Кожухотрубні теплообмінники: пристрій та принцип роботи

Кожухотрубні теплообмінники є одним із найстаріших та найпоширеніших типів теплообмінного обладнання, використовуваного в промисловості та енергетиці. Вони відзначаються високою надійністю, стійкістю до високих температур та тисків, а також можливістю роботи з агресивними та забрудненими середовищами. У цій статті розглянемо конструкцію кожухотрубних теплообмінників та принцип їх роботи.

Конструкція кожухотрубних теплообмінників

Кожухотрубний теплообмінник складається з двох основних частин: корпусу (кожуха) та пучка труб, розташованих всередині нього. Основні елементи конструкції:

• Кожух — зовнішній циліндричний корпус, який містить внутрішній трубний пучок. Виготовляється з металу, стійкого до робочих умов.
• Трубний пучок — набір труб, через які протікає один з теплоносіїв. Труби можуть бути прямими або зігнутими, залежно від конструкції.
• Трубні дошки (трубні решітки) — плити, в які закріплені кінці трубного пучка. Забезпечують герметичність та фіксацію труб.
• Перегородки (бафли) — встановлюються всередині кожуха для спрямування потоку другого теплоносія та підвищення турбулентності.
• Кришки та фланці — забезпечують доступ до трубного пучка для обслуговування та ремонту.
• Патрубки підключення — служать для входу та виходу обох теплоносіїв.

Принцип роботи

У кожухотрубному теплообміннику тепло передається між двома теплоносіями, один з яких протікає всередині труб, а інший — між трубами та кожухом. Теплоносії не змішуються завдяки герметичності трубного пучка та трубних дошок.

Схема руху теплоносіїв може бути:

• Прямотечія — обидва теплоносії рухаються в одному напрямку.
• Протитечія — теплоносії рухаються назустріч один одному, що підвищує ефективність теплопередачі.
• Перехресна течія — один теплоносій рухається вздовж труб, інший — перпендикулярно через перегородки.

Перегородки в кожусі створюють турбулентність потоку та збільшують шлях теплоносія, що підвищує коефіцієнт теплопередачі.

Переваги кожухотрубних теплообмінників

• Стійкість до високих температур та тисків — можуть працювати в умовах, недоступних для інших типів теплообмінників.
• Можливість роботи з агресивними середовищами — завдяки використанню спеціальних матеріалів та покриттів.
• Простота конструкції — забезпечує надійність та тривалий термін служби.
• Легкість обслуговування — зручний доступ до внутрішніх елементів для очищення та ремонту.
• Гнучкість у дизайні — можливість виготовлення теплообмінників різних розмірів та конфігурацій.

Області застосування

• Енергетика — в котельних установках, парових турбінах, системах охолодження.
• Хімічна та нафтохімічна промисловість — для нагрівання та охолодження реакційних сумішей, конденсації та випаровування.
• Нафтогазова галузь — у процесах переробки нафти, охолодження газів.
• Харчова промисловість — пастеризація, стерилізація та охолодження продуктів.
• Металургія — охолодження розплавів, газів та інших високотемпературних середовищ.

Особливості монтажу та обслуговування

Для забезпечення ефективної та безпечної роботи необхідно дотримуватися наступних рекомендацій:

• Правильний монтаж — встановлення на міцній основі, дотримання напрямку потоків, герметичність підключень.
• Регулярне очищення — видалення відкладень з внутрішніх поверхонь труб та кожуха для підтримання ефективності.
• Контроль корозії — використання антикорозійних матеріалів та захисних покриттів.
• Перевірка на протікання — регулярна діагностика герметичності з’єднань та елементів.
• Дотримання експлуатаційних параметрів — недопущення перевищення допустимих температур та тисків.

Як вибрати кожухотрубний теплообмінник

1. Визначити параметри процесу — теплоносії, їхні температури, тиски, витрати та фізико-хімічні властивості.
2. Розрахувати теплову потужність — необхідну для досягнення бажаних результатів теплообміну.
3. Обрати матеріали — враховуючи агресивність середовищ та робочі умови (нержавіюча сталь, мідь, титан).
4. Визначити конструктивні особливості — кількість ходів, розміри, тип труб (гладкі, рифлені).
5. Консультуватися з виробником — отримати рекомендації щодо оптимального рішення та можливості кастомізації.

Кожухотрубні теплообмінники є незамінними в багатьох галузях промисловості завдяки своїй надійності, універсальності та здатності працювати в екстремальних умовах. Правильний вибір та експлуатація цього обладнання забезпечать ефективність технологічних процесів та довготривалу роботу системи.