубные теплообменники в промышленности

Хотя стоит отметить многие преимущества кожухотрубных теплообменников, есть и некоторые недостатки:

• 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.

Что такое кожухотрубный теплообменник?

Кожухотрубные теплообменники — это устройства, используемые для передачи тепловой энергии между двумя рабочими средами — горячей и холодной. Суть теплопередачи заключается в передаче тепловой энергии от теплоносителя, движущегося по трубкам теплообменника, к холодной рабочей среде, движущейся в противоположном направлении в полости тела. Во время движения нагретая среда отдает тепло холодной среде через стенки трубок теплообменника.

Основными потребителями кожухотрубных теплообменников являются жилые и коммерческие здания. Эти единицы часто используются для интеграции технической коммуникации. Тепловые сети активно используют агрегаты для нагрева воды. Там, где это возможно, устанавливаются индивидуальные теплообменники, эффективность которых значительно выше, чем у основных подающих труб.

Кожухотрубные теплообменники широко используются в нефтяной, химической и газоперерабатывающей промышленности. Они также пользуются большим спросом в тепло- и электроэнергетике. Они также незаменимы в пивоваренной и пищевой промышленности. Кожухотрубные теплообменники часто используются в качестве конденсаторов, теплообменников отходящих газов и подогревателей.

Конструкция и принцип работы

Кожухотрубный теплообменник i

Конструкция теплообменника

Основным преимуществом кожухотрубного теплообменника и главной причиной его популярности является простота и надежность конструкции. Кожухотрубный теплообменник состоит из распределительной камеры с теплообменными трубами, кожуха, который обычно имеет цилиндрическую форму, и специальных решеток.

• распределительной камеры с входным и выходным патрубками;
• оболочки, имеющей впускной и выпускной патрубки;
• теплообменных труб;
• трубных решеток;
• задней (разворотной) камеры.

На концах корпуса имеются крышки, которые полностью герметизируют корпус устройства. С помощью кронштейнов, входящих в комплект поставки, теплообменник можно легко установить в горизонтальном положении. Кроме того, имеются кронштейны, которые позволяют расположить устройство по желанию.

Увеличение скорости теплопередачи может быть достигнуто за счет использования оребренных труб. Если необходимо снизить скорость теплопередачи, трубки снабжаются специальной теплоизоляцией. Таким образом, можно значительно увеличить емкость системы. В некоторых случаях применяются специальные конструктивные решения, когда используются две трубы: труба меньшего диаметра вставляется в трубу большего диаметра.

Площадь теплообмена кожухотрубных теплообменников может составлять от 300 см2 до нескольких тысяч квадратных метров. В конденсаторе современной паровой турбины мощностью 300 МВт более 20 000 трубок, а общая площадь теплообмена составляет около 15 000 м2 .

Корпус теплообменника состоит из толстой стальной пластины толщиной не менее 4 мм. Сетки изготавливаются из материала того же качества, но с минимальной толщиной 20 мм. Основным элементом конструкции является ряд трубок. Материал, из которого изготовлены трубки, должен обладать высокой теплопроводностью, чтобы устройство работало эффективно. Положение пучка труб внутри корпуса определяется одной или несколькими решетками.

Принцип работы кожухотрубного теплообменника довольно прост. Среды разделяются внутри кожухотрубного теплообменника таким образом, чтобы они не смешивались друг с другом. Элементы теплообмена — это трубки, расположенные между двумя рабочими средами.

Принцип действия

Один из теплоносителей движется внутри трубок, а другой находится под давлением между трубками. Кожухотрубные теплообменники могут использоваться во всех агрегатных состояниях — паровом, газовом и жидком или в комбинации этих состояний.

Кожухотрубные теплообменники могут иметь диаметр от 159 до 3 000 мм и длину кожуха от 0,1 до нескольких десятков метров. Максимальное давление в системе может достигать 160 кг/см2. В настоящее время наиболее распространены следующие типы теплообменников:

Типы кожухотрубных теплообменников

Кожухотрубные теплообменники можно разделить на 3 типа в зависимости от направления движения теплоносителя:

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

Теплообменники могут быть одиночными или несколькими теплообменниками

• Одноточные.
• Противоточные.
• Перекрестноточные.

