Кожухотрубный теплообменник устроен так: один теплоноситель идёт по трубам пучка, второй омывает пучок снаружи, в корпусе. Тепло передаётся через стенку трубы. Ставим такой аппарат там, где среда грязная или вязкая, а давление и температура выше того, что держит пластинчатый.
Как устроен кожухотрубный теплообменник
Набор частей одинаков у всех исполнений: корпус, трубный пучок, две трубные решётки, перегородки, патрубки, крышки или камеры.
Корпус варят из обечайки, листа или трубы, с фланцами по концам. В неё врезают патрубки межтрубного пространства, внизу ставят дренаж, вверху воздушник. Без воздушника аппарат не заполнить, без дренажа не слить.
В пучке десятки и сотни тонкостенных труб, чаще 20×2 или 25×2 мм. Концы закрепляют в трубных решётках развальцовкой, обваркой или тем и другим сразу. Решётка из толстого листа отделяет трубное пространство от межтрубного и держит весь пучок.
В межтрубном пространстве стоят поперечные перегородки. Они гонят среду поперёк пучка, держат трубы от провисания и гасят вибрацию от потока.
С торцов корпус закрывают крышки или распределительные камеры. Перегородка внутри камеры делит поток по трубам на ходы. Камера съёмная: сняли её, и пучок открыт для осмотра и чистки.
Корпус и трубы греются по-разному, удлиняются тоже по-разному. Жёсткая заделка пучка с двух сторон гонит напряжения в решётку и развальцовку, а оттуда начинаются течи. Поэтому в конструкции оставляют запас на удлинение: линзовый или сильфонный компенсатор на корпусе, U-образные трубы или плавающую решётку. Раскладку по исполнениям смотрите в разделе виды теплообменников.
Ходы по трубному и межтрубному пространству
Ходом называют один проход среды через пучок. По трубам ходы задаёт перегородка в камере, по межтрубному их задают поперечные перегородки в корпусе.
При одном ходе по трубам проходное сечение большое, сопротивление низкое, пучок чистится прямой щёткой. Площади под ту же нагрузку берём больше, аппарат выходит длиннее.
При двух и больше ходах среда в трубах идёт быстрее, теплоотдача выше, аппарат компактнее. Растёт сопротивление: насос нужен мощнее, чистить труднее.
В межтрубном перегородки дают поперечное омывание. Теплоотдача растёт, сопротивление тоже. Волокно и шлам застревают в зазоре между перегородкой и корпусом.
Скорость в трубах держим около 1–2,5 м/с. Ниже отложения ложатся на стенку, выше начинается эрозия и вибрация пучка.
Число ходов и площадь считают по расходам, температурам и допустимому сопротивлению: расчёт теплообменника. Исполнение под конкретный узел подбирают отдельно, как выбрать теплообменник под свой узел.
Где ставим
Пар пускаем в межтрубное, конденсат стекает вниз и уходит через патрубок. Пучок греется по всей длине ровно, локальных перегревов нет.
Грязную среду ставим в межтрубное: шлам, взвеси, окалина, продукты коррозии. Проход широкий, забиваться нечему. В пластинчатом канал между пластинами шириной в единицы миллиметров, и волокно его забивает.
Вязкие масла, сиропы и мелассу тоже пускаем по межтрубному. Перегородки не дают им проскочить коротким путём.
Корпус считают как сосуд под давлением. Стенку берут под давление и температуру, фланцы под руку. Резиновых уплотнений в потоке нет, поэтому температурный потолок выше, чем у разборного пластинчатого. Пластинчатый не подходит, когда в среде волокно и шлам, когда давление выше того, что держит прокладка, и когда температура выбивает резину. Тогда считаем кожухотрубный.
На маслоэкстракционных заводах аппарат работает на масле, растворителе и воде одновременно. Наши объекты: «Белагротерминал», «Черноземье», «Волжский терминал», «Орёлмасло». Теплообменники там стоят в одном узле с насосами, и обвязку делаем мы.
Чистка
Трубное пространство чистим механически. Снимаем камеру, проходим каждую трубу ершом или гидроструйной насадкой: давление в сотни бар снимает накипь и кокс без кислоты.
Межтрубное механически не достать: пучок закрыт корпусом. Тут работает химия. Промывочная станция гоняет раствор по контуру через патрубки, дальше нейтрализуем и промываем водой.
Состав подбираем под материал и отложение. Карбонат снимает кислота, продукты коррозии снимают другими составами. Нержавейку после кислоты пассивируем, иначе она ржавеет с первого пуска.
Для доступа к пучку на объекте нужно место под выкат длиной с пучок плюс запас, площадка под снятую камеру, такелаж или кран-балка. Ещё запасные прокладки и крепёж, дренаж в канализацию. Порядок работ и реагенты: промывка теплообменников.
