ответы. Типы кожухотрубчатых теплообменников

• Название: Типы кожухотрубчатых теплообменников
• Дата: 20.11.2022
• Размер: 97.17 Kb.
• Имя файла: ответы.docx
• Тип: Документы; #801186

2. Кожухотрубчатые теплообменники, типы кожухотрубчатых теплообменников. Конструктивные особенности теплообменников типов Н, К, П, У. Элементы кожухотрубчатых теплообменников.
Кожухотрубные теплообменники – это аппараты, предназначенные для передачи тепла между двумя автономными потоками – горячим и холодным. Процесс теплообмена заключается в движении жидкостей в разных полостях, причем преимущественно выбирается противоточная схема движения жидкости. Во время движения жидкости горячая среда предает тепло холодной   через стенки теплообменных труб.

Кожухотрубные теплообменники появились в начале ХХ века и получили свое название из-за тонких теплообменных труб, находящихся в середине основного кожуха, причем их количество влияет на поверхность теплообмена, и, как следствие, эффективность аппарата. Их разработка была связана с потребностью в аппаратах с высоким показателем производительности и способностью работать при высоком давлении. Изначально применялись на тепловых станциях, затем – как компоненты испарителей и нагревателей в нефтепромышленности. Зачастую аппараты работали с загрязненными средами, что способствовало конструировать их так, чтобы обеспечить легкость ремонта и очистки.   
типы кожухотрубчатых теплообменников
Диаметр теплообменников может быть в пределах 159-3000 мм, длиной-от 0,1 до десятков метров. Максимальный уровень давления – 160 кг/см2.

Существуют следующие типы установок:

1. 
   Со встроенными трубчатыми решетками. Конструктивно предусмотрена жесткая сцепка всех составляющих частей. Эти аппараты используются преимущественно в нефте- и химической промышленности. На их долю приходится три четверти рыночного предложения. Для данного вида характерны приваренные к внутренней стороне корпуса решетки труб и прочно скрепленные с ними трубки. Такая фиксация не дает составляющим компонентам сдвигаться внутри корпуса.
   
2. 
   С температурным компенсатором. Кожухотрубный теплообменник путем продольного сжатия или с помощью особых упругих вставок в расширителях  возмещает удлинение от тепла. Устройство является полужестким.
   
3. 
     С плавающей головкой. Таким термином называется подвижная решетка, перемещаемая по системе совместно с крышкой. Агрегат стоит дороже, но он усовершенствован и надежен.
   
4. 
   С изогнутой формой (U-образной). В конструкции два конца приварены к одной решетке с поворотом на 180 градусов и радиусом от 4 диаметров трубы, благодаря чему кожухотрубные теплообменники имеют свободно удлиняющиеся трубы.
   
5. 
   С комбинированным наполнением. Оборудованы компенсатором и встроенной плавающей головкой.
   

Исходя из направления передвижения, агрегаты делятся на виды:

1. 
   Одноточные.
   
2. 
   Противоточные.
   
3. 
   Перекресточные.
   

Конструктивные особенности теплообменников типов Н, К, П, У.
Принципиальная схема кожухотрубного теплообменника не зависит от его типа: два теплоносителя подаются через входные фланцы и проходят сквозь теплообменник, не смешиваясь: один – сквозь трубный пучок, другой – внутри корпуса, омывая при этом трубы с первым теплоносителем. В процессе происходит передача тепловой энергии от одного теплоносителя другому сквозь стенки труб трубного пучка. Существует технологический нюанс: нагрев или охлаждение теплоносителя вызывает температурную деформацию, расширение или сжатие, элементов теплообменника – труб, трубной решётки, корпуса.

Если разница температур невелика, то и деформация незначительна. При существенной разнице возникает механическое напряжение в местах соединения элементов с различной температурой, что может привести к повреждению этих соединений или самих элементов. Для смягчения этого эффекта применяются некоторые модификации базового устройства кожухотрубного теплообменника.

