Лекция по теплообменному оборудованию. ЛЕКЦИЯ_3 Теплообмен. Роль теплообменной аппаратуры в химической и нефтегазовой
 Скачать 4.52 Mb.
|
|
Теплообменные аппараты с плавающей головкой (тип П) В теплообменниках с плавающей головкой теплообменные трубы закреплены в двух трубных решетках, одна из которых неподвижно связана с корпусом, а другая имеет возможность свободного осевого перемещения; последнее исключает возможность температурных деформаций кожуха и труб. Горизонтальный двухходовой конденсатор типа П (рис. 1.13) состоит из кожуха 10и трубного пучка. Левая трубная решетка 1соединена фланцевым соединением с кожухом и распределительной камерой 2, снабженной перегородкой 4. Камера закрыта плоской крышкой 3. Правая, подвижная, трубная решетка установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной к ней крышкой 8«плавающую головку». Со стороны плавающей головки аппарат закрыт крышкой 7. При нагревании и удлинении трубок плавающая головка перемещается внутри кожуха.  Для обеспечения свободного перемещения трубного пучка внутри кожуха в аппаратах диаметром 800 мм и более трубный пучок снабжают опорной платформой 6. Верхний штуцер 9предназначен для ввода пара и поэтому имеет большое проходное сечение; нижний штуцер 5 предназначен для вывода конденсата и имеет меньшие размеры. Рис. 3.13 - Горизонтальный двухходовой конденсатор с плавающей головкой Значительные коэффициенты теплоотдачи при конденсации практически не зависят от режима движения среды. Поперечные перегородки в межтрубном пространстве этого аппарата служат лишь для поддержания труб и придания трубному пучку жесткости. Аппараты с плавающей головкой обычно выполняют одноходовыми по межтрубному пространству, однако установкой продольных перегородок в межтрубном пространстве можно получить многоходовые конструкции. На рис. 3.14 показаны двухходовые по межтрубному пространству теплообменники Хотя в аппаратах типа П обеспечивается хорошая компенсация температурных деформаций, эта компенсация не является полной, поскольку различие температурных расширений самих трубок приводит к короблению трубной решетки. В связи с этим в многоходовых теплообменниках типа П диаметром более 1000 мм при значительной (выше 100 °С) разности температур входа и выхода среды в трубном пучке, как правило, устанавливают разрезную по диаметру плавающую головку. а) б) Рис. 3.14. Двухходовой теплообменник типа П с плавающей головкой: а –цельный, б- разрезной Наиболее важный узел теплообменников с плавающей головкой -соединение плавающей трубной решетки с крышкой. Это соединение должно обеспечивать возможность легкого извлечения пучка из кожуха, аппарата, а также минимальный зазор Δ между кожухом и пучком труб.   Вариант, показанный на рис. 3.15, позволяет извлекать трубный пучок, но зазор Δ получается больше (по крайней мере, чем в теплообменниках типа Н) на ширину фланца плавающей головки. Крепление по этой схеме наиболее простое; его часто применяют в испарителях с паровым пространством. Размещение плавающей головки внутри крышки, диаметр которой больше диаметра кожуха, позволяет уменьшить зазор; но при этом усложняется демонтаж аппарата, так как плавающую головку нельзя извлечь из кожуха теплообменника (рис. 3.16). Рис. 3.15. Вариант размещения Рис. 3.16. Вариант размещения плавающей головки в кожухе крышки плавающей головки в большего диаметра кожухе меньшего диаметра Конструкции крепления плавающей головки с трубной решеткой, позволяющие легко извлекать трубный пучок из кожуха при минимальном зазоре Δ между трубным пучком и кожухом, показаны на рис. 3.17. В одном из таких простых соединений использованы разрезные фланцы (рис. 3.17, а). Конструкция включает разрезной фланец 1 (состоит из двух полуколец, стянутых ограничительным кольцом 2), уплотняющую прокладку 3, крышку 4 плавающей головки и трубную решетку 5. Широко распространены соединения фланцевой скобой 2(рис. 3.17,б), представляющей собой приспособление типа струбцины. Соединение состоит из двух полуколец, охватывающих край трубной решетки 4и фланец 3 крышки. Винты 1 должны быть расположены посередине уплотнения, что обеспечивает разгрузку фланца от изгибающих моментов.    Рис. 3.17. способы крепления крышки плавающей головки к трубной решетке:а – разрезным фланцем; б) – разрезной фланцевой скобкой; в – разрезным кольцом; г – разрезным стяжным кольцом. В другой конструкции (рис. 3.17,в) накидной фланец 1 удерживается разрезным кольцом 2, вставленным в паз трубной решетки 3. Широко применяют также крепление крышки 3(рис. 3.17,г) и трубной решетки 4разрезным кольцом 1, половинки которого соединены между собой накладками 2. Особенно часто трубные пучки с плавающей головкой используют в испарителях с паровым пространством. В этих аппаратах должна быть создана большая поверхность зеркала испарения, поэтому диаметр кожуха испарителя значительно превышает диаметр трубного пучка, а перегородки в пучке служат лишь для увеличения его жесткости. В испарителе (рис. 3.18) уровень жидкости в кожухе 11 поддерживается перегородкой 2. Рис. 3.18 - Испаритель Для обеспечения достаточного объема парового пространства и увеличения поверхности испарения расстояние от уровня жидкости до верха корпуса составляет примерно 30 % его диаметра. Трубный пучок 3расположен в корпусе испарителя на поперечных балках 4. Для удобства монтажа трубного пучка в перегородке 2 и левом днище предусмотрен люк 10, через который в аппарат можно завести трос от лебедки.  Продукт вводится в испаритель через штуцер 5; для защиты трубного пучка от эрозии над этим штуцером установлен отбойник 6. Пары отводятся через штуцер 9, продукт - через штуцер 1. Теплоноситель подводится в трубный пучок и отводится через штуцеры 7,8. В таких аппаратах можно устанавливать несколько трубных пучков.   Теплообменники с плавающей головкой и компенсатором (тип ПК)  Теплообменники с плавающей головкой и компенсатором (тип ПК) представляют собой аппараты полужесткой конструкции, в которых компенсацию температурных напряжений обеспечивает гибкий элемент -компенсатр, установленный на плавающей головке. Теплообменники типа ПК выполняют одноходовыми с противоточным движением теплоносителей и используют при повышенном давлении теплообменивающихся сред (5-10 МПа). Теплообменник этой конструкции (рис. 3.19) отличается от рассмотренных наличием на крышке 2удлиненного штуцера (горловины) 3, внутри которого размещен компенсатор 4. Последний соединен одним концом с плавающей головкой 1, другим - со штуцером на крышке теплообменника. Конструкции остальных узлов теплообменника аналогичны, используемым в аппаратах типа П. Показанная на рис. 1.19 конструкция обеспечивает возможность извлечения трубного пучка из корпуса для контроля его состояния и механической очистки труб. Рис. 3.19 - Теплообменник с плавающей головкой и компенсатором Компенсаторы, используемые в аппаратах типа ПК, отличаются от линзовых компенсаторов аппаратов типа К относительно меньшими диаметрами, большим числом волн (гофров), меньшей толщиной стенки. Такие компенсаторы можно использовать при перепаде давлений не более 2,5 МПа, поэтому аппараты типа ПК разрешается эксплуатировать только при одновременной подаче теплоносителей в трубное и межтрубное пространства. Пример частичной компенсации разности температурных деформаций кожуха и труб - использование в кожухотрубчатых аппаратах сальникового уплотнения. На рис. 3.20 приведена схема кольцевого уплотнения трубной решетки 4. Уплотнение обеспечивают сальниковые кольца 1, расположенные по обе стороны от дренажного кольца 3 и поджатые фланцами 2,5. В случае утечки через сальник теплоноситель выводится из аппарата через отверстие в дренажном кольце. Трубная решетка в аппарате такой конструкции должна быть на периферии достаточно широкой для возможности размещения прокладки и дренажных колец, с учетом перемещения решетки при  удлинении труб. Рис. 3.20 - Сальниковое кольцевое уплотнение Такие аппараты нельзя использовать для летучих и воспламеняющихся жидкостей. Аппарат, предназначенный для нагрева насыщенным водяным паром кислых агрессивных сред (рис. 3.21) состоит из металлического кожуха 1 и графитового трубного пучка 2. В верхней части аппарата, где его кожух сопрягается с подвижной (трубной) решеткой 3, установлен сальник 4. В качестве сальниковой набивки, как правило, используют графитизированный асбестовый шнур. Уплотнение герметизируют перемещением нажимной втулки 5 и затягиванием шпилек 6. Следует учитывать, что при повышенном давлении в межтрубном пространстве сальник в таких аппаратах является источником утечек теплоносителя. Рис. 3.21 - Теплообменник для нагрева кислых сред   В некоторых конструкциях кожухотрубчатых теплообменников с трубами из неметаллических материалов, например, стекла, компенсацию температурных удлинений и перекоса труб в решетках обеспечивают упругие элементы 2 (рис.3.22,а), установленные между трубой между трубой 1 и трубной решеткой 3. Рис. 3.22 - Способы компенсации температурных напряжений в теплообменниках с неметаллическими трубами: а - упругими элементами, б- подвижным соединением Эти элементы изготовляют из полимерных материалов и приклеивают одной стороной к наружной поверхности концов труб, другой - к трубной решетке. Для компенсации температурных напряжений в аппарате с неметаллическими трубами иногда используют подвижное соединение одного конца труб с трубной решеткой. В этом случае концы труб 5 закрепляют в трубной решетке 3 (рис. 3.22, б) с использованием сальниковой набивки 4, нажимного кольца 1 и нажимной втулки 2. |