Преимущества, недостатки и применение кожухотрубных теплообменников

Как известно, существует множество типов теплообменников (ТО). Они разделяются на поверхностные (рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой) и смесительные. ТО поверхностного типа в свою очередь делятся на кожухотрубные, типа «труба в трубе», витые, погружные, оросительные, спиральные, пластинчатые и кожухопластинчатые.

Кожухотрубный теплообменник представляет собой пучок трубок, помещенных в цилиндрический кожух (корпус) таким образом, что внутренность корпуса является межтрубным пространством. Теплообменные трубки завальцованы в концевых трубных досках, приваренных к корпусу теплообменника. В некоторых кромки трубок дополнительно обвариваются для гарантии герметичности соединения. Промежуточные трубные решетки предназначены как для поддержки трубок, так и для организации поперечного тока среды. К трубным доскам крепятся камеры с патрубками для отвода среды, текущей внутри трубок. В зависимости от наличия и количества в камерах перегородок, теплообменники могут быть одноходовыми, двух- или многоходовыми относительно движения среды, текущей в трубках. Также корпус снабжен патрубками для подвода пара и отвода конденсата. Трубки изготавливают из углеродистой или нержавеющей стали, меди, латуни или титана. Корпус обычно выполняется из углеродистой или нержавеющей стали. Когда теплообменник нагревается, происходит его удлинение. Существует несколько способов компенсации температурных расширений, например, применение «плавающей головки» или межсекционных компенсаторов. Кожухотрубные теплообменники обычно используются при давлении насыщенного пара выше 15 бари или при температуре выше 190°С, а также при перегретом паре.

Преимущества и недостатки

Кожухотрубные теплообменники характеризуются стойкостью к гидроударам, пониженными требованиями к чистоте сред, относительно низким коэффициентом теплопередачи и, как следствие, большими габаритами и площадями, требуемыми для обслуживания, а также высокой ценой из-за большой металлоемкости. Кроме того, ремонт таких теплообменников обычно связан с заглушкой поврежденных трубок, что ведет к уменьшению площади теплообмена. Поэтому обычно теплообменники выбираются с большим запа¬сом по поверхности, что также обуславливает их большие габа¬риты.

Попытка регулирования по конденсату на горизонтальных кожухотрубных теплообменниках вызывает сложности. Это про¬исходит по причине того, что при незначительном изменении уровня конденсата, площадь теплообмена меняется нелинейно и намного существеннее.

Тем не менее, современные кожухотрубные теплообменники по показателям эффективности, коэффициента теплопередачи и габаритам приближаются к пластинчатым и кожухопластинчатым теплообменникам.

Это достигается за счет применения так называемых турбу лизаторов потока — перегородок в трубках и межтрубном пространстве, а также рифленых трубок, в которых поток среды сильно турбулизирован, что ведет к повышению коэффициента теплопередачи, и, как следствие, к уменьшению габаритов. В последнее время для уменьшения использования производственной площади применяются вертикальные кожухотрубные теплообменники. Они позволяют организовать регулирование по конденсату, если это необходимо.

Применение

Кожухотрубные теплообменники чаще всего применяются в химической, нефтяной, газовой промышленности, а также большой теплоэнергетике, где используются теплоносители высоких параметров. Кроме этого их можно встретить на пивном, молочном и других пищевых производствах.

Опыт компании Spirax Sarco показывает, что грамотная обвязка теплообменного оборудования позволяет снизить паропотребление в ряде случаев на 40 % с одновременным обеспечением более высокой точности поддержания температурных режимов. Технико-экономические расчеты показывают, что в девяти из десяти случаев инвестиции по оптимизации тепловых пунктов полностью окупаются за один год.