Принятая техническая классификация подразумевает использование буквенных обозначений «Н», «К», «П», «У» и «ПК» для различных типов кожухотрубчатых теплообменников:

• 
  тип «Н» – с неподвижно закреплёнными трубными решётками;
  
• 
  тип «П» – с «плавающей» головкой;
  
• 
  тип «К» – с температурными компенсаторами на кожухе;
  
• 
  тип «ПК» – с «плавающей» головкой плюс компенсаторы на ней;
  
• 
  тип «У» – с трубами, напоминающими формой латинскую букву «U»
  

Модификации конструкции обуславливают не только температурные технические характеристики агрегата, но и нюансы обслуживания при эксплуатации кожухотрубного теплообменника.

1. Тип «Н».

В агрегате данного типа трубные решётки в количестве 2-х шт. с закреплёнными в них противоположными концами труб фиксируются в корпусе теплообменника неподвижно. Трубы имеют прямую форму; отверстия труб выходят в противостоящие друг другу распределительные камеры, закреплённые на корпусе фланцевым соединением. Подача и вывод теплоносителей осуществляются через штуцеры на кожухе и распределительных камерах (в случае многоходовых теплообменников – на передней камере).



К достоинствам данной конструкции можно причислить прежде всего её простоту и, как следствие, отсутствие дополнительных этапов при производстве, влияющих на общую стоимость агрегата. Малое количество деталей придаёт агрегату дополнительную надёжность и упрощает техническое обслуживание. В качестве дополнительного преимущества можно упомянуть возможность механической очистки внутренней поверхности труб, для осуществления которой достаточно снять распределительные камеры с кожуха.

Ввиду отсутствия элементов, компенсирующих температурные деформации материала труб и кожуха, теплообменники типа «Н» рассчитаны на использование в условиях, когда с разница температур теплоносителей не превышает 50 градусов Цельсия. Однако, для большинства производственных и хозяйственных нужд такой диапазон достаточен; недорогие и надёжные, кожухотрубные теплообменники типа «Н» являются наиболее распространёнными и используются в качестве водо-водяных подогревателей, охладителей воды и масла, испарителей, конденсаторов и др.

2. Тип «П».

В отличие от типа «Н», в теплообменниках типа «П» (с плавающей головкой) одна из трубных решёток не закрепляется на кожухе, и может в определённых пределах двигаться вдоль него. Таким образом, появляется некоторая свобода для удлинения или сжатия труб под влиянием нагрева или охлаждения. Для обеспечения герметичности системы прохождения теплоносителя, подвижная решётка снабжается собственной крышкой, образующей вместе с решёткой «плавающую» головку (распределительную камеру), давшую название данному типу теплообменников. roksa.ch.



Поскольку распределительная камера пусть незначительно, но смещается относительно корпуса, размещение выпускного штуцера на ней не представляется возможным; в случае необходимости именно такого подключения можно выбрать конструкцию типа «ПК» (плавающая головка с компенсатором, см. п. 4).

Теплообменники с плавающей головкой рассчитаны на эксплуатацию при разнице в температурах рабочих сред в 100 и более градусов Цельсия, благодаря чему могут использоваться для специфического круга задач.

3. Тип «К».

При нагреве или охлаждении температурные деформации характерны не только для внутренних элементов теплообменника, но и для его кожуха. Для их нивелирования на агрегатах типа «К» предусмотрены компенсаторы различных видов – линзовые, сильфонные и др. Они представляют собой ∩-, П- или С-образные полые кольцевые выступы, охватывающие кожух обменника и пружинно расширяющиеся или сжимающиеся при изменении температуры кожуха.



Использование компенсаторов на кожухе значительно увеличивает температурный диапазон теплообменников «К» в сравнении с агрегатами типа «Н». Но, поскольку компенсаторы выполняются, как правило, методом вваривания сложных фигурных кольцевых элементов в разрез корпуса, увеличивается и себестоимость таких теплообменников; наличие сварных швов усложняет процесс производства и тестирования агрегата.

4. Тип «ПК».

Компенсаторы могут устанавливаться не только на кожух обменника, но и на плавающую головку; точнее – на её выводной штуцер (см. абз. 2 п. 2). Принцип действия таких компенсаторов принципиально аналогичен компенсаторам типа «К» с той разницей, что

• 
  демпфируют они сжатие/расширение не кожуха, а трубного пучка;
  
• 
  диаметральный размер компенсаторов и толщина их стенок меньше;
  
• 
  устанавливаются они обычно последовательностью в несколько штук.
  

Достоинством данного типа агрегатов является их полужёсткая конструкция с возможностью осевого подключения систем подачи/вывода теплоносителя. Недостатком – усложнённость и увеличенная стоимость конструкции. При этом, меньшая толщина стенок компенсаторов и наличие сварных швов не оказывает решающего влияния на эксплуатационные характеристики агрегатов типа «ПК», так как учитывается при первоначальном расчёте теплообменника.

5. Тип «У».

В теплообменниках данного типа, в отличие от всех перечисленных выше видов, используются не прямые, а U-образные трубы, которые за счёт своей формы компенсируют температурное расширение материала. Трубная решётка одна; распределительная камера также одна, разделённая на две части – вводную и выпускную.



Достоинством такой конструкции является её относительная простота, сравнимая с простотой агрегатов типа «Н». Недостатками являются затруднённость механической очистки внутренней поверхности труб и то, что замена единственной трубы в случае её повреждения, как правило, требует полного демонтажа всех остальных труб пучка, что экономически не оправдано. Кроме того, форма труб усложняет их плотное взаимное размещение, что сказывается на характеристиках теплоотдачи. Тем не менее, теплообменники типа «У», как и агрегаты типа «ПК», находят применение для выполнения определённых задач.

Следует отметить, что при равных соотношениях площадей и одинаковом материале труб трубного пучка, все типы теплообменников будут обладать фактически равнозначными показателями теплообмена. Подбор кожухотрубного теплообменника (для новой линии или взамен выработавшего свой ресурс агрегата) в данном случае должен осуществляться по другим параметрам – температурной разнице сред, принципу подключения к системе подачи/отвода теплоносителей и предельному расчётному давлению в системе. Предпочтительными в данном случае являются современные теплообменники, рассчитанные и произведенные на специальном оборудовании, по индивидуальному заказу, с учётом абсолютно всех технологических нюансов.

Элементы кожухотрубчатых теплообменников.
К основным элементам любого кожухотрубчатого теплообменника относятся: кожух; трубы; трубные решётки; распределительные камеры; крышки и перегородки
Основными элементами кожухотрубчатого теплообменника являются: кожух (корпус), трубный пучок, камеры-крышки, патрубки, запорная и регулирующая арматура, контрольная аппаратура, опоры, каркас. Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды в межтрубном пространстве и диаметром аппарата. Днища камер могут быть сферическими сварными, эллиптическими штампованными и реже – плоскими. Толщина днищ не должна быть меньше толщины корпуса. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами.
26. Оборудование разделения газов периодической и непрерывной адсорбцией.
АДСОРБЦИЯ — поглощение газов или растворенных веществ из раствора поверхностью твердого тела нли жидкости.

   Процесс адсорбции широко применяется в химической и нефтехимической промышленности (для очистки нефтепродуктов, для рекуперации летучих растворителей, для разделения газов и жидкостей, для выделения и очистки мономеров в производстве каучука, синтетических смол и пластмасс, для глубокой осушки газон и т. д.

   Адсорбционный метод разделения газов мало распространен в промышленности. Он основан иа способности некоторых твердых веществ с развитой поверхностью (активированного угля, силикагеля и др.) избирательно поглощать различные компоненты газа. Подобно жидким поглотителям (абсорбентам) твердые адсорбенты более интенсивно поглощают тяжелые углеводороды. Подобрав определенный режим адсорбции, можно получить достаточно сухой газ. Адсорбцию применяют для извлечения целевых компонентов из смесей, в которых содержание извлекаемых углеводородов не превышает 50 мг/м , а также из газов, содержащих воздух. 

Принцип работы адсорбера

Корпус адсорбера заполнен адсорбентом (мы чаще всего используем активированный уголь для очистки воздуха).

Устройство адсорбера очень простое. Загрязненный воздух заходит внутрь фильтра и благодаря специальным канальцам равномерно распределяется по всей площади фильтра. Адсорбент собирает внутри себя все молекулярные загрязнители. Чистый воздух выходит наружу.