Что варим сами
Корпус, трубный пучок, решётки, патрубки и камеры делаем в цехе в Шуе. Лист раскраиваем лазером с точностью 0,1 мм: кромка ровная, зазор под сварку одинаковый по всей длине шва. Обечайку вальцуем, стык собираем на позиционере.
Отверстия под трубы в решётке режем по той же программе. Трубы встают в пучок без подгонки по месту, развальцовываем по кругу, ряд за рядом.
Свариваем по аттестованным НАКС технологиям: РД, полуавтомат, нержавейку варим аргоном с поддувом корня. Поддув держит корень шва чистым изнутри: грата и окалины в трубном пространстве не остаётся, а для пищевой среды это первое дело.
Материалы берём по среде. Ст20 и 09Г2С идут под воду, пар и отопление. 12Х18Н10Т (AISI 321), 08Х18Н10 (AISI 304), 10Х17Н13М2 (AISI 316) ставим на пищевые, агрессивные и химические среды.
Каждый аппарат опрессовываем в цехе до отгрузки. Отдаём паспорт изделия, сертификаты на материалы, протокол испытаний.
До 80 % узлов приходят с завода готовыми, на объекте остаётся стыковка по месту. Обвязку ведём в одном цикле с аппаратом: патрубки, компенсационные патрубки, фланцевые фитинги, измерительные участки. Подробнее: обвязка теплообменника.
Монтируем, выверяем и испытываем на месте по СП 75.13330.2011 «Технологическое оборудование и технологические трубопроводы». Патрубки и опоры ставим по ГОСТ 24444-87, с оглядкой на монтажную технологичность: аппарат выставляется по осям и отметкам, без подгонки на весу.
Что делаем по теплообменникам целиком: изготовление теплообменников.
Частые вопросы
Чем кожухотрубный отличается от пластинчатого?
Кожухотрубный держит грязные и вязкие среды и высокие параметры: в межтрубном пространстве широкий проход, пучок чистится механически, резиновых уплотнений в потоке нет. Пластинчатый компактнее и при той же площади отдаёт больше тепла, но канал между пластинами узкий, а прокладка ограничивает температуру и давление. Дальше выбор идёт от среды и режима.
Можно ли ставить кожухотрубный на среду со шламом?
Да, это его штатная работа. Грязную среду пускаем в межтрубное пространство: проход широкий, шлам и окалина канал не забивают, а поперечные перегородки не дают потоку проскочить коротким путём. Трубное пространство оставляем под чистую среду или под теплоноситель, который не даёт отложений.
Сколько ходов по трубам выбрать?
Для грязной и вязкой среды берём один ход: проходное сечение большое, сопротивление низкое, труба чистится прямой щёткой. Для чистой воды и компактности берём два или четыре хода: скорость в трубах выше, теплоотдача больше, аппарат короче. Растёт сопротивление, насос нужен мощнее, чистить труднее. Число ходов считают по расходам и допустимому перепаду.
Как чистить межтрубное пространство?
Только химией по контуру: пучок закрыт корпусом, механически до него не добраться. Промывочная станция гоняет раствор через патрубки межтрубного пространства, дальше нейтрализация и промывка водой. Состав подбираем под отложение: карбонат снимает кислота, продукты коррозии снимают другие составы. Нержавейку после кислоты пассивируем.
Что нужно, чтобы вынуть пучок на объекте?
Съёмная камера или крышка, место под выкат длиной с пучок плюс запас, площадка под снятую камеру и такелаж: кран-балка или лебёдка. Заранее готовим прокладки и крепёж, дренаж в ёмкость. Если места нет, пучок не выкатить, и аппарат чинят на месте через люки.
Из чего варите аппарат под пищевую среду?
Под пищевую среду берём 12Х18Н10Т (AISI 321) или 08Х18Н10 (AISI 304), под агрессивную берём 10Х17Н13М2 (AISI 316). Нержавейку варим аргоном с поддувом корня: внутри пучка не остаётся грата и окалины, продукт не задерживается, мойка проходит. Каждый аппарат опрессовываем в цехе и отдаём с паспортом и сертификатами на материалы.
Читайте по теме
- Изготовление теплообменников
- Виды теплообменников
- Как выбрать теплообменник
- Расчёт теплообменника
- Промывка теплообменников
- Обвязка теплообменника
Пришлите расходы, температуры и параметры сред. Подберём исполнение и посчитаем площадь. Если речь о действующем аппарате, добавьте диаметр корпуса, число ходов и длину пучка.
Материал проверил: Дмитрий Солодов, начальник производства