Кожухотрубчатый одноходовой теплообменник жесткой конструкции: 1 – кожух; 2 – трубные решетки; 3 – трубы; 4 – крышка; 5 – прокладка I, II – теплоносители
пособы размещения труб в трубных решетках одноходового кожухотрубчатого теплообменника: а – по вершинам правильных шестиугольников; б – по вершинам квадратов; в – по концентрическим окружностям: 1 – корпуса; 2 – трубы (t – шаг труб; d – диаметр трубы)
Способы крепления труб в трубных решетках: а – развальцовка; б – развальцовка в отверстиях с канавками; в – сварка; г – сальниковые уплотнения
Теплообменники с жестким креплением труб в трубной решетке надежно работают при разностях температур между трубами и кожухом 25-30°С. При более существенной разности температур между ними (более 50°С) могут возникнуть температурные напряжения, ведущие к деформированию труб, нарушению герметичности между трубным и межтрубным пространствами и даже к разрушению аппарата. В этом случае применяют теплообменники с различными компенсаторами температурных удлинений (рис. 5). На рис. 5, а показан теплообменник с линзовым компенсатором на корпусе, где температурные деформации (не более ∙10…15 мм) компенсируются осевым сжатием или расширением этого компенсатора. При значительных перемещениях труб относительно кожуха в ряде случаев применяются теплообменники с плавающей головкой (см. рис. 5, б) и с U – образными трубами (см. рис. 5, в). В первом из предложенных вариантов компенсация температурных удлинений осуществляется за счет свободного перемещения нижней трубной решетки, не связанной с кожухом, вместе с укрепленными в ней трубами, вдоль оси теплообменника, во втором – за счет свободного удлинения U – образных труб, оба конца которых закреплены в верхней неподвижной трубной решетке.
Одним из важнейших факторов, определяющих работу теплообменников, является скорость движения теплоносителей, так как при увеличении скорости возрастает интенсивность теплообмена. Для увеличения коэффициента теплоотдачи теплоносителя, перемещаемого в трубном пространстве, используются многоходовые теплообменники (рис. 6). В таких теплообменниках пучок труб разделен на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель проходит последовательно, что достигается установкой в крышках теплообменников направляющих перегородок (рис. 7). При этом число труб, использованных в аппарате, и его габаритные размеры остаются прежними. Если поделить количество труб на число ходов (2-, 4-, 6-ходовой), то в каждой секции оно будет примерно одинаковым, а скорость движения теплоносителя по трубам увеличивается кратно числу ходов при одном и том же расходе теплоносителя. Увеличение скорости и изменение направления движения теплоносителя в межтрубном пространстве, интенсифирующих процесс теплоотдачи, обеспечивается установкой сегментных перегородок (рис. 8). Из двух теплоносителей, движущихся в трубном и межтрубном пространствах, в первую очередь надо увеличивать скорость того, который при теплообмене имеет большее термическое сопротивление и, следовательно, имеет меньшее значение коэффициента теплоотдачи.
Кожухотрубчатые теплообменники с компенсацией неодинаковости температурных удлинений труб и кожуха: а – теплообменник с линзовым компенсатором; б – аппарат с плавающей головкой; в – аппарат с
– образными трубами; 1 – кожухи; 2 –
трубы; 3 – линзовый компенсатор; 4 –
плавающая головка; I,
II – теплоносители
Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые теплообменники жесткой конструкции: а – двухходовой; б – четырехходовой; 1 – крышки; 2 – перегородки в крышках; I, II – теплоносители
а
б
Расположение отверстий в трубных решетках многоходового кожухотрубчатого теплообменника: а – двухходового; б – четырехходового
Многоходовой (по межтрубному пространству) кожухотрубчатый теплообменник: 1 – кожух; 2 – крышки; 3 – перегородки; I, II – теплоносители
Применение многоходовых теплообменников должно быть экономически обосновано, так как увеличение скорости движения теплоносителей влечет за собой усложнение конструкции аппарата, увеличение гидравлического сопротивления и, как следствие, увеличение энергетических затрат, а также уменьшение движущей силы процесса.