Многодиодные устройства имеют поперечные или продольные перегородки, которые позволяют изменить направление движения теплоносителя. Эти теплообменники используются в тех областях, где интенсивность теплообмена особенно важна.

Кожухотрубный теплообменник — это теплообменник, в котором поверхность теплообмена между двумя потоками образована трубами, заключенными в кожух, а передача тепла происходит через поверхность этих труб. Кожухотрубные теплообменники часто используются в нефтеперерабатывающей, химической и газовой промышленности. Также существует большой спрос на теплообменники в энергетике, машиностроении и пищевой промышленности. Нередко кожухотрубные теплообменники используются в качестве конденсаторов, рекуператоров отработанного тепла и подогревателей.

Кожухотрубные теплообменники имеют трехзначное обозначение. Это отражает специфические характеристики подразделения в соответствии с принципами классификации.

Кожухотрубные теплообменные аппараты

Первый символ определяет основную функцию теплообменника:

Второе обозначение определяет характеристики теплообменника.

Существуют различные варианты ассортимента, отличающиеся конструктивными особенностями. Например, это может быть установка с температурным компенсатором в корпусе и плавающей головкой.

• Т – универсальные;
• К – конденсаторы;
• И – испарители;
• Х – холодильники.

Третий символ указывает на тип расположения теплообменника:

• Н – с неподвижными трубными решетками;
• К – модели с температурным компенсатором, закрепленном на обечайке;
• П – устройство с плавающей головкой;
• У – с трубами U-образной формы.

Пример обозначения теплообменника: 1200 TKG-1.2-0.8-M1/20D-5-6-U-I:

Конструкция установки давно модернизирована, так что современное оборудование отвечает высоким эксплуатационным требованиям. Кожухотрубные теплообменники используются сегодня в качестве подогревателей, испарителей и конденсаторов. Они предназначены для работы при более высоких давлениях и температурах. Разнообразие областей применения привело к появлению множества различных конструкций.

Кожухотрубные теплообменники включают следующие компоненты:

• 1200 – диаметр кожуха;
• ТКГ – теплообменник с тепловым компенсатором горизонтального расположения;
• 1,2 – давление в трубном пространстве, МПа;
• 0,8 – давление в межтрубном пространстве, МПа;
• М1 – материальное исполнение;
• 20Д – диафрагмированные трубы, диаметром 20 мм;
• 5 – длина, м;
• 6 – шестиходовой;
• У – предназначен для эксплуатации в умеренном климате;
• И – с деталями для фиксации внешней теплоизоляции.

Устройство и принцип действия

Секции труб и трубок разделены перегородками, которые увеличивают скорость и эффективность теплопередачи. Бесшовные трубы образуют основание устройства.

Технические данные теплообменника:

1. Пучки труб.
2. Камеры.
3. Патрубки.
4. Крышки.
5. Опоры.
6. Кожухи.

Определение параметров теплообменника.

Температура теплообменной среды, ºC±5ºC

От минус 70 ºC до плюс 350 ºC

Диаметр оболочки, мм

из трубы)

159; 273; 325; 426; 630

(строительство из листового металла)

400; 600; 800; 1000; 1200

Поверхность теплопередачи, м²

Мощность давления (МПа) в обсадной колонне

для устройств с диаметром, мм

159, 273, 325, 400

Номинальное давление (МПа) в трубах для единичных диаметров, мм

400 (426), 600 (630)

Длина трубок теплообменника (мм) для единичного диаметра, мм

1500; 2

В устройстве TH элементы струйных трубок герметично соединены с решетками. Они, в свою очередь, жестко соединены с корпусом. Это приводит к образованию термических напряжений в местах соединений. Разница температур зависит от конструкции материала, перепада давления, создаваемого в устройстве, и т.д. Для блоков типа TH допустимый диапазон температур составляет от 30 до 40°C.

Рис.2 Теплообменник типа TH 1 — линзовый компенсатор.

Устройство работает по довольно простому принципу. Кожухотрубный теплообменник разделяет среды. Никакие продукты не смешиваются внутри конструкции. Теплопередача происходит в стенках трубчатых элементов, разделяющих теплоносители. Одна среда находится внутри трубок, а другая — под давлением между трубками. Общее состояние двух жидкостей может быть различным. Они могут быть газообразными, парообразными или жидкими.

