Принцип работы и область применения трубчатых теплообменных установок
Нужен электромонтаж или электроизмерения? Звоните нам!
Теплообменные установки трубчатого вида представляют собой теплообменники, в которых теплоноситель циркулирует по соединенным последовательно или параллельно модулям с трубками. Трубчатые или кожухотрубчатые теплообменные установки за счет простой конструкции и надежности нашли применение в различных сферах промышленности – от нефтехимической до пищевой. Оборудование поверхностного типа предназначено для нагрева, поддержания заданной температуры и охлаждения жидких, вязких сред, жидкостей с твердыми частицами.
Конструкция и принцип работы
Трубчатый теплообменник в общем случае состоит из кожуха с подающими теплоносителем и трубками, закрепленными в трубных досках (решетках), по которым циркулирует принимающий теплоноситель. Теплообмен между теплоносителями осуществляется через поверхность труб, т.е. жидкости не смешиваются. По трубкам обычно циркулирует среда с более высоким давлением. Форма труб может быть прямой, W- или U-образной.
Основными конструктивными элементами являются:
- Оболочка (кожух). Изготавливается из труб или сварного листового проката из низкоуглеродистой стали или других металлов, сплавов.
- Трубки. Сварные или бесшовные трубы из низкоуглеродистой, нержавеющей стали, меди, титана и др. металлов. Диаметр трубок подбирается с учетом внутреннего и наружного давления, температуры и термического расширения.
- Трубные листы (решетки). Изготавливают из листовой стали с отверстиями для концов трубок. Материал изготовления, как правило, такой же, как и у трубок.
Обычно среда в теплообменном оборудовании находится в одном состоянии (жидкость или газ), но возможна и смесь газа и жидкости. Обслуживаемая среда (нагреваемая или охлаждаемая) – это технологическая жидкость, а среда, используемая для нагрева или охлаждения – служебная. В зависимости от типа сред и их температур трубчатые теплообменники можно разделить на несколько видов:
- Теплообменник – обе жидкости технологические, с разной температурой.
- Охладитель – один поток жидкости технологический, а второй с меньшей температурой – служебный (воздух, вода).
- Нагреватель – один поток технологический, второй с более высокой температурой – служебный (пар, горячее масло, вода).
- Конденсатор – одна из сред в двухфазном состоянии с газом в точке росы, вторая – холодный теплоноситель (воздух, вода).
К вышеперечисленным видам также относится чиллер и ребойлер.
В зависимости от способа фиксации трубной решетки выделяют жесткие (трубная решетка зафиксирована в кожухе сваркой, неподвижна), полужесткие (свободно плавающая сторона изгиба) и нежесткие (с плавающей головкой, трубная решетка не имеет жесткой связи с кожухом). Оборудование с плавающей головкой предназначено для работы со средами с существенной разницей температур.
По исполнению выделяют 3 основных вида кожухотрубчатых теплообменных аппаратов:
- Горизонтальные.
- Вертикальные.
- Наклонные.
Теплообменное оборудование может быть одноходовым (простейшая конструкция, но существенные затраты на производство, громоздкие размеры) и многоходовыми (поперечные перегородки разделяют трубы на секции или ходы).
Выбор по исполнению определяется исходя из требований конкретного технологического процесса. Вертикальные теплообменники более простые в обслуживании, занимают меньше места. Аппараты в горизонтальном исполнении обычно многоходовые, применяются при высоких скоростях потоков.
Где применяются трубчатые теплообменники?
Аппараты широко применяются в различных сферах:
- Нефтехимическая, нефтеперерабатывающая, химическая промышленность.
- Пищевая промышленность.
- Молочная промышленность (пастеризация молока, изготовление молочной продукции).
- Энергетика и коммунальное хозяйство и т.д.
Трубчатые теплообменные аппараты стали использоваться в промышленности одними из первых по сравнению с теплообменниками другого типа. Изначально применялись в качестве испарителей, нагревателей, охладителей и конденсаторов пара. Главными минусами были громоздкость, негативное влияние термического расширения при большой разнице температур сред, сложность в чистке. Современные теплообменные аппараты трубчатого типа имеют существенно доработанную конструкцию и лишены указанных недостатков.