Промышленные кожухотрубные теплообменники: сравнение, характеристики и сферы применения

Кожухотрубный теплообменник в настоящее время используется с целью изменения температуры рабочей среды, находящейся в жидком или парообразном состоянии, обеспечивая при этом полную безопасность ее агрегатного состояния. Использование такого оборудования осуществляется в различных технологических процессах химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности.

Несмотря на разнообразие технологических условий, все эти аппараты объединяет единая конструктивная схема («труба в корпусе») и общий принцип теплообмена:

Конструкция: они состоят из внешнего кожуха (цилиндрического корпуса), внутреннего трубного пучка, а также распределительных камер с патрубками для подачи и отвода рабочих сред.

Принцип работы: один теплоноситель движется внутри трубок (в трубном пространстве), а другой — в корпусе вокруг них (в межтрубном пространстве). Передача тепла происходит через металлические стенки трубок без прямого смешивания сред.

Однако реальные технологические процессы существенно отличаются по рабочим давлениям, температурам, степени чистоты теплоносителей и разнице в тепловом расширении элементов конструкции. Когда металл нагревается, трубки и корпус удлиняются на разную величину, и отсутствие компенсации этого напряжения может привести к деформации или разрушению аппарата.

Для решения этих задач применяют три основные модификации кожухотрубников:

1. С неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором
2. С плавающей головкой
3. С U-образными трубами

Рассмотрим подробное описание, технические характеристики и сравнительные особенности применения каждого типа.

                                                                    1. Теплообменники с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором

Описание конструкции:

В теплообменниках с неподвижными трубными решетками и температурным компенсатором обе трубные решетки жестко приварены к кожуху. Чтобы предотвратить разрушение конструкции из-за неравномерного теплового расширения труб и корпуса, на кожухе устанавливается гибкий компенсатор. Он сжимается или расширяется вдоль оси, снимая температурные напряжения со сварных швов. Предназначены для теплообмена жидких и газообразных сред при температуре от минус 20 °C до плюс 400 °C в технологических процессах нефтяной, химической и газовой промышленности.  Условное давление: 1,0 МПа (10 кгс/см²); 1,6 МПа (16 кгс/см²); 2,5 МПа (25 кгс/см²).

Ключевые характеристики:

• Исполнение: горизонтальное или вертикальное; 1-, 2-, 4- или 6-ходовые по трубному пространству.
• Поверхность теплообмена: от 1 м² до 924 м² (диаметры кожуха от 159 мм до 1400 мм).
• Устойчивость: Устойчивы к перепадам температуры благодаря компенсатору.

Обслуживание: Трубный пучок является несъемным, поэтому очистка межтрубного пространства выполняется исключительно химическим методом (безмонтажной промывкой).

                                                         2.Кожухотрубные теплообменники с плавающей головкой 

Описание конструкции:
Теплообменники с плавающей головкой чаще всего применяются в том случае, если имеются значительные относительные перемещения труб и кожуха, так как в таком оборудовании одна из решеток не соединяется с кожухом и может полностью свободно перемещаться вдоль оси при возникновении температурных удлинений.
Кожухