Лекция по теплообменному оборудованию. ЛЕКЦИЯ_3 Теплообмен. Роль теплообменной аппаратуры в химической и нефтегазовой
 Скачать 4.52 Mb.
|
|
Элементы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов Основные элементы кожухотрубчатых теплообменных аппаратов: кожух (корпус), распределительная камера и трубный пучок. Последний состоит из труб, трубных решеток и перегородок. Элементы стальных кожухотрубчатых аппаратов изготовляют из стали. Из стали можно выполнять и некоторые элементы медных (ГОСТ 11971—77) аппаратов, например кожух. Для каждого из рассмотренных выше типов стальных кожухотрубчатых аппаратов в зависимости от их назначения материалы регламентированы соответствующими ГОСТами.  Кожухи и распределительные камеры Кожух (корпус) теплообменного аппарата малого диаметра D (менее 600 мм) чаще всего изготовляют из труб, а кожух большого диаметра вальцуют из листовой стали. В последнем случае особенно при большой  длине аппарата кожух может быть сварным из трех обечаек: центральной и двух концевых. Длина концевых обечаек l= 2 DНsК (где DH - наружный    диаметр кожуха; sK - толщина стенки кожуха), но не менее 100 мм. Толщина концевых обечаек в 1,2-1,4 раза должна превосходить толщину центральной обечайки. Это объясняется необходимостью компенсировать напряжения, возникающие в месте соединения кожуха с трубной решеткой. Для теплообменных аппаратов, особенно аппаратов типа У, П и ПК, должна быть обеспечена необходимая устойчивость формы кожуха; к этой характеристике обечайки предъявляют особые требования, потому что для очистки указанных аппаратов приходится периодически извлекать трубный пучок с перегородками. Так как зазор между кожухом и перегородкой невелик (несколько миллиметров), появление овальности кожуха приведет к невозможности монтажа и демонтажа трубного пучка. Для аппаратов типа Н должна быть обеспечена способность кожуха и труб к самокомпенсации, т. е. способность противостоять напряжениям, возникающим из-за различия их температурных удлинений. При определении температурных напряжений в трубах и кожухе теплообменников типа Н можно полагать, что трубные решетки не деформируются, а кожух и трубы не подвергаются продольному изгибу. Пусть кожух и трубы аппарата выполнены из материалов с модулями упругости соответственно Ек и ЕТ (МПа) и температурными коэффициентами линейного расширения соответственно α и αТ(°С-1). К Введем обозначения: длина труб L (м); площади поперечного сечения труб и кожуха соответственно FT и Fк (м2), их температуры tT и tK (°С); для определенности примем tT > tK.  Если бы трубы и кожух не были жестко связаны между собой, то разность их относительных деформаций можно было бы определить из соотношения ∆ / L= ε= αT (tT - t0 ) - α(tK - t0 ) , (3.1.) где t0 — температура окружающей среды при сборке аппарата. К В реальных условиях эта разность компенсируется деформациями кожуха ∆ / L= ε (растяжение) и труб (сжатие) ∆Т / L= εТ . Очевидно, что К К К (3.2) Деформации кожуха и труб определяются напряжениями растяжения в кожухе σ и сжатия в трубах σ : К ккТТ Поскольку осевая сила Q(H), вызывающая эти напряжения, одинакова для кожуха и труб, можно записать К К кк Подставив (1.4) и (1.1) в (1.2), с учетом (1.3) найдем σ= θ[αТ(tТ - t0 )- α (tк - t0 )]/ Fк(3.5) К θ= ЕкFET FT /(ЕкFк + ETFT) К К Для стальных теплообменников, корпус и трубы которых изготовлены упругости Е= 200 ГПа и температурным из материала с модулем коэффициентом линейного температур кожуха и труб расширения α=1,21⋅10-5°С1, при разности ∆ t= 50 °С (допустимой для теплообменников типа Н) и равных площадях поперечного сечения кожуха и трубFK=FT, напряжения σ= σ= 0,5αЕ∆t= 60,5 МПа. Установкой линзовых компенсаторов уменьшают напряжения в кожухе на ∆σ , в трубах на ∆σ : из материала с модулем коэффициентом линейного температур кожуха и труб из материала с модулем коэффициентом линейного температур кожуха и труб и ∆σТ ≈ ∆/лzθ[αТ(tТ - t0 )- αк(tк - t0 )]/(FТL) (3.7) из материала с модулем коэффициентом линейного температур кожуха и труб где - компенсирующая способность одного элемента, м; z - число элементов компенсатора. Из выражения (3.7) следует, что при введении компенсатора в конструкцию уменьшение температурных напряжений тем значительнее, чем больше элементов в компенсаторе. Однако число линз не должно быть большим из-за опасности потери устойчивости формы кожуха, особенно если компенсаторы работают на осевое сжатие. Распределительные камеры теплообменного аппарата предназначены для распределения потока теплоносителя по трубам (см. рис. 3.9) и представляют собой обечайку с фланцами, соединенными с трубной решеткой и съемной эллиптической или плоской крышкой (см. рис. 3.4). В некоторых конструкциях крышка приварена к цилиндрической обечайке. Для образования ходов теплоносителя по трубам распределительную камеру снабжают продольной перегородкой. Вариант герметизации узла соединения перегородки показан на рис. 3.4. Для аппаратов небольшого диаметра (до 800 мм) крышку распределительной камеры выполняют плоской, поскольку такие крышки дешевле и проще в изготовлении. В некоторых случаях для удобства обслуживания аппарата распределительные камеры и крышки к ним навешивают в шарнирных устройствах, закрепленных на кожухе. Толщину стенок распределительной камеры принимают равной толщине стенки кожуха аппарата. Камеру и крышку обычно изготовляют из того же материала, что и кожух аппарата. Фланцы теплообменных аппаратов выполняют с привалочной поверхностью выступ-впадина или под прокладку восьмиугольного сечения. В стальных кожухотрубчатых теплообменниках используют металлические и асбометаллические прокладки. Во всех случаях прокладку следует изготовлять цельной без сварки, пайки или склеивания. Прокладку в плавающей головке выполняют обычно из стали. |