Классификация теплообменных аппаратов (стр. 2 )

Характер изменения температур теплоносителей в рекуперативных ТОА зависит от фазовых превращений в теплоносителях и от схемы их тока (рисунок 1.4): постоянная температура (t1 и t2) обоих теплоносителей, равная температуре ts1 и ts2 (рисунок 1.4, а), например, конденсаторы испарители индивидуальных веществ; постоянная температура одного теплоносителя (рисунок 1.4, б, в), например, конденсаторы и испарители индивидуальных веществ; переменная температура обоих теплоносителей (рисунок 1.4, г, д).

а – при фазовых превращениях обоих теплоносителей (конденсация одного, испарение другого); б – при испарении нагреваемого теплоносителя; в – при конденсации греющего теплоносителя; г – при прямоточном

движении теплоносителей без фазовых превращений;

д – при противоточном движении теплоносителей без фазовых превращений

Рисунок 1.4 - Изменение температуры теплоносителей в рекуперативном ТОА

В регенеративных ТОА, где греющий и нагреваемый теплоносители проходят через насадку поочередно, реализуются две схемы движения – прямоток и противоток. Эффективность аппарата при противотоке теплоносителей выше, чем при прямотоке [4].

1.2Условные обозначения теплообменных аппаратов. Рекомендации по выбору

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками и с поперечными перегородками в межтрубном пространстве, применяемые в химической, нефтяной и других отраслях промышленности, обозначаются индексами и классифицируются:

- по назначению (первая буква индекса): Т - теплообменники; Х - холодильники; К - конденсаторы; И - испарители;

- по конструкции (вторая буква индекса) - Н - с неподвижными трубными решетками; К - с температурным компенсатором на кожухе; П - с плавающей головкой; У - с U-образными трубами; ПК - с плавающей головкой и компенсатором на ней;

- по расположению (третья буква индекса): Г - горизонтальные; В - вертикальные [5].

Примеры условных обозначений теплообменных аппаратов:

- теплообменник с неподвижными трубными решетками горизонтальный:

ГОСТ 15122-79.

Обозначения в числи– диаметр кожуха, мм (диапазон от 159 до 1200 мм); ТНГ – теплообменник с неподвижными трубными решетками, горизонтальный; I – исполнение с неразъемными распределительными камерами (исполнение II – с распределительными камерами, имеющими съемные крышки); 1,6 – условное давление, МПа (ряд: 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0); Б9 – материальное исполнение по ГОСТ 15122-79.

Обозначения в знамена– наружный диаметр теплообменных труб в мм (ряд: 16, 20, 25, 38, 57); Г – гладкие трубки (Н – трубы с накаткой); 6 – длина труб, м (ряд: 1, 1,5, 2, 3, 4, 6, 9); 4 – число ходов по трубному пространству (ряд: 1, 2, 4, 6);

- теплообменник с плавающей головкой:

600 ТП-1,6-М1/20-6-2-У-И пo TУ 3612-023-00220302-01,

где 600 – диаметр кожуха, мм; ТП – теплообменник с плавающей головкой, 1,6 – давление в кожухе, МПа; М1 –материальное исполнения; 20 – диаметр теплообменных труб, мм; 6 – длина труб, м; 2 – двухходовой; У – климатическое исполнение; И – с деталями для крепления изоляции;

- конденсатор с неподвижными трубными решетками:

1400 КНГ-0,6-2,5-М12/25Г-6-6-У-И ТУ 3612-024-00220302-02,

где 1400 – диаметр кожуха, мм; КНГ – конденсатор с неподвижными трубными решетками горизонтальный; 0,6 – условное давление в трубах, МПа; 2,5 – условное давление в кожухе, МПа; М12 – материальное исполнение; 25Г – диаметр гладких теплообменных труб, мм; 6 – длина теплообменных труб, м; 6 – шестиходовой по трубному пространству; У – климатическое исполнение; И – с деталями для крепления изоляции;

- испаритель с неподвижными трубными решетками:

600 ИН-2-1,0-4,0-М8/25Г-6-У-И ТУ 3612-024-00220302-02,

где 600 – диаметр кожуха, мм; ИН – испаритель с неподвижными трубными решетками; 2 – конструктивное исполнение; 1,0 – условное давление в трубах, МПа; 4,0 – условное давление в кожухе, МПа; М8 – материальное исполнение; 25Г – диаметр гладких теплообменных труб, мм; 6 – длина теплообменных труб, м; У – климатическое исполнение; И – с деталями для крепления изоляции.

Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать аппарат, оптимальный по размерам и материалам для конкретных условий теплообмена. Выбор конструкции аппарата для определенных условий теплообменного процесса зависит в основном от эрудиции и интуиции конструктора. Однако существуют рекомендации общего характера, которыми можно руководствоваться при выборе конструкции теплообменника и схемы движения в нем теплоносителей:

- при высоком давлении теплоносителей предпочтительнее трубчатые теплообменники; при этом в трубное пространство желательно направить теплоноситель с более высоким давлением, поскольку из-за малого диаметра трубы могут выдержать большее давление, чем корпус;

- коррозионный теплоноситель в трубчатых теплообменниках целесообразно направлять по трубам, так как в этом случае при коррозионном изнашивании не требуется замена корпуса теплообменника;

- при использовании коррозионных теплоносителей предпочтительнее теплообменные аппараты из полимерных материалов, например фторопласта и его сополимеров, обладающих уникальной коррозионной стойкостью;

- если один из теплоносителей загрязнен или дает отложения, то це­лесообразно направлять его с той стороны теплообмена, которая более доступна для очистки (в змеевиковых теплообменниках это наружная поверхность труб, в кожухотрубчатых - внутренняя);

- для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение скорости теплоносителя, например, при конденсации паров для улучшения теплообмена необходимо обеспечить хороший отвод конденсата с теплообменной поверхности, для чего следует подобрать аппарат соответствующей конструкции;

- аппараты должны обладать достаточной прочностью и иметь возможно малые габаритные размеры. При конструировании необходимо находить оптимальные решения, учитывающие требования обеспечения возможности разборки рабочей части аппарата и герметичности системы каналов, возможно высоких коэффициентов теплопередачи за счет повышения скорости движения рабочей среды при минимальных гидравлических потерях в аппарате;

- режим работы теплообменного аппарата и скорость движения теплоносителей необходимо выбирать таким образом, чтобы отложение загрязнений на стенках происходило возможно медленнее. Например, если охлаждающая вода отводится при температуре от 45 до 50 оС, то на стенках теплообменного аппарата интенсивно осаждаются растворенные в воде соли;

- вертикальные теплообменникиболее простыв эксплуатации и занимают меньшую площадь. Горизонтальные теплообменники изготавливают обычно многоходовыми, и работают они при больших скоростяхсред для сведения к минимуму расслоения жидкостейвследствие разности их температур и плотностей. Многоходовые теплообменникицелесообразно использовать для процессов теплообмена при высоких тепловыхнагрузках[3].

2 Типы теплообменной аппаратуры

В кожухотрубчатых теплообменных аппаратах поверхность теплообмена создается трубками, которые закреплены в трубных решетках и размещены в кожухе (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Внешний вид горизонтального теплообменника

Один теплоноситель движется внутри трубок, а второй омывает их с внешней стороны (рисунок 2.2).

1 – крышка с перегородкой; 2 – трубная доска с фланцем; 3- компенсатор линзовый, 4 – трубы теплообменные; 5 – поперечные перегородки в межтрубном

пространстве; 6 и 7 – опоры; 8 – крышка правая

Рисунок 2.2 - Поперечный разрез двухходового теплообменника

В зависимости от назначения стандарты предусматривают четыре вида кожухотрубчатых аппаратов, используемых с различными параметрами теплоносителей (таблица 2.1)[6].

Таблица 2.1 - Область применения кожухотрубчатых теплообменных аппаратов со стальными трубами

Тип аппарата	Применение и нормы
В кожухе	В трубах
Испарители типа ИНВ и ИКВ	Греющаясреда	Испаряемая среда
Температура греющей и испаряемой среды от минус 30 до плюс 350 °С
Давление Ру для ИН от 0,6 до 4 МПа Давление РудляИК от 0,6 до 1,6 МПа	Давление Ру от 0,6 до 1 МПа
Испарители типа ИПГ и ИУГ	Испаряемая среда	Греющая среда
Температура греющей и испаряемой среды от минус 30 до плюс 350 °С
	Давление Ру от 1,0 до 2,5 МПа	Давление Ру от 1,6 до 4 МПа
Холодильники типа ХН и ХК	Охлаждаемая среда	Охлаждающая средавода или другая нетоксичнаяи невзрыво - и непожароопаснаясреда Температура от минус 20 до плюс 60 °С Давление Ру до 0,6 МПа
Температура от минус 20 до плюс 300°С
Давление Ру для ХН от 0,6 до 4 МПа Давление Ру для ХК от 0,6 до 1,6 МПа
Конденсаторы типа КН и КК	Конденсируемая среда
Температура от 0 до +350 °С
Давление Ру для КН от 0,6 до 2,5 МПа Давление Ру для КК от 0,6 до 1,6 МПа
Теплообменники типа ТН и ТК	Нагревание и охлаждение жидких и газообразных сред Температура теплообменивающихся сред от минус 70 до плюс 350 °С
Давление Ру для ТН от 0,6 до 2,5 МПа Давление Ру для ТК от 0,6 до 1,6 МПа	Давление Ру от 0,6 до 1,6 МПа

2.1 Теплообменники с неподвижными трубными решетками(тип ТН)

Схема теплообменника с неподвижными трубными решетками приведена на рисунке 2.3. В кожухе 1размещен трубный пучок, теплообменные трубы 2которого развальцованы в трубных решетках 3, жестко соединенных с кожухом. С торцов кожух аппарата закрыт распределительными камерами 4 и 6. Кожух и камеры соединены фланцами. Для обеспечения направленного движения теплоносителя в межтрубном пространстве устанавливают перегородки 5.