НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Кожухотрубчатый аппарат с неподвижной трубной решеткой

Кожухотрубчатый аппарат, трубная решетка которого неподвижна, изображен на рисунке справа и имеет:

• цилиндрический кожух (поз.1), ;
• в котором расположен трубный пучок (поз.2);
• трубные решетки (поз.3), в которых развальцованы трубки, крепятся к кожуху аппарата;
• с обоих концов теплообменик герметизируется крышками (поз.4);
• аппарат имеет штуцера (поз.5) для сред, обменивающихся теплом:
  • одна среда идет по трубкам;
  • другая среда перемещается через межтрубное пространство.

Теплообменники этой группы изготовляют:

• на условное давление 0,6..4,0 МПа;
• диаметром от 159 до 1200 мм;
• с поверхностью теплообмена вплоть до 960 м²;
• длиной до 10000 мм;
• массой до 20000 кг;
• с максимальной температурой применения 350 °С.

Практикуются различные сочетания материального исполнения составных частей теплообменных аппаратов:

• Кожух аппарата выполняется из сталей ВСтЗсп, 16ГС или биметаллическим с плакирующим слоем из сталей 12Х18Н10Т, 08X13, 10Х17Н13М2Т.
• Для трубного пучка используются трубки из:
  • сталей 10, 20 и Х8 с параметрами 25x2, 25x2,5 и 20x2 мм;
  • сталей с высоким содержанием легирующих добавок (08Х22Н6Т, 08X13, 08Х17Н13М2Т, 08Х18Н10Т) с параметрами 25x1,8 и 20x1,6 мм;
  • алюминиевых сплавов и латуни.
• Трубные решетки производятся из:
  • сталей 15Х5М, 16ГС, 12Х18Н10Т;
  • биметаллов с плакированием высоколегированным хромоникелевым сплавом или слоем латуни толщиной до 1 см.

Специфика аппаратов типа ТН в том, что трубы жестко зафиксированы в трубных решетках, а решетки неподвижно соединены с корпусом, вследствие чего исключена свобода взаимных перемещений кожуха и трубок, из-за чего аппараты данного типа носят название теплообменников жесткой конструкции. Некоторые способы крепления корпуса и трубных решеток приведены ниже.

Трубки в кожухотрубчатых теплообменых аппаратах устанавливают таким образом, чтобы просвет между внутренней образующей кожуха и поверхностью, которая огибает трубный пучок, имел наименьшую величину, иначе значительная доля теплоносителя возможно будет байпасировать основную теплообменную поверхность. Для сокращения объёма теплоносителя, который проходит между пучком труб и корпусом аппарата, в этом пространстве предусматривают специальные заполнители, например:

• продольные полосы привариваемые к кожуху;
• глухие трубы, не проходящие через трубные решетки и располагаемые в непосредственной близости у внутренней образущей корпуса.

В кожухотрубчатых теплообменых аппаратах, чтобы достигнуть высоких коэффициентов отдачи тепла требуются весьма высокие скорости теплоносителей:

• для газовых сред от 8 до 30 м/с;
• для жидких сред от 1,5 м/с и более.

Скорость теплоносителей обеспечивается подбором соответсвующей площади сечения межтрубного и трубного пространств на этапе проектирования аппарата.

Когда площадь прохода по трубному пространству (количество и диаметр труб) определена, то выполнив тепловой расчет вычисляют коэффициент теплопередачи и поверхность теплообмена, по которым определяется длина труб в пучке, которая может получиться больше, чем длина серийно производимых труб. Чтобы это компенсировать применяются многоходовые (по трубной полости) аппараты с перегородками продольно располагаемыми в распределительной камере. Производятся двух-, четырех- и шестиходовые теплообменные аппараты жесткой конструкции.

Двухходовой горизонтальный теплообменный аппарат типа ТН имеет в своём составе:

• цилиндрической формы сварной кожух (поз.5);
• распределительную камеру (поз.11);
• две крышки (поз.4);
• трубный пучок, который сформирован трубками (поз.7), зафиксированными в двух трубных решетках (поз.3);
• трубные решетки (поз.3) приваренные к корпусу;
• фланцы, соединяющие крышки, распределительную камеру и кожух;
• штуцера для входа и выхода теплоносителей из трубной полости (поз.1, 12), выполненные в распределительной камере;
• штуцера для входа и выхода теплоносителей из межтрубной полости (поз.2, 10), выполненные в корпусе;
• перегородку (поз.13) в распредкамере, образующую ходы теплоносителя по трубкам;
• прокладку (поз.14), уложенную в паз решетки (поз.3) и герметизирующую узел соединения продольной перегородки с трубной решеткой.

Ввиду того, что интенсивность отдачи тепла при поперечном обтекании трубок теплоносителем имеет более высокое значение, чем при продольной альтернативе, в межтрубной полости теплообменного аппарата смонтированы закрепленные стяжками (поз.5) поперечные перегородки (поз.6), которые организовывают зигзагообразное по длине аппарата течение теплоносителя в межтрубной полости. На входе потока в межтрубную полость устанавливается отбойник (поз.9), представляющий собой круглую или прямоугольную пластину, которая защищает трубки от локального эрозионного вымывания.

Преимуществом аппаратов данного типа можно считать простоту их конструкции и, как следствие, более низкую стоимость.

Но им характерны 2 существенных недостатка:

1. Очистка межтрубной полости таких аппаратов затруднительна, поэтому теплообменники данного типа исползуются тогда, когда среда, которая проходит через межтрубную полость, является не агрессивной и чисток, а значит потребность в чистке отсутствует.
2. Значительная разница между температурами в трубной полости и кожухе в подобных аппаратах является причиной значительного удлиннения трубок относительно кожуха, что вызывает:
   • температурные напряженя в трубной решетке (поз.5);
   • нарушение герметичности вальцовки трубок в решетке;
   • попадание теплообменивающихся сред друг в друга.
   Поэтому теплообменники данного типа используются при перепаде температур потоков, находящихся в трубках и межтрубной полости, не превышающем 50 °C и при относительно небольшой длине аппарата.