НЕФТЕПЕРЕРАБОТКА

Основные узлы кожухотрубчатых теплообменников

Корпус теплообменного аппарата

Кожух (корпус) теплообменника небольшого диаметра (меньше 600 мм) по большей части делают из труб, а кожух большого сечения - изготавливают вальцовкой листовой стали. При изготовлении вальцовкой, особенно при значительной длине теплообменника, кожух может выполняться сварным из трех обечаек: центральной и двух концевых.

Для теплообменных аппаратов, особенно теплообменников типа ТП, ТУ и ТК, обязательно требуется обеспечение необходимой устойчивости формы корпуса, к которой предъявляются особые требования, ввиду периодической потребности в выемке трубного пучка с перегородками для проведения чистки указанных аппаратов. Так как просвет между корпусом и перегородкой минимален (несколько миллиметров), формирование овальности корпуса сделает невозможной выемку и установку трубного пучка.

Для теплообменников типа ТН требуется обеспечение способности корпуса и трубок к самокомпенсации, другими словами - возможность противостоять напряжениям, которые возникают из-за отличий в их температурных удлинениях.

Распредкамера теплообменного аппарата

Распределительные камеры теплообменников применяются, чтобы распределять потока теплоносителя по трубкам и являются обечайкой с фланцами, которая соединена с трубной доской - с одной стороны и съёмной крышкой плоской или эллиптической формы - с другой. В некоторых конструктивных исполнениях крышка может быть приварена непосредственно к цилиндрической обечайке.

Для организации ходов теплоносителя по трубам в распредкамере устанваливается продольная перегородка. Для аппаратов с небольшим сечением (до 0,8 м) крышку распредкамеры делают плоской, ввиду простоты и дешевизны изготовления. В отдельных случаях для комфортного обслуживания теплообменника распредамеры и крышки от них подвешивают с помощью шарнирных устройств, которые крпятся на корпусе.

Толщину стенок распредкамеры принмают одинаковой с толщиной стенки корпуса теплообменного аппарата. Распредкамеру и её крышку принято изготовливать того же материального исполнения, что и корпус теплообменника.

Фланцы теплообменного аппарата

Фланцы теплообменников изготавливаются с привалочной поверхностью выступ-впадина или для обтюрации восьмиугольного сечения. В изготовленых из стали кожухотрубчатых теплообменных аппаратах применяются обтюрации из металла и асбометалла. Во всех случаях обтюрация должна быть изготовлена цельной без применения пайки, сварки или склеивания. Обтюрация в подвижной трубной решетке обычно изготавливается из металла.

Теплообменные трубы кожухотрубчатых аппаратов

Теплообменные трубы кожухотрубчатых стальных аппаратов - это серийно производимые промышленноыми предприятиями трубы из углеродистых, коррозионно-стойких сталей и латуни. Сечение теплообменных труб ощутимо влияет на скорость нагреваемой/охлаждаемой среды, коэффициент теплоотдачи в трубной полости и размеры аппарата, потому что меньшее сечение труб, позволяет разместить большее их количество по окружностям в корпусе заданного диаметра. Но трубы малого сечения:

• подвержены более быстрому засорению при работе со средами, содержащими примеси;
• вызывают затруднения при механической чистке;
• имеют сложности при закреплении труб вальцовкой.

В связи с перечисленными факторами наиболее применимы стальные трубы имеющие размеры:

• 20x2 мм, 25x2 мм, 25x2,5 мм - для условно чистых и маловзяких сред;
• диаметром 38 и 57 мм - для загрязнённых и вязких продуктов.

С удлинением труб и снижением диаметра корпуса теплообменника затраты на его производство снижаются. Наиболее экономичный вариант теплообменного аппарата получается при длине труб от 5000 до 7000 мм.

Трубные решетки кожухотрубчатых теплообменников

Трубные решетки для кожухотрубчатых аппаратов производятся из цельных стальных поковок или листов. Для теплообменников большого сечения применяются сварные трубные решетки, для которых не должны пересекаться сварные швы, а удаление от кромки сварного шва до отверстийне должно быть меньше, чем 0,8 диаметра отверстия.

Схемы размещения труб в трубных решетках и расстояние между отверстиями для труб установлены ГОСТ 9929.

Схемы размещения труб в трубной решетке:
по вершинам равностороннего треугольника	по вершинам квадратов	по окружности

Для аппаратов типов ТН и ТК трубы укладывают в трубных решетках по вершинам треугольников с равными размерами сторон, а для аппаратов типов ТП, ТУ и ТПК - по углам квадратов или треугольников с равными сторонами. При укладке труб заданного диаметра по вершинам треугольников с равными сторонами достигается более компактное размещение труб в трубной решетке, чем при распределении их по вершинам квадратов при одном и том же расстоянии между трубками.