Принцип работы кожухотрубного теплообменника заключается в нормальном процессе передачи энергии между жидкостями и различными газами. Для увеличения коэффициента теплопередачи используются относительно высокие скорости перемещения продукта внутри конструкции. Для пара или газа генерируется от 8 до 25 м/с. Для жидких теплоносителей минимальная скорость составляет 1,5 м/с.

Основным преимуществом кожухотрубного теплообменника и главной причиной его популярности является высокая надежность. Он состоит из распределительных камер, оснащенных трубками. Также присутствует цилиндрический корпус, пучок трубок и ряд решеток. Вся конструкция снабжена крышками на концах. В комплект входят кронштейны для горизонтального монтажа устройства. Также имеется крепление, с помощью которого устройство можно разместить в любом месте комнаты.

Для увеличения теплообмена между теплоносителями используются трубки, покрытые специальными ребрами. Если необходимо снизить теплопередачу, корпус покрывается слоем изоляции. Таким образом, можно значительно повысить накопительные свойства продукта. Используются специальные конструкции, в которых одна трубка находится внутри второй.

Корпус изготовлен из толстой листовой стали (от 4 мм). Для изготовления решеток обычно используется тот же материал, но гораздо большей толщины (от 2 см). Основным элементом является пучок трубок, изготовленных из материала с высокой теплопроводностью. Этот пучок крепится к трубчатым решеткам с одной или обеих сторон.

Номинальное давление (МПа) в трубах для единичных диаметров, мм

Этот теплообменник имеет свои преимущества и недостатки. Несмотря на преимущества, у этого устройства есть и недостатки. Есть свои преимущества и недостатки, но есть и свои минусы.

Производством кожухотрубных теплообменников занимаются различные бренды со всего мира. Одним из известных поставщиков является польская марка SECESPOL JAD. В течение 30 лет компания поставляет на внутренний рынок продукцию, основанную на проектах подводных лодок. Не менее популярны модели отечественного бренда «НефтеХимМаш». Компания производит оборудование для нагрева, испарения и охлаждения воды регенеративного и восстановительного типа. В ассортименте бренда представлены модели различного назначения и диаметра труб, изготовленные из углеродистой или нержавеющей стали и латуни.

Кожухотрубные теплообменники типа ТН

Куртамышский машиностроительный завод также является известным поставщиком. Продукция бренда рассчитана как минимум на 30 лет бесперебойной работы. Компания имеет большой опыт в производстве высококачественного оборудования. Она поставляет продукцию по всей стране и в соседние государства. Оборудование производится в соответствии со строгими стандартами ГОСТ. Их качество контролируется на всех этапах производства.

«Анвитек» занимается производством теплообменников с 2006 года. Продукция поставщика имеет максимальный коэффициент теплопередачи благодаря использованию тонкостенных трубок диаметром 0,6 см. Они неприхотливы в обслуживании и эксплуатации. Они характеризуются энергосбережением и разумной стоимостью. Аксессуары для них найти несложно. Еще одним российским производителем и поставщиком кожухотрубных агрегатов является компания «Теплокс», продукция которой используется в различных регионах России и странах СНГ. Модели сертифицированы, имеют гарантию 1 год и отличаются конкурентоспособной ценой и проверенной технологией производства. Ассортимент бренда включает модификации с фиксированными трубными решетками и плавающей головкой.

Теплообменник с изменением агрегатного состояния рабочего материала изготавливается на заказ ООО «РемСтройМаш». Продукция бренда подходит для широкого спектра применения. Они производятся с использованием инновационных технологий и современной концепции производства. В нем используются различные бустеры и вспомогательные механизмы.

Кожухотрубчатые теплообменники типа ТК

Долгое время кожухотрубные теплообменники были самыми маленькими из всех известных вариантов. Позже были изготовлены пластинчатые теплообменники. В связи с природой теплообменников возникли температурные тренды, обусловленные различными значениями кожухотрубных теплообменников. Поэтому при покупке устройства необходимо произвести необходимые расчеты. Площадь единицы площади рассчитывается по формуле: F=Q/KΔtcp, где:

Принцип работы

Для теплового расчета необходим максимальный расход теплоносителя и физические свойства теплоносителя (например, вязкость, плотность, конечная температура, теплоемкость воды при оптимальной температуре). При заказе системы вам следует

Если вам трудно и непонятно выполнить расчет самостоятельно, попросите специалиста сделать это за вас. Они могут проконсультировать вас, как правильно это сделать, или произвести расчеты самостоятельно. Сегодня, например, можно значительно увеличить коэффициент теплообмена благодаря модернизации теплообменников. Технические свойства зависят от нескольких факторов. Этого можно добиться, например, путем создания турбулентного потока или установки устройств со спиральными вставками. Это создает щель и сечение потока в трубах.

