Конструкция, принцип работы кожухотрубного теплообменного аппарата

Кожухотрубные теплообменники из-за простоты конструкции и надежности являются на сегодняшний день самыми распространенными аппаратами среди рекуперативных теплообменников, используемых в промышленности. Теплообменные аппараты применяют для нагрева «горячим» теплоносителем «холодного» и охлаждения или нагрева различных веществ с заданными параметрами. Горячим теплоносителем принято называть рабочее тело, которое отдает теплоту, а холодным теплоносителем – вещество, принимаемое эту теплоту.
Принцип работы кожухотрубчатого теплообменника заключается в следующем. В аппарате разделены носители, за счет чего внутри устройства продукты не смешиваются. Тепло передается по трубкам решеток, между которыми проходят энергоносители: один проходит внутри труб, другой – в межтрубный участок под давлением. Теплоносители могут в разных агрегатных состояниях – газообразном, парообразном или жидкостном.
Кожухотрубный теплообменник обычно стальной, цилиндрический. Иногда для обеспечения свободного температурного расширения кожуха и трубочек на кожухе устанавливают компенсатор.
Для увеличения скорости движения теплоносителей энергоносители производятся двух-, четырех-, шести- и двенадцатиходовыми.
На рис. 1 изображен кожухотрубный вертикальный двухходовой теплообменник типа ТН и ТК.
Рис. 1. Двухходовой вертикальный кожухотрубный теплообменник:
1 – крышка; 2 – распределительная камера; 3,8 – перегородки; 4 – кожух; 5 – трубный пучок; 6 – опоры; 7 – стержень; 9 – трубная решетка; 10 – обтекатель; 11…14 – патрубки; 15 – линзовый компенсатор
Теплообменный аппарат состоит из цилиндрического сварного кожуха 4, трубного пучка 5, распределительной камеры 2 и двух крышек 1, соединенных с кожухом фланцами

. Трубная решетка 9 присоединена к корпусу.
Перегородка 3 используется для создания двух ходов по трубам. Перегородки 8, закреплённые стержнем 7, используются для образования зигзагообразного направления движения энергоносителя в межтрубном пространстве. За счет этого увеличивается скорость теплоносителя и, как следствие, коэффициент теплопередачи. Напротив входного патрубка размещен обтекатель 10 в виде изогнутой пластины, приваренной к корпусу. Он предусмотрен для защиты трубок от эрозии и истирания движущейся средой внутри кожуха.
Вследствие строгого крепления трубных решеток к кожуху и наоборот при возникновении разности температур в точках их крепления появляются температурные напряжения по причине различного удлинения кожуха и трубок.
Для устранения указанного недостатка, в кожухотрубных теплообменных аппаратах предусматривается оборудование линзового компенсатора 15, структура которого представляет собой две части, сформированные из стальных колец в виде полуволн и скрепленные между собой по периметру.
Кожухотрубный аппарат типа ТН имеет особенность, которая заключается в жестком скреплении труб с трубными решетками, а решеток – с кожухом, что собственно и обуславливает появление температурного напряжения в данных точках. При его значимом увеличении бывают замечены нарушения герметичности или же появляются пластические деформации структурных элементов аппарата. По данному основанию аппараты типа ТН применяются в условиях малого различия температур кожуха и труб.
 На практике, когда расчетная разность температур кожуха и труб превышает 50-60 ºС, применяют аппараты типов ТК и ПК или же аппараты типов ТУ и ТП с полужесткой конструкцией или полной компенсацией температурных напряжений