Однако схема размещения труб по вершинам квадратов имеет существенное эксплуатационное достоинство - позволяет производить очистку внешней поверхности трубок механическим способом, за счёт образования между трубами сквозных рядов. При укладке по вершинам треугольников аналогичные ряды возможно получить, только за счёт увеличения шага. По окружностям трубы укладываются исключительно в кислородной аппаратуре.

Закрепление труб в трубных решетках:
развальцовкой	развальцовкой с канавками	сваркой	пайкой	сальниковыми устройствами

Трубы фиксируются в решетках в большинстве случаев развальцовкой, причем наиболее прочное закрепление (требуемое при работе теплообменника при повышенных давлениях) возможно при выполнении в трубных решетках отверстий с канавками кольцевого сечения, заполняемыми металлом трубы при её развальцовки. Также используют фиксирование труб сваркой, если материал трубы не подвержен вытяжке и возможно жесткая фиксация труб в трубной решетке, а также пайкой, которая используется для преимущественно для соединения латунных и медных труб. Иногда применяется фиксация труб в решетке с использованием сальников, которые допускают свободное движение труб в продольном направлении и позволяют их быстро менять. Подобное соединение даёт возможность сущетсвненого уменьшения температурной деформации труб, но отличается сложнстью, высокой стоимостью изготовления и низкой надежностью.

Самый применяемый способ крепления трубок в трубной решетке - развальцовка. Трубы устанавливают в отверстия решетки с небольшим зазором, после чего обкатывают внутренню поверхность трубки специализированным инструментом, который снабжен роликами (вальцовкой). При развальцовке в стенках трубы происходят остаточные пластические деформации, а в трубной доске - упругие деформации, благодаря которым материал трубной решетки по завершению развальцовки плотно фиксирует концы труб. Однако в процессе развальцовки в материале труб происходит наклеп (упрочнение металла с частичной утратой пластичности), что может стать причиной растрескивания труб. Уменьшая начальный зазор между трубой и отверстием в трубной доске наклеп можно также уменьшить, поэтому стандартная величина зазора - 0,25 мм. Также для выполнения развальцовки с высоким качеством и наличия возможности заменить трубы требуется, чтобы показатель твердости для материала трубной доски был выше твердости материала труб.

Фиксирование труб сваркой совмещенной с развальцовкой имеет примененение без пределов температуры и давления теплоносителей. В подобном случае первично выполняется сварка, а после сваривания - развальцовываются трубы.

Перегородки в кожухотрубчатых теплообменниках

В кожухотрубчатых аппаратах используются поперечные и продольные перегородки.

Поперечные перегородки:
сплошные	с секторным вырезом	с щелевым вырезом

с сегментным вырезом	кольцевые

Поперечные перегородки, которые устанавливаются в межтрубной полости теплообменников, служат для организации течения теплоносителяпод углом 90 градусов относительно оси труб, и повышения скорости теплоносителя в межтрубной полости. В каждом из случаев происходит повышение коэффициента теплоотдачи на внешней поверхности труб.

Поперечные перегородки устанавливаются и в межтрубной полости испарителей и конденсаторов, в которых значение коэффициента теплоотдачи на внешней поверхности труб в десять раз превышает величину коэффициента на их внутренних стенках. В подобном случае перегородки слажат в качестве опор трубного пучка, сохраняя заданное расстояние между трубами, а также снижают вибрацию труб.

Повышение теплообмена за счёт поперечных перегородок может существенно снижаться по причине утечек теплоносителя в промежутках между кожухом и перегородками. Для снижения утечек сформулировано ограничение: при внешнем диаметре корпуса аппарата, не превышающем 600 мм рассточние между корпусом и перегородкой должно быть не более 1,5 мм. В прочих случаях сечение поперечных перегородок выбирается по соответствующим нормативным документам.

Для снижения величины зазоров между кожухом и поперечными перегородками практикуется использование упругих уплотняющих колец (поз.1), которые закладываются в паз перегородки (поз.2). В межтрубной полости теплообменных аппаратов иногда устанавливаются и продольные перегородки. Толщина продольно расположенных перегородок трубного пучка, распредкамер и крышек не должна быть меньше 6 мм. Пространство для протекания теплоносителей в теплообменном аппарате любого типа подбирается таким образом, чтобы повысить отдачу тепла от потока, имеющего меньшее значение коэффициента теплоотдачи. Поэтому жидкая среда (или газ), имеющая меньший расход или большую вязкость, должна быть направлена в трубное пространство. Через трубки направляются также: потоки с большим количеством загрязнений, чтобы сделать более лёгкой очистку теплообменной поверхности; теплоносители, которые находятся под избыточным давлением, а также вещества обладающие химической активнностью, что позволяет не изготавливать корпус теплообменника из дорогих коррозионно-стойких материалов.

Вариант уплотнения зазора между поперечной перегородкой и корпусом аппарата