Инженерный анализ несущей способности и ресурса трубчатых элементов конструкций при нестационарном термомеханическом нагружении, страница 4

Имеют два исполнения: 1 – сконическим днищем диаметром от 800 до 1600 мм; В – с эллиптическимднищем диаметром от 2400 до 2800 мм. Внутренний диаметр кожуха от 800 до 2800 мм; Рабочая температуры от -30 до 450 °С; Условное давление в трубах от 1,6 до 4,0 МПа; Условное давление в кожухе – от 1,0 до 2,5 МПа; Поверхность теплообмена от 38 до 356 м2; Сортамент труб 25  2 или 25  2,5 мм; Длина труб 6 м.Холодильники кожухотрубчатые с плавающей головкой применяютсядля охлаждения сред в технологических процессах нефтяной, химической,нефтехимической и газовой отраслях. Охлаждающей средой является водаили другая нетоксичная, невзрыво- и пожароопасная жидкость стемпературой кипения, при давлении 0,07 МПа выше 60 °С.Согласно ГОСТ 14244-79 имеют два исполнения: Г – горизонтальные; В– вертикальные.Основные параметры и размеры: Внутренний диаметр кожуха от 325 до 1400 мм; Температура охлаждаемой среды в кожухе от 0 до 400 °С; Температура охлаждающей среды в трубах от –20 до 60 °С; Условное давление охлаждающей среды в трубах до 1,0 МПа; Условное давление охлаждаемой среды в кожухе - 1,6; 2,5; 4,0; 6,4МПа; Поверхность теплообмена от 10 до 1246 м2; Сортамент труб 20  2, 25  2 или 25  2,5 мм.Теплообменные трубы и кожух могут быть изготовлены из сталей 10 и20, ВСт3сп5, 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М2Т, 16ГС, 08Х22Н6Т,2208Х21Н6М2Т, двухслойные стали ВСт3сп5+ +12Х18Н10Т или16ГС+12Х18Н10Т.Применение того или иного вида и типа теплообменных аппаратовнезависимо от их рабочих параметров связано со свойствамитеплообменивающихся сред, возможностью загрязнения ими теплообменныхповерхностей (что может совершенно ухудшить теплопередачу), аследовательно, с необходимостью периодической их чистки, чаще всегомеханическим способом, для чего требуется соответствующееконструктивное оформление, обеспечивающее доступ к поверхностям,подвергаемым чистке.Основными элементами кожухотрубчатых аппаратов являются кожух,трубы, трубные решетки, распределительные камеры и линзовыекомпенсаторы.Кожухи обычно состоят из отдельных цилиндрических обечаек,сваренных между собой встык, образующих корпус и ограничивающихснаружи межтрубное пространство в аппарате.С торцов кожух закрыт приваренными к нему двумя плоскимитрубными решетками (в аппаратах типа Н и К) или одной решеткой иэллиптическим днищем (в аппаратах типа П и У).Рисунок 1.2 - Закрепление трубок в трубных решетках:1, 2, 3 – развальцовкой; 4 – сваркой; 5 – сальниковым соединениемКонцы теплообменных труб в трубных решетках закрепляются наразвальцовке, сварке или на развальцовке в сочетании со сваркой (рисунок1.3).

В некоторых случаях применяют сальниковое крепление труб, котороедопускает продольное их перемещение при удлинении; но такое креплениеявляется сложным. Размещение концов труб в решетке производитсясогласно ГОСТ 15118-79.23Распределительныекамерыпредставляютсобойкрышки,ограничивающие корпус аппарата по трубному пространству с обоих торцов(в аппаратах типа Н и К) или с одного торца (в аппаратах типа П; второйраспределительной камерой в последних является плавающая головка), вкоторых соответствующими перегородками сред, находящаяся в трубномпространстве, направляется только в определенные трубы одного из ходов.При необходимости чистки внутренней поверхности труб распределительныекамеры выполняют отъемными на фланцах, в противном случае – сварными.В горизонтальных аппаратах типа П для облегчения вставления иизвлечения трубных пучков в кожухе предусматривают две продольныенаправляющие, по которым трубный пучок скользит, опираясь на них своимиперегородками.В теплообменниках с вертикальными трубами пар обычно проходит помежтрубному пространству сверху вниз, а жидкость по трубам.

