Лекция по теплообменному оборудованию. ЛЕКЦИЯ_3 Теплообмен. Роль теплообменной аппаратуры в химической и нефтегазовой
 Скачать 4.52 Mb.
|
|
Аппараты с температурным компенсатором на кожухе (тип К) В этих аппаратах для частичной компенсации температурных деформаций используют специальные гибкие элементы (расширители и компенсаторы), расположенные на кожухе. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник типа К (рис. 3.5) отличается от теплообменника типа Н наличием вваренного между двумя частями кожуха 1 линзового компенсатора 2 и обтекателя 3. Обтекатель уменьшает гидравлическое сопротивление межтрубного пространства такого аппарата; обтекатель приваривают к кожуху со стороны входа теплоносителя в межтрубное пространство Наиболее часто в аппаратах типа К используют одно- и многоэлементные линзовые компенсаторы (Рис. 3.6), изготовляемые обкаткой из коротких цилиндрических обечаек. Линзовый элемент, показанный на рис. 3.6 б, сварен из двух полулинз, полученных из листа штамповкой. Компенсирующая способность линзового компенсатора примерно пропорциональна числу линзовых элементов в нем, однако применять компенсаторы с числом линз более четырех не рекомендуется, так как резко снижается сопротивление кожуха изгибу. Для увеличения компенсирующей способности линзового компенсатора он может кожуха (если быть при сборке сжат может кожуха (если для работы на или может кожуха (если может кожуха (если Рис. 3.5 Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник с температурным компенсатором на кожухе  По указанной причине теплообменники типа Н используют при небольшой разности температур (менее 50 С) кожуха и труб, при этом возможна так называемая самокомпенсация конструкции. Однако многие аппараты типа Н, серийно выпускаемые отечественной промышленностью, рекомендованы для работы при еще меньшей разности температур (менее 30 0 При установке линзового компенсатора на горизонтальных Рис. 3.6. Компенсаторы: аппаратах в нижней части линзы а-однолинзовый, сверлят дренажные отверстия с б – сваренный из двух линз, заглушками для слива воды по сле в – двухлинзовый гидравлических испытаний аппарата. Кроме линзовых в аппаратах типа К можно использовать компенсаторы других типов: из плоских параллельных колец, соединенных пластиной по наружному краю (рис. 3.7, а), сваренные из двух полусферических элементов (рис. 3.7, б), тороидальные (рис. 3.7, б) и др. Тороидальные компенсаторы довольно дешевы и просты в изготовлении. Их изготовляют из труб, сгибая в тор с последующей резкой его по внутренней поверхности. Для этих компенсаторов характерны небольшие (по сравнению с линзовым компенсатором) напряжения, плавно изменяющиеся по сечению компенсатора. Однако тяжелые условия работы сварного шва, соединяющего компенсатор с кожухом, сдерживают их широкое применение. Рис. 3.7. Компенсаторы Рис. 3.8. Теплообменник с расширителем на кожухе К аппаратам, обеспечивающим частичную компенсацию тем-пературного расширения за счет гибких элементов в кожухе, относится аппарат с расширителей 1на кожухе 3 (рис. 3.8). Преимущество этой конструкции - эффективность теплообмена вследствие исключения застойных зон в межтрубном пространстве. Для кожухотрубчатых теплообменников особенно характерно образование таких зон вблизи трубных решеток, поскольку штуцера ввода и вывода теплоносителя расположены на некотором расстоянии от решеток. Для   ликвидации застойных зон в аппарате с частичной компенсацией температурных расширений3 предусмотрен распределитель '2, который обеспечивает равномерное распределение теплоносителя по межтрубному пространству. Введение линзового компенсатора или расширителя допускает гораздо больший температурный перепад, чем в теплообменниках типа Н, однако при этом возрастает стоимость аппарата. Область использования стальных аппаратов типа К ограничена избыточным давлением 2,5 МПа. Теплообменники с U-образными трубами (тип У) В кожухотрубчатых аппаратах этой конструкции обеспечивается свободное удлинение труб, что исключает возможность возникновения температурных напряжений. Такие аппараты (рис. 3.9) состоят из кожуха 2и трубного пучка, имеющего одну трубную решетку 3 и U-образные трубы 1. Трубная решетка вместе с распределительной камерой 4 крепится к кожуху аппарата на фланце.  Для обеспечения раздельного ввода и вывода циркулирующего по трубам теплоносителя в распределительной камере предусмотрена перегородка 5. Теплообменники типа У являются двухходовыми по трубному пространству и одно- или двухходовыми по межтрубному пространству. Рис. 3.9 - Теплообменник с U-образными трубами В последнем случае (рис. 3.10) в аппарате установлена продольная перегородка 2,извлекаемая из кожуха 1 вместе с трубным пучком. Рис. 3.10-Двухходовой теплообменник с U-образными трубами     Для исключения перетекания теплоносителя в зазорах между кожухом аппарата (рис. 3.11) и перегородкой 2у стенки кожуха устанавливают гибкие металлические пластины 3(рис. 3.11, а) или прокладку 3 (рис.Рис. 3.11. варианты уплотнения 3.11,6) из прорезиненного пространства между перегородкой и асбестового шнура, уложенную в кожухом: паз перегородки 2. а – гибкой металлической пластиной, б – шнуром В аппаратах типа У обеспечивается свободное температурное удлинение труб: каждая труба может расширяться независимо от кожуха и соседних труб. Разность температур стенок труб по ходам в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей. Преимущество конструкции аппарата типа У - возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки. Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа У практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки. Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное про-странство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и др.). Крепление фланца 4распределительной камеры к фланцу 1кожуха аппарата показано на рис. 3.12. Специальная шпилька 3с коническим стопорным выступом позволяет снимать распределительную камеру без нарушения соединения трубной решетки 2с кожухом. Рис. 3.12 - Способ крепления распределительной камеры к кожуху теплообменника Один из наиболее распространенных дефектов кожухотрубчатого теплообменника типа У - нарушение герметичности узла соединения труб с трубной решеткой из-за весьма значительных изгибающих напряжений, возникающих от массы труб и протекающей в них среды. В связи с этим теплообменные аппараты типа У диаметром от 800 мм и более для удобства монтажа и уменьшения изгибающих напряжений в трубном пучке снабжают роликовыми опорами. К недостаткам теплообменных аппаратов типа У следует отнести относительно плохое заполнение кожуха трубами из-за ограничений, обусловленных изгибом труб. Обычно U-образные трубы изготовляют гибкой труб в холодном или нагретом состоянии. Для исключения сплющивания и значительного утонения стенки на растянутой стороне стальной трубы радиус изгиба принимают R≥4 d,где d - наружный диаметр трубы. T T К существенным недостаткам аппаратов типа У следует отнести невозможность замены труб (за исключением крайних труб) при выходе их из строя, а также сложность размещения труб, особенно при большом их числе. Из-за указанных недостатков теплообменные аппараты этого типа не нашли широкого применения. |