Изначально кожухотрубчатые теплообменники использовали в работе теплоэлектростанций. В дальнейшем начали использовать при создании испарителей и нагревающих аппаратов. Кожухотрубчатые теплообменники ежегодно совершенствовались, сама конструкция получила гораздо меньшие размеры, а сегодня производят так, чтобы был доступ к отдельным элементам для удобства обслуживания. Большое применение теплообменники получили в нефтегазовой промышленности. Так из чего же состоит кожухотрубчатый теплообменник?

УСТРОЙСТВО КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Теплообменник состоит из пучка трубок, которые расположены в своей камере и закреплены на доске либо решетке. Кожух, то есть сама камера, сваренная из листа железа толщиной не менее 4 мм, в которой находятся мелкие трубки и доска. Материала для доски обыкновенная листовая сталь. Между собой трубки соединены патрубками, есть вход и выход в камеру, отвод для конденсата и перегородки.

В зависимости от количества труб и их диаметра, колеблется мощность теплообменника.

Устройство кожухотрубчатого теплообменника подразумевает соединение труб с доской по ОСТ 26-02-1015-85 

и крышками, которое может быть разным, равно как и изгиб кожуха (в виде буквы U или W).

Особенностью теплообменников является расстояние между трубами в аппарате, а именно в 2-3 раза должно превышать их сечение, отсюда коэффициент отдачи тепла является небольшим, и это способствует эффективности в работе всего теплообменника.

ПРИНЦИП РАБОТЫ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Теплообменник – это есть устройство, целью которого является передача вырабатываемого тепла на нагреваемый предмет. Работа кожухотрубчатого теплообменника заключается в том, что холодная и горячая рабочие среды двигаются по разным кожухам, и теплообмен происходит в пространстве между ними (см. схему ниже).

Рабочей средой внутри труб является жидкость, в то время как горячий пар проходит в расстоянии между труб, образуя конденсат. Поскольку стенки труб нагреваются больше, чем доска, к которой они прикреплены, эту разность необходимо компенсировать, иначе бы устройство имело значительные потери тепла. Для этого применяются так называемые компенсаторы трех типов: линзы, сальники или сильфоны.

Также, при работе с жидкостью под высоким давлением используют однокамерные теплообменники. Они имеют изгиб U, W-образного типа, необходимое чтобы избежать высоких напряжений в стали, вызываемых тепловым удлинением. Их производство достаточно дорогое, трубы в случае ремонта сложно заменить. Поэтому такие теплообменники пользуются меньшим спросом на рынке.

ВИДЫ КОЖУХОТРУБЧАТЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

1. По способу крепления труб к доске или решетки.

2. По типу конструкции.

В зависимости от способа крепления труб к доске или решетке, выделяют:

• приваренные трубы;
• закрепленные в развальцованных нишах;
• соединенные болтами с фланцем;
• запаянные;
• имеющие сальники в конструкции крепежа.

По типу конструкции кожухотрубчатые теплообменники бывают:

• жесткие, нежесткие и наполовину жесткие;
• по количеству ходов – одно- или многоходовые;
• по направлению тока технической жидкости – прямого, поперечного или против направленного тока;
• по расположению доски горизонтальные, вертикальные и расположенные в наклонной плоскости.

Пристальное внимание при эксплуатации кожухотрубчатых теплообменников уделяется не только состоянию труб, а также настройке в зависимости от конденсата. Каждое вмешательство в работу системы приводит к изменению площади теплообмена, исходя из этого ремонт и пуско-наладочные мероприятия проводятся только специально обученными специалисты.

Кожухотрубчатые теплообменники разделяются на следующие типы:

• ТУ 26-02-990-84 Испарители термосифонные. Конденсаторы вакумные;
• ТУ 26-02-1090-88 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и компенсатором;
• ТУ 26-02-753-83 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые из титана повышенной тепловой эффективности;
• ТУ 26-02-1098-89 Аппараты теплообменные, кожухотрубчатые из титана;
• ТУ 26-02-1105-89 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе диаметром кожуха 159, 273, 325, 426 мм повышенной тепловой эффективности;
• ТУ 26-02-1162-95  Аппараты теплообменные кожухотрубчатые для повышенных температур и давлений с плавающей головкой и компенсатором на ней;
• ТУ 3612-005-00220302-98 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые специального назначения . Испарители термосифонные;
• ТУ 3612-013-00220302-99 Аппараты теплообменные специального назначения. Испарители с паровым пространством и трубные пучки;
• ТУ 3612-014-00220302-99 Теплообменники труба в трубе;
• ТУ 3612-023-00220302-01 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с плавголовкой с U-образными трубами и трубные пучки;
• ТУ 3612-024-00220302-02 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками;
• ТУ 3612-007-00220302-99 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые специального назначения. Конденсаторы вакуумные;
• ТУ 3612-100-00220302-2005 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые, трубные пучки к ним и теплообменники труба в трубе;
• ТУ 3644-006-00220302-99 Аппараты теплообменные кожухотрубчатые специального назначения испарители и конденсаторы холодильные.

Справочная литература по кожухотрубчатым теплообменникам:

• E.U. Schlunder Heat Exchanger Design Handbook;
• В.Л. Головачев, В.И. Родионов Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Каталог;
• В.А. Андреев Теплообменные аппараты для вязких жидкостей;
• D. Annaratone Handbook for Heat Exchangers and Tube Banks design;
• Н.В. Барановский Пластинчатые и спиральные теплообменники;
• П.И. Бажан Справочник по теплообменным аппаратам;
• С.С. Берман Теплообменные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок;
• В.Н. Бобылев Подбор и расчет трубчатых теплообменников;
• Ю.М. Бродов Теплообменники энергетических установок;
• А.С. Цыганков Расчеты теплообменных аппаратов;
• Ю.И. Данилов Теплообмен и гидродинамика в каналах сложной формы;
• А. Фраас Расчет и конструирование теплообменников;
• В.Л. Головачев Теплообменники труба в трубе;
• Ю.Ф. Гортышов Теплогидравлический расчет и проектирование оборудования с интенсифицированным теплообменом;
• В.А. Григорьев Краткий справочник по теплообменным аппаратам;
• Промышленный каталог Теплообменное оборудование для промышленных установок и систем теплоснабжения;
• Д.Керн Развитие поверхности теплообмена;
• М.А. Кичигин Теплообменные аппараты и выпарные установки;
• Б.М. Лёгких Расчет кожухотрубчатого теплообменника;
• О.Н. Маньковский Теплообменная аппаратура химических производств;
• О.Г. Мартыненко Справочник по теплообменникам Том 1;
• О.Г. Мартыненко Справочник по теплообменникам Том 2;
• В.А. Пермяков Теплообменники вязких жидкостей, применяемые на электростанциях;
• В.И. Петровых Стандартные кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего назначения;
• Н.И. Савельев Расчет и проектирование кожухотрубчатых теплообменных аппаратов;
• С.Н. Виноградов Выбор и расчет теплообменников;
• В.Ф. Юдин Теплообмен поперечно-оребренных труб;
• А. Жукаускас Теплоотдача в ламинарном потоке жидкости;
• А. Жукаускас Конвективный перенос в теплообменниках.