Конденсатудаляется из нижней части кожуха к конденсационному горшку; газысобираются в верхней части межтрубного пространства, откуда ониудаляются.Кожухотрубчатые теплообменники делят на одноходовые, в которыхтеплоноситель движется параллельно по всем трубам, и многоходовые, вкоторых пучок труб разделен на несколько секций (ходов), причемтеплоноситель протекает последовательно по всем ходам.Многоходовой имеет верхнюю и нижнюю камеры, разделенныепродольными перегородками на отсеки; жидкость поступает по трубам изпервого отсека во второй, потом по трубам возвращается назад, входит потрубам в третий отсек и т.д, пока не удаляется из последнего отсека.Такое устройство позволяет увеличить скорость теплоносителя в трубахтеплообменника и, следовательно, улучшить теплоотдачу.24Рисунок 1.3 - Пучок труб в цилиндре:1 – с сегментными перегородками; 2 – с кольцевыми перегородкамиВ аппаратах типа Н, К и П для улучшения теплопередачи в межтрубномпространстве предусматривают поперечные круглые с диаметральночередующимися в них сегментными срезами перегородки, диаметр которыхна 3-5 мм менее внутреннего диаметра кожуха и которые устанавливают наравном расстоянии друг от друга (150-600 мм в зависимости от диаметраперегородки) (рисунок 1.4).

Эти перегородки, обеспечивающие движениесреды в межтрубном пространстве поперек труб, служат для последниходновременно и промежуточными опорами.Многоходовые теплообменники работают при смешанном токетеплоносителей. Поэтому установка многоходовых теплообменниковвертикально не дает преимуществ, и их часто устанавливают горизонтально.Жесткое крепление трубок теплообменника в трубной решетке на сваркеявляется надежными, если разность температур между кожухом и пучкомтруб не превышает 20С.Для аппаратов с жестким креплением труб в трубной решетке во времяработы теплообменника стенки корпуса и теплообменных труб, имевшиеперед пуском одинаковую температуру, нагреваются до разных температур.Корпус теплообменника, в особенности если он хорошо изолирован,нагревается почти до температуры омывающей среды. Следовательно,25среднюю температуру стенки корпуса можно принимать равной среднейтемпературе теплоносителя, протекающего в межтрубном пространстве.Средняя температура трубок во время работы при установившемся процессеравна средней арифметической температур наружной и внутреннейповерхности труб.При большей разности температур может произойти изгиб идеформация труб, поэтому следует отказаться от жесткой конструкции ивоспользоваться теплообменниками с температурной компенсацией.Существуют два основных метода температурной компенсации:компенсация за счет включения гибкого элемента;компенсация за счет свободного расширения удлиняющейсядетали.Гибкий элемент может быть установлен на корпусе или трубном пучке.В первом случае он обычно является линзовым компенсатором (тип К) илишь в редких случаях представляет собой кольцевую разрезаннуюпластинку – диафрагму или разрезанную трубку.Компенсаторы приваривают к кожуху теплообменного аппарата итрубопроводам с предварительным растяжением или сжатием (в зависимостиот условий работы) для увеличения (в два раза) его компенсирующейспособности.Такие теплообменники пригодны только для небольших давлений.ПрименяемыеваппаратахтипаКлинзовыекомпенсаторыстандартизированы для давления dу≤2,5 МПа и температуры от -70 до +700С.Установка линз на теплообменниках, работающих под давлением,вызывает удлинение продольных сил благодаря увеличению площади, накоторую действует внутреннее давление.Установка гибких элементов полностью не исключает температурныеудлинения, но снижает их тем больше, чем больше гибкость элемента и чемменьше реактивная сила, возникающая в нем при данной деформации.Лучшим способом компенсации напряжений, возникающих из-застеснения температурных удлинений, является способ свободныхперемещений.

В кожухотрубчатых теплообменниках, использующих этот26способ компенсации, трубные пучки или отдельные трубки соединяют скожухом только у одного конца, предоставляя возможность трубам и кожухурасширяться независимо друг от друга (тип П).Плавающую головку применяют не только для компенсациитемпературных удлинений, но и для того, чтобы облегчить разборку и чисткутеплообменника.Гораздо лучшие результаты дает применение труб с индивидуальнымисальниками, обеспечивающие независимое расширение каждой трубы.Конструкция особенно пригодна при умеренном числе труб.Теплообменники типа «труба в трубе»Теплообменники типа «труба в трубе» (рисунок 1.5) принято определятьв отдельную группу, хотя они по существу представляют собой простейшиекожухотрубчатые теплообменники, в которых трубный пучок состоит всегоиз одной трубы.

Подбирая диаметр внешней трубы, в этих теплообменникахлегко получать небольшую площадь поперечного сечения межтрубногопространства и добиться высоких скоростей и коэффициентов теплоотдачи собеих сторон внутренней трубы даже при маленьких расходахтеплоносителей. Они обеспечивают осуществление противотока и могутприменяться не только как холодильники и конденсаторы, но и какнагреватели. При значительных расходах теплоносителей теплообменники«труба в трубе» составляются из нескольких секций, включенныхпараллельно.Рисунок 1.4 - Теплообменник «труба в трубе»Такие теплообменники целесообразно применять при небольшихтепловых нагрузках и когда требуемая поверхность теплообмена непревышает 20-30 м2. Аппараты такого типа обычно используют длянагревания и охлаждения газообразных сред.27Если условия эксплуатации не требуют очистки трубного имежтрубного пространства, то теплообменники делают цельносварными,неразъемными.