Конструкции теплообменных аппаратов

Федеральное агентство по образованию

Российской  Федерации

Государственное общеобразовательное учреждение

высшего профессионального образования

Липецкий  Государственный Технический Университет 
 
 
 
 
 

Кафедра промышленной теплоэнергетики 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

 по курсу: ″Тепло- и массообмен″

на тему: «Конструкция теплообменных аппаратов». 
 
 
 

Выполнил  студент

группы  ТЭ-06-2

Немцев  Александр 

Проверил

Крамченков  Е.М. 
 
 
 
 
 
 

Липецк  2010 

Содержание 

1. Кожухотрубчатые теплообменники……………………………………..3
2. Пластинчатые теплообменники………………………………………….8
3. Змеевиковые теплообменники…………………………………………..10
4. Спиральные теплообменники……………………………………………11
5. Оросительные теплообменники…………………………………………12
6. Типа «труба в трубе» теплообменники…………………………………13
7. Испарители и паропреобразователи…………………………………….14
8. Библиографический список……………………………………………...16

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Кожухотрубчатые теплообменники

   Кожухотрубчатые теплообменные аппараты обозначаются индексами и классифицируются:

• по назначению (первая буква индекса): Т – теплообменники; Х – холодильники; К – конденсаторы; И – испарители;

• по конструкции (вторая буква индекса) – Н —  с неподвижными трубными решетками; К — с температурным компенсатором  на кожухе; П — с плавающей  головкой; У — с U-образными трубами; ПК — с плавающей головкой и компенсатором на ней;

• по расположению (третья буква индекса): Г – горизонтальные; В – вертикальные.

   Кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1-2) представляют собой аппараты, выполненные из пучков труб, собранных при помощи трубных решеток, и ограниченные кожухами и крышками со штуцерами.

   Трубы, кожух и другие элементы конструкции  могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали.

   Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости, а следовательно, и интенсивности теплообмена теплоносителей. Теплообменники этого типа предназначаются для теплообмена между различными жидкостями, между паром и жидкостями или между жидкостями и газами. Они применяются тогда, когда требуется большая поверхность теплообмена.

   Трубки теплообменников изготовляются прямыми (за исключением теплообменников с U-образными трубками); поэтому они легко доступны для очистки и замены в случае течи.

   В большинстве случаев пар (греющий теплоноситель) вводится в межтрубное пространство, а нагреваемая жидкость протекает по трубкам. Конденсат из межтрубного пространства выходит к конденсатоотводчику через штуцер, расположенный в нижней части кожуха. Для компенсации температурных удлинений, возникающих между кожухом и трубками, предусматривается возможность свободного удлинения труб за счет различного рода компенсаторов.

   Особенность кожухотрубчатых теплообменников состоит в том, что проходное сечение межтрубного пространства велико по сравнению с проходным сечением трубок и может быть больше последнего в 2,5— 3 раза.

   Кожухотрубчатые аппараты могут быть вертикальными и горизонтальными. Вертикальные аппараты имеют большее распространение, так как они занимают меньше места и более удобно располагаются в рабочем помещении. Для удобства монтажа и эксплуатации максимальную длину трубок для них следует брать не больше 5 м.

   Во избежание резкого снижения теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке в корпусе теплообменника должны быть предусмотрены краны для выпуска воздуха как из нижней части аппарата над поверхностью конденсата, так и из верхней его части.

   В кожухотрубных  ТА трубы могут быть расположены по сторонам шестиугольников или, что одно и то же, равносторонних треугольников (треугольной) или по концентрическим окружностям.

   Вопрос  о том, какой из теплоносителей направлять в трубы или в межтрубное пространство, должен решаться с точки зрения не только интенсификации теплообмена, но и надежности работы ТА. Если теплоноситель вызывает коррозию или механическое повреждение труб, то лучше его пропустить внутрь труб, так как экономичнее выполнить трубы из материала высокой стоимости, чем кожух. В трубы целесообразно направлять теплоноситель под большим давлением, чем в межтрубном пространстве, чтобы не делать толстостенный кожух, а также более загрязненный, поскольку трубы очистить легче, чем межтрубное пространство. Например, дымовые газы обычно проходят в трубах, что уменьшает засорение аппарата золой и сажей, а пар и воздух — в межтрубном пространстве.

     Двухходовой горизонтальный теплообменник типа Н (рис. 1) состоит из цилиндрического сварного кожуха 8, распределительной камеры 11 и двух крышек 4. Трубный пучок образован трубами 7, закрепленными в двух трубных решетках 3. Трубные решетки приварены к кожуху. Крышки, распределительная камера и кожух соединены фланцами. В кожухе и распределительной камере выполнены штуцера для ввода и вывода теплоносителей из трубного (штуцера 1, 12) и межтрубного (штуцера 2, 10)

пространств. Перегородка 13 в распределительной  камере образует ходы теплоносителя  по трубам. Для герметизации узла соединения продольной перегородки с трубной  решеткой использована прокладка 14, уложенная  в паз решетки 3.  
 

 
 
 

1                                                                                                2

Рис.1

1 - Двухходовой горизонтальный теплообменник с неподвижными решетками;

2 - Теплообменник с U-образными трубами.

    Поскольку интенсивность теплоотдачи при поперечном обтекании труб теплоносителем выше, чем при продольном, в межтрубном пространстве теплообменника установлены зафиксированные стяжками 5 поперечные перегородки 6, обеспечивающие зигзагообразное по длине аппарата движение теплоносителя в межтрубном пространстве. На входе теплообменной среды в межтрубное пространство предусмотрен отбойник 9 — круглая или прямоугольная пластина, предохраняющая трубы от местного эрозионного изнашивания.

      
 
 
 
 
 
 
 
 

                                   

          1                                     2

    Рис.2

    1 - Теплообменник типа К — с линзовым компенсатором;

    2 – Теплообменник с плавающей  головкой.

    Теплообменник типа К — с линзовым компенсатором (Рис. 2) на корпусе. В этом аппарате температурные деформации компенсируются осевым сжатием или расширением компенсатора. Теплообменники с линзовыми компенсаторами применяют при небольших температурных деформациях (не более 13-15 мм) и невысоких давлениях в межтрубном пространстве (не более 0.5 МПа).

    Применение  кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1.6—8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

    На  рис.3 изображен кожухотрубчатый теплообменник с плавающей головкой, предназначенной для охлаждения (нагревания) жидких или газообразных сред без изменения агрегатного состояния. Не закрепленная на

кожухе  вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку. Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и в трубах. Эти теплообменники, нормализованные в соответствии с ГОСТ 14246—79, могут быть двух- или четырехходовыми, горизонтальными длиной 3, 6 и 9 м или вертикальными высотой 3 м. Допустимое давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа, в межтрубном пространстве — от 1,0 до 2,5 МПа. Диаметр кожуха от 600 до 1400 мм, высота труб 6,0 м.

     В аппаратах типа У обеспечивается свободное температурное удлинение  труб: каждая труба может расширяться  независимо от кожуха и соседних труб. Разность температур стенок труб по ходам  в этих аппаратах не должна превышать 100 °С. В противном случае могут возникнуть опасные температурные напряжения в трубной решетке вследствие температурного скачка на линии стыка двух ее частей.

     Теплообменники  с U-образными трубами применяют  для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения  их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,4 МПа.

     Преимущество  конструкции аппарата типа У —  возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако следует отметить, что  наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

     Поскольку механическая очистка внутренней поверхности  труб в аппаратах типа У практически  невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки.

    Для уменьшения засорения золой дымовые газы пропускают внутри трубок, а воздух — через межтрубное пространство.

    При значительно больших давлениях  в теплообменной аппаратуре применяют  сальниковые компенсаторы. Однако сальниковые компенсаторы могут пропускать рабочую среду, что требует их периодическое регулирование, в связи с чем сальниковые компенсаторы применяют для аппаратов с малыми диаметрами. 
 
 

Пластинчатые  теплообменники

   Пластинчатый  теплообменник — это теплообменник поверхностного типа, в котором передача тепла от одной среды (греющего теплоносителя) к другой (нагреваемому теплоносителю) происходит через металлическую стенку, которую принято называть поверхностью теплообмена.

   Пластинчатые теплообменники представляют собой аппараты, теплообменная поверхность которых образована набором тонких штампованных пластин с гофрированной поверхностью. Рабочие среды в теплообменнике движутся в щелевых каналах сложной формы между соседними пластинами в противопотоке. Каналы для греющего и нагреваемого теплоносителей чередуются между собой (Рис.3). Гофрированная поверхность пластин усиливает турбулизацию потоков рабочих сред и повышает коэффициент теплоотдачи.

   Их  разделяют по степени доступности  поверхности теплообмена для механической очистки и осмотра на разборные, полуразборные и неразборные (сварные).

   Наиболее  широко применяют разборные пластинчатые теплообменники, в которых пластины отделены одна от другой прокладками. Монтаж и демонтаж этих аппаратов  осуществляют достаточно быстро, очистка теплообменных поверхностей требует незначительных затрат труда.

   Основные  размеры и параметры наиболее распространенных в промышленности пластинчатых теплообменников определены ГОСТ 15518—83. Их изготовляют с поверхностью теплообмена от 2 до 600 м² в зависимости от типоразмера пластин; эти теплообменники используют при давлении до 1,6 МПа и температуре рабочих сред от —30 до +180° С для реализации теплообмена между жидкостями и парами (газами) в качестве холодильников, подогревателей и конденсаторов.