Все о кожухотрубных теплообменниках

Выбор хорошего кожухотрубного теплообменника зависит от назначения и типа реализуемых задач. Для этого нужно иметь представление о его особенностях, видах, параметрах, классификации, эксплуатационных возможностях.

Кожухотрубный теплообменник – один из наиболее востребованных видов теплообменников, который был изобретен в начале XX века. Он был назван так за счет тонких труб, расположенных внутри особого кожуха. Устройство предназначалось для промышленной сферы и добычи полезных ископаемых. От иных аналогов оно отличалось большей долговечностью и эффективностью тепловой передачи. Однако было слишком громоздким. Позже его размеры стали уменьшаться. Оно справлялось с обработкой больших объемов рабочей среды за меньшее время. Появление устройства было связано с потребностями в теплообменниках с большими значениями и способностью работы при большом давлении.

Гораздо позже оборудование стало применяться в производстве испарителей и нагревателей, а также в нефтяной сфере. Сегодня такие системы активно используются не только в промышленности, но и в быту. В настоящее время они нашли применение в разных сферах. Активно используются жилищно-коммунальными службами. Например, их применяют для комплектации инженерных коммуникаций, а также при обеспечении горячего водоснабжения. Используются они и в обустройстве тепловых пунктов с эффективностью, превышающей централизованные магистрали.

Кожухотрубчатый теплообменный аппарат состоит из пучков труб, зафиксированных в трубных решетчатых досках крышек, кожухов, опор. Его принцип работы предельно простой. Схема работы базируется на движении горячего и холодного теплоносителей по различным каналам. Благодаря этому между канальными стенками осуществляется процесс теплового обмена. В распределительных камерах расположены патрубки входа и выхода среды. Задняя камера агрегата разворотная. Дополнительными элементами устройства являются монтажные фиксаторы и опоры, за счет которых система может располагаться не только в вертикальном, но и в горизонтальном положении.

Действие стандартной конструкции заключается в том, чтобы внутри происходил теплообмен без смешивания используемых продуктов. Носители разделены, в устройстве устанавливаются перегородки. Тепло подается по разным трубкам. Один из теплоносителей расположен внутри трубки. Другой подается под давлением в участок между труб. При этом агрегатное состояние носителей разнится. Крышки находятся на торцах кожуха. Они полностью его герметизируют. В комплектацию могут входить крепежи для произвольного монтажа. Интенсивность теплообмена увеличивается за счет труб со специальными ребрами. При необходимости уменьшения теплообмена на трубы наносится теплоизолирующее покрытие.

Популярность кожухотрубных теплообменников объясняется рядом достоинств. Их твердые позиции на отечественном рынке объясняются высокой устойчивостью к гидроударам. Они отлично переносят перепады давления и выдерживают существенные нагрузки. При этом для работы не требуют чистой среды. Эффективно себя зарекомендовали в работе с жидкостью без предварительной очистки. В этом плане они лучше других аналогов, которые не способны работать в загрязненной среде. Помимо этого, устройства высокоэффективны и износоустойчивы.

Они долговечны, при надлежащем уходе и обслуживании могут бесперебойно работать в течение многих лет. Безопасны в применении и ремонтопригодны. Способны бесперебойно работать в агрессивных средах, стоят дешевле многих аналогов. Наряду с этим, имеют несколько недостатков. Ключевыми из них являются большие размеры и внушительный вес. Из-за этого усложняется не только транспортировка, но и размещение систем. Установить их можно далеко не в каждом помещении. Кроме того, они обладают большой металлоемкостью. Это увеличивает их стоимость.

Классифицировать кожухотрубные теплообменники можно по разным признакам. Например, они разнятся диаметром, длиной, техническими характеристиками и уровнем давления. Их диаметр может составлять 15,9-30 см, длина – от 10 см до нескольких десятков метров. Давление достигает 160 кг/см2. Различается и тип установки. Популярны варианты со встроенными трубчатообразными решетками. Составляющие элементы имеют жесткую сцепку. Это модификации с неподвижными трубными решетками. Они надежно приварены к внутренней стороне кожуха и скреплены с трубками.

Данные устройства применяются в нефтяной и химической промышленности. По объему реализуемой продукции они составляют ¾ всего выпускаемого ассортимента. В ассортименте производителей есть модели с температурным линзовым компенсатором. Такие устройства называют полужесткими. В отличие от предыдущих видов они снабжены упругими вставками в расширителях. За счет этого возмещается тепловое удлинение.

Эта продукция с небольшим диаметром, которая функционирует при небольшом давлении. Несмотря на расширение рабочего температурного диапазона, у систем ограничены возможности давления. Популярные виды теплообменников – варианты с U-образными трубами. У них изогнута форма, поскольку оба конца сваркой прикреплены к единой решетке с разворотом на 180 градусов и радиусом в 4 поворота трубки. Из-за этого трубы теплообменных систем называются свободно удлиняющимися. Популярными разновидностями являются модификации с плавающей головкой. Конструкции имеют подвижную решетку, которая передвигается по системе одновременно с крышкой.