Конструкция кожухотрубчатого аппарата

Причем производятся не только профильные, но и витые трубы, используются смеси жидкостей и газов, создаются колебания поверхности, отвечающие за теплообмен. Свойства также улучшаются за счет типа импульса рабочей среды. Методы, повышающие коэффициент теплопередачи, можно комбинировать. В этом случае эффективность установки повышается в 2-3 раза. Часто эти методы оказывают положительное влияние и на другие функции подразделения.

Например, турбулентные потоки препятствуют отложению солей на внутренних стенках труб. Это предотвращает постепенное сужение диаметра, которое снижает эффективность теплообменника.

Все виды оборудования просты в эксплуатации, но требуют своевременного ремонта или профилактической механической очистки. Обычно они заполнены нефильтрованной жидкостью. Это может привести к тому, что трубы со временем засорятся и прервут поток теплоносителя через систему. Арматуру следует регулярно промывать под высоким давлением. В случае повреждения необходимо провести диагностику. Это можно сделать с помощью опрессовки.

Преимущества и недостатки

Эксплуатация устройства должна осуществляться в соответствии с инструкциями, прилагаемыми к устройству. В соответствии с этими инструкциями рабочее давление в трубе и в межтрубном пространстве должно создаваться одновременно. Перепад давления при запуске и эксплуатации не должен превышать значений, указанных в технической документации. Ввод в эксплуатацию, испытания и отключение должны проводиться в соответствии с инструкциями и конструкцией установки. Устройство должно использоваться строго в соответствии с его назначением, с учетом правил техники безопасности и противопожарной защиты соответствующей установки.

1. Конструкция обеспечена отличной стойкостью к гидравлическим ударам. У аналогичных систем этой характеристики нет.
2. Кожухотрубные теплообменники способны работать в экстремальных условиях или с продуктами, которые довольно сильно загрязнены.
3. Их очень просто эксплуатировать. Легко проводить механическую чистку оборудования, его плановое техническое обслуживание. Аппаратура имеет высокую ремонтопригодность.

Место установки и монтажа должно быть выбрано таким образом, чтобы устройство нельзя было опрокинуть. Для облегчения перемещения и обслуживания устройства следует установить лестницы и платформы. Они не должны влиять на прочность и устойчивость устройства. Трубопровод должен быть свободен от натяжения, а соединения не должны подвергаться натяжению. Перед использованием устройства необходимо

Каждый используемый агрегат подвергается регулярному техническому осмотру. В зависимости от типа, частота внешнего и внутреннего осмотра может варьироваться от 2 лет до 1 года. Если внутренний осмотр невозможен, толщина стенки должна быть измерена неразрушающими методами. Допуск погрешности толщиномера составляет 1/10 мм. Если во время проверки обнаружена высокая скорость коррозии, после технического осмотра эксплуатировать устройство запрещается. Не эксплуатируйте устройство с трещинами, заломами или вмятинами.

1. КПД ниже, чем у пластинчатых изделий. Это связано с тем, что у кожухотрубных обменников площадь поверхности, передающей тепло, меньше.
2. Имеет большие размеры. Это повышает его конечную стоимость, а также затраты на эксплуатацию.
3. Коэффициент теплоотдачи сильно зависит от того, насколько быстро перемещается агент.

Не следует использовать устройства с повреждениями от сварки и гравировки. Не используйте оборудование с дефектами, которые нельзя отремонтировать или очистить.

Популярные производители

Посмотрите следующее видео о том, как эксплуатировать кожухотрубный теплообменник.

Расчет параметров

• F – означает поверхностную площадь устройства;
• tcp – среднее значение разности температур тепловых носителей;
• К – является коэффициентом тепловой передачи;
• Q – объем теплоты.

Эксплуатация