Теплообменник с фиксированной трубной решеткой — это тип теплообменника, состоящий в основном из таких компонентов, как кожух, трубная решетка, пучок труб и крышка головки. Трубные решетки на обоих концах теплообменника с фиксированной трубной решеткой привариваются к корпусу для жесткого соединения.
DESCRIPCIóN
Фиксированный трубчатый теплообменник
Теплообменник с фиксированной трубной решеткой — это тип теплообменника, состоящий в основном из таких компонентов, как кожух, трубная решетка, пучок труб и головная крышка (также известная как торцевая крышка). Трубные решетки на обоих концах теплообменника с фиксированной трубной решеткой приварены к корпусу для жесткого соединения. Теплообменные трубы могут быть либо гладкими, либо трубками с низкими ребрами. Его конструкция проста, стоимость изготовления невелика, позволяет использовать корпус меньшего диаметра, а пучок труб можно разделить на различные секции. Сторону корпуса также можно разделить на несколько секций с помощью продольных перегородок, что позволяет широко использовать ее в инженерных целях.
Оглавление
1. Конструкция теплообменника с фиксированной трубчатой решеткой
2. Компенсаторы теплообменника с фиксированной трубчатой решеткой.
3. Количество проходов труб в теплообменнике с фиксированной трубчатой решеткой
4. Основные характеристики теплообменника с фиксированной трубчатой решеткой
Конструкция теплообменника с фиксированной трубчатой решеткой
На рисунке 1 показана типичная конструкция теплообменника с фиксированной трубной решеткой. Как показано на рисунке 1, трубная решетка теплообменника с фиксированной трубной решеткой приварена к корпусу, и трубная решетка не может быть демонтирована из корпуса. Преимуществом теплообменника этого типа является его относительно простая и компактная конструкция, низкая стоимость и широкое применение. Однако его недостатком является то, что механическая очистка внешней поверхности трубки невозможна, поэтому жидкость со стороны оболочки должна быть чистой, устойчивой к окалине или не склонной к коррозии оболочки. Разница температур между горячей и холодной жидкостью внутри и снаружи трубок вызывает разницу температурного расширения, что приводит к тепловому напряжению. Это напряжение, известное как дифференциальное термическое напряжение, может привести к утечкам в местах соединения труб с трубными решетками или даже к отсоединению труб от трубной решетки, что приведет к повреждению всего теплообменника.
Компенсаторы теплообменника с фиксированной трубчатой решеткой
Особенностью компенсаторов, компенсирующих дифференциальные термические напряжения, является их простая конструкция. Когда компенсационная способность одноволнового компенсатора недостаточна, можно использовать многоволновые компенсаторы. Однако количество волн в компенсаторе не должно превышать 6. Для обеспечения хорошей упругости при изготовлении обычно используют тонкие пластины из нержавеющей стали толщиной 1-3 мм. В ситуациях высокого давления часто используется компенсатор сильфонного типа (с защитной крышкой), как показано на рисунке 2.
Защитная крышка не только позволяет компенсатору выдерживать более высокое давление, но также предотвращает боковую деформацию, ограничивая изгиб компенсатора во время повышенного давления и предотвращая выход из строя.
Как правило, теплообменники с фиксированной трубной решеткой и компенсаторами следует использовать, когда разница температур между стенкой трубы и стенкой корпуса ниже 60-70°C, а давление жидкости со стороны корпуса невелико. Когда давление со стороны корпуса превышает 0,6 МПа, соображения по поводу более высокого давления могут привести к утолщению стенок сильфона, снижению эластичности и, следовательно, к снижению эффективности термической дифференциальной компенсации. В таких случаях могут оказаться более подходящими другие типы теплообменников, например теплообменники с плавающей головкой.
Количество проходов труб в теплообменнике с фиксированной трубчатой решеткой
Теплообменники с фиксированной трубной решеткой бывают двух конструктивных типов: однотрубные и многоходовые. В многотрубных теплообменниках перегородки устанавливаются в трубной коробке на одном или обоих концах теплообменника, позволяя жидкости проходить одновременно только через один набор теплообменных трубок, выходя из теплообменника на конце. Каждый набор теплообменных трубок, через которые протекает жидкость, называется трубчатым проходом. Общее количество комплектов теплообменных трубок называется числом проходов трубок. При четном числе проходов трубок впускное и выпускное отверстия для жидкости в трубках устанавливаются на одном и том же конце теплообменника, как показано на рисунке 3. При нечетном количестве проходов трубок впускное и выпускное отверстия для жидкости в трубках установлены на противоположных концах теплообменника, как показано на рисунке 4.
Теплообменники с четным числом проходов трубок, как правило, более удобны в изготовлении, эксплуатации и обслуживании, что делает их более широко используемыми. Обычное количество проходов трубок — 2, 4 и 6. Теплообменники с нечетным числом проходов трубок, за исключением одноходовых, применяются редко. Хотя несколько проходов трубок могут увеличить скорость жидкости внутри трубок и повысить эффективность теплопередачи, они также приводят к увеличению потерь на трение и потерь на местное сопротивление на входе и выходе; перегородки занимают большую площадь поверхности трубы; конструкция более сложна, что усложняет установку, разборку и очистку. Поэтому количество проходов трубки не должно быть слишком большим. Однотрубные теплообменники с фиксированной трубной решеткой, помимо удобства производства, эксплуатации и обслуживания, имеют то преимущество, что обеспечивают чистую противоточную теплообмен. Это означает, что направление потока жидкости со стороны корпуса противоположно направлению потока жидкости в трубном канале, что приводит к значительно более высокой эффективности теплопередачи по сравнению с другими прямоточными или смешанными теплообменниками. Поэтому при проектировании и выборе следует учитывать уникальные характеристики однотрубных теплообменников с фиксированной трубной решеткой.
Основные характеристики теплообменника с фиксированной трубчатой решеткой
Теплообменник с фиксированной трубной решеткой в основном состоит из таких компонентов, как кожух, трубная решетка , пучок труб и головная крышка (торцевая крышка). Внутри круглой обечайки установлены параллельные пучки труб, концы которых закреплены на трубной решетке методами сварки или расширения. Две трубные решетки непосредственно привариваются к внешнему корпусу, а крышка головки с впускными или выпускными трубами соединяется с концами корпуса болтами. Его характеристики включают простую конструкцию, отсутствие герметичных соединений со стороны корпуса, возможность размещения максимального количества трубок с одинаковым диаметром корпуса, минимальный обход потока с помощью перегородок, а также возможность разделения трубного пучка на любое количество проходов. Поскольку две трубные решетки поддерживают друг друга через трубы, трубная решетка в теплообменнике этого типа самая тонкая, а стоимость самая низкая, что делает ее широко используемой.
Недостатком данного теплообменника является сложность очистки боковой поверхности корпуса и наличие термических дифференциальных напряжений. Когда существует значительная средняя разница температур между двумя жидкостями или когда коэффициент теплового расширения материалов корпуса и теплообменных трубок значительно различается, что приводит к тому, что тепловое напряжение превышает допустимое напряжение материалов, на корпусе необходимо установить компенсаторы. Из-за ограничений прочности компенсатора давление со стороны корпуса не может быть слишком высоким. Этот тип теплообменника подходит для ситуаций, когда разница температур между двумя средами невелика или если разница температур значительна, давление на стороне корпуса невелико, а среда на стороне корпуса чистая и устойчива к образованию накипи.