3.1.2. Елементні теплообмінники

Цей тип теплообмінників використовують для підвищення швидкості руху середовища в міжтрубному просторі без застосування перегородок, які ускладню­ють очищення апарата. Кожний елемент такого апарата є найпростішим кожухо­трубним теплообмінником. Середовища, задіяні у теплообміні, послідовно прохо­дять через окремі елементи, що складаються з пучка труб у кожусі невеликого діаметра. Така конструкція апарата придатна для використання під значними надлишковими тисками у міжтрубному просторі і є модифікацією багатоходового кожухотрубного теплообмінника. Взаємний напрямок середовищ в елементних теплообмінниках наближений до чистого протитоку, однак через необхідність розділення загальної поверхні теплообміну на окремі елементи його вартість зростає, а конструкція є громіздкою.

3.1.3. Двотрубчасті теплообмінники типу “труба в трубі”

Апарати такого типу містять декілька послідовно з’єднаних трубчастих елементів, утворених двома концентрично розміщеними трубами (рис. 3.7), в яких один теплоносій рухається внутрішніми трубами 1, а інший – кільцевим зазором між внутрішніми і зовнішніми 2 трубами. Діаметр внутрішніх труб здебільшого становить 57 – 108 мм, а зовнішніх – 76 – 159 мм. Внутрішні труби з’єднуються калачами 3, а зовнішні – патрубками 4.

Рис. 3.7. Теплообмінник типу “труба в трубі”: 1 – внутрішні труби; 2 – зовнішні труби; 3 – калач; 4 – патрубок

У двотрубчастих теплообмінниках навіть за невеликих витрат досягають достатньо високих швидкостей рідини (1 – 1,5 м/с), оскільки поперечний переріз трубного і міжтрубного простору невеликий, і тому отримують вищі коефіцієнти теплопередачі і більші теплові навантаження на одиницю маси апарата, ніж у кожухотрубних теплообмінниках інших конструкцій. Зростання швидкості теплоносія зменшує можливість відкладення забруднень на поверхні теплообміну. Апарати цього типу ефективно працюють за невеликих витрат теплоносія і за високих тисків, у разі необхідності збільшення поверхні теплообміну їх виконують з декількох паралельних секцій.

До недоліків двотрубчастих теплообмінників відносяться: громіздкість, велика металомісткість та невелика площа теплообміну.

3.2. Змійовикові теплообмінники

3.2.1. Занурені теплообмінники

На рис. 3.8 показано схему зануреного теплообмінника, в якому крапельна рідина, газ або пара рухаються спіральним змійовиком 1, виконаним з труб діаметром 15–75 мм, зануреним в рідину, яка знаходиться в корпусі 2 апарата. Труби змійовика кріпляться на конструкції 4, можуть бути також прямими, з’єднаними калачами. Коефіцієнт тепловіддачі ззовні змійовика є незначним, оскільки внаслідок великого діаметра корпусу швидкість рідини є малою. Для його збільшення підвищують швидкість рідини в корпусі, встановлюючи в ньому внутрішній стакан 3, внаслідок чого зменшується корисний об’єм корпусу апарата. Великий об’єм рідини в корпусі має свої позитиви, оскільки забезпечує чітку роботу теплообмінника.

Рис. 3.8. Змійовиковий теплообмінник: 1 – спіральний змійовик; 2 – корпус апарата; 3 – внутрішній стакан; 4 – конструкція для кріплення змійовика

Теплоносій, що рухається змійовиком з прямих труб, спочатку направляють в загальний колектор, з якого він надходить в паралельні секції труб і видаляється через загальний колектор. У разі такого паралельного включення секцій зменшу­ється швидкість і довжина шляху потоку, через що знижується гідравлічний опір апарата.

Оскільки тепло передається вільною конвекцією, то тепловіддача в міжтруб­ному просторі є малоінтенсивною. Тому теплообмінники такого типу працюють за низьких теплових навантажень і забезпечують поверхню нагрівання до 10–15 м².

Якщо гріючим агентом є насичена водяна пара, то відношення довжини змійовика до його діаметра не повинно перевищувати допустимої межі, оскільки накопичення парового конденсату в нижній частині змійовика спричинить значне зменшення інтенсивності теплообміну за значного зростання гідравлічного опору.

Перевагами таких апаратів є: простота конструкції, дешевизна, доступність для очищення і ремонту, зручність роботи за високих тисків і в хімічно активних середовищах.