Данные модели считаются усовершенствованными версиями кожухотрубных теплообменников. Несмотря на более высокую стоимость, они востребованы, ввиду своей надежности. Кроме вышеописанных видов, в продаже встречаются изделия с комбинированным типом наполнения. Они могут оснащаться встроенной плавающей головкой и компенсатором. По строению трубы внутри горизонтального либо вертикального аппарата бывают с прямым и змеевидным расположением. Разница между типами заключена в количестве трубных решеток. У вариантов первого типа их две. У аналогов второго приспособления единственное. Тип расположения определяет количество выходов из прибора, по которым движется теплоноситель, наполняющий аппарат.

В зависимости от направления перемещения выделяют 3 вида агрегатов: прямоточные, противоточные, перекрестноточные. Каждый вид имеет свои особенности. Помимо вертикального и горизонтального, теплонагреватель может располагаться под заданным углом. Помимо этого, теплообменник бывает одноходовым, двухходовым, многоходовым (четырехходовым, шестиходовым).В одноходовой разновидности устройства циркуляция теплового носителя происходит по ограниченному контуру. Классическим примером является водонагреватель ВВП, который используется в отопительных системах.

Данное оборудование применимо там, где не имеет значение интенсивность теплового обмена. При этом показатели температуры окружающей среды практически не отличаются от данных теплоносителя. Движение в одноходовом типе аппарата проходит по кратчайшему пути. Многоходовые аналоги снабжены поперечными перегородками. Благодаря им обеспечивается перенаправление потока теплового носителя. Их покупают при потребности и высокой теплообменной скорости. Для работы в экстремальных условиях выбирают трубчатые системы со стальными либо графитовыми трубками.

Модификации разнятся типом основного материала, за счет которого они работают. В качестве сырья на производстве используется легированная, нержавеющая, высокопрочная сталь. Сами трубки обычно бывают стальными, титановыми, латунными, медными. Применение данных материалов объясняется эксплуатацией в разных условиях, в том числе в агрессивных средах, провоцирующих ржавление.У материалов высокая сопротивляемость к коррозии.

Обычная сталь в производстве не применяется по причине низкой стойкости к ржавчине. Для кожуха используется толстая листовая сталь толщиной 4 мм. Решетки производят из стали аналогичной марки. Однако ее толщина должна составлять не меньше 20 мм. Для максимальной эффективности устройства трубы выполняют из материала с высокой теплопроводностью. Модификации разнятся назначением и количеством трубок, которое может составлять от нескольких элементов до множества.

Маркировка устройств позволяет идентифицировать оборудование. Например, в ней указывается диаметр корпуса, расчетное давление в трубном и межтрубном пространствах. Кроме того, она содержит информацию о типе исполнения по виду используемого сырья. Указывает длину, тип хода, назначение и условия работы. Теплообменные кожухотрубчатые аппараты маркируют буквой «Т». Маркировка по типу модификации означает:

• Н – неподвижный тип трубчатых решеток;
• К – вариант с температурным компенсатором;
• П – модель с плавающей головкой.

Имеют обозначения и виды труб, используемых в том или ином приборе. «Г» указывает на гладкий тип. «Д» означает, что они диафрагмированы (имеют накатанные кольцевые канавки). Данные критерии позволяют правильно определиться с выбором. Диафрагмированные трубы нельзя применять в средах, провоцирующих коррозионное растрескивание. Указывается в маркировке и тип расположения. «Г» – отметка прибора горизонтального вида, «В» – вертикального аналога. По способу движения нагревательного агента приборы маркируются цифрами. 1 – одноходовые модификации, 2 – двухходовые, 4 – четырехходовой, 6 – шестиходовой.

Производством кожухотрубных теплообменников занимаются разные торговые марки мира. Одним из известных поставщиков является польский бренд SECESPOL JAD. В течение 30 лет он поставляет на отечественный рынок продукцию на основе конструкторских проектов для подводных лодок. Не менее популярны модели отечественного бренда «НефтеХимМаш». Компания производит оборудование для подогревания, испарения, охлаждения воды рекуперативного и регенеративного типов. В линейке бренда модели с разными назначением и диаметром трубы, выполненные из углеродистой либо нержавеющей стали, а также латуни.

Известным поставщиком является и Куртамышский механический завод. Продукция торговой марки рассчитана не менее чем на 30 лет бесперебойной работы. У компании большой опыт в создании высококачественного оборудования. Она поставляет продукцию по всей территории нашей страны и ближнего зарубежья. Агрегаты выполняются в строгом соответствии с нормативами ГОСТа. Их качество контролируется на всех этапах производства.

«Анвитэк» занимается производством теплообменников с 2006 года. Изделия поставщика обладают максимальным коэффициентом тепловой передачи за счет применения тонкостенных трубок диаметром от 0,6 см. Они неприхотливы в обслуживании и работе. Отличаются экономией электроэнергии, приемлемой стоимостью. К ним несложно подобрать комплектующие. Еще одним российским производителем и поставщиком кожухотрубчатого оборудования является завод «Теплокс». Его продукция применяется в разных регионах России и странах СНГ. Модели сертифицированы, имеют гарантию от 1 года, отличаются конкурентной ценой и отлаженной технологией производства. В линейке бренда представлены модификации с неподвижными трубными решетками и плавающей головкой.

Теплообменное оборудование со сменой агрегатного состояния рабочего вещества производит на заказ ООО «РемСтройМаш». Продукция бренда адаптирована к разнообразному назначению. Она выполнена по инновационным технологиям с современным подходом к изготовлению. В ней используются различные интенсификаторы и вспомогательные механизмы.

Довольно долго кожухотрубные теплообменники были самыми маленькими среди всех известных разновидностей. Позже стали производить пластинчатые аналоги. Из-за особенностей теплообменников возникло температурное напряжение, связанное с разницей значений между кожухом и трубами. Поэтому при покупке устройства не обойтись без необходимого расчета. Расчет площади агрегата выполняется по формуле: F=Q/KΔtcp, где:

• F – означает поверхностную площадь устройства;
• tcp – среднее значение разности температур тепловых носителей;
• К – является коэффициентом тепловой передачи;
• Q – объем теплоты.

Чтобы провести тепловой расчет, понадобятся значения максимального расхода нагревающей жидкости и физические характеристики теплового носителя (например, вязкость, плотность, итоговая температура, теплоемкость воды при оптимальной температуре). Заказывая конкретную модель, важно узнать базовые данные. Ключевыми из них являются давление в трубах и корпусе, диаметр кожуха, типа исполнения (вертикальный либо горизонтальный), вид решеток (подвижный или неподвижный), климатическое исполнение.

Если самостоятельное выполнение расчета кажется сложным и непонятным, стоит обратиться к специалисту. Он подскажет, как это сделать правильно, либо сам произведет нужные вычисления. Например, сегодня, ввиду модернизации теплообменных агрегатов, удается существенно увеличить коэффициент теплового обмена. Технические свойства зависят от разных факторов. Например, это может быть связано с созданием турбулентных потоков, оснащением устройств вставками спиралевидного типа. За счет этого создаются долевой и поперечный виды обтекания трубок.

А также выпускаются не только профильные, но и витые трубы, используются жидкостные и газированные смеси, создаются вибрации поверхностей, отвечающие за теплообмен. Характеристики улучшаются и благодаря пульсационному типу подачи рабочей среды. Методы, увеличивающие коэффициент теплоотдачи, могут быть комбинированными. В данном случае эксплуатационные свойства устройства повышаются в 2-3 раза. Нередко при этом методики положительно сказываются на других функциях приборов.

Все типы оборудования просты в работе, однако нуждаются в своевременном ремонте либо профилактической механической чистке. Обычно он заполняется жидкостью, не прошедшей фильтрационное очищение. Из-за этого со временем закупориваются трубы, нарушается перемещение теплоносителя по системе. Промывка составных частей должна выполняться регулярно, с применением высокого давления. В случае обнаружения неисправностей необходимо выполнить диагностику. Делается это путем гидравлических испытаний.

Эксплуатация агрегата выполняется строго по инструкции, поставляемой вместе с оборудованием. Согласно ей рабочее давление в трубном и межтрубном пространствах должно создаваться одновременно. Допустимое значение перепада давления при запуске и работе не должно превышать показатели, отмеченные в технической документации. Запуск, испытание, остановка проводятся в соответствии с рекомендациями, а также с расчетом на прочность. Прибор должен использоваться строго по назначению с учетом норм безопасности и противопожарных требований, которые установлены на конкретном предприятии.

Место монтажа и установка проводятся в месте, где исключено опрокидывание устройства. В целях повышения удобства эксплуатации и обслуживания аппарата выполняют монтаж лестниц и площадок. Они не должны уменьшать прочность и устойчивость агрегата. Обвязка выполняется с исключением передачи нагрузки на штуцеры. Перед эксплуатацией прибор должен быть изолирован от тепловых и холодовых потерь, возникновения конденсата. Исходя из типа устройства скорость поднятия и спуска температуры кожуха и трубок должна составлять не более 30 градусов в час (при отсутствии иных рекомендаций в технической документации).

Рабочий режим поддерживается с учетом требований к процессу. Рабочая среда должна иметь свойства, указанные в паспорте. Допускается, чтобы она была менее агрессивной. Запрещено использовать оборудование с электросварными трубами на средах первого и второго классов опасности. Это также исключено, если смешение сред может стать причиной полимеризации продуктов, повышенной коррозии либо взрыва.

Каждый эксплуатируемый прибор подлежит периодическому техническому освидетельствованию. В зависимости от разновидности периодичность наружного и внутреннего осмотра может варьироваться от 2 лет до 1 года. Если проведение внутреннего осмотра невозможно, проводят измерение толщины стенок, прибегая к неразрушающим методам. Предел показателя погрешности толщиномера равен 1/10 мм. Когда проверка выявляет большую скорость коррозии, после технического освидетельствования эксплуатация прибора запрещается. Нельзя включать устройство с трещинами, надрывами, выпучинами.

О том, как работает кожухотрубный теплообменник, смотрите в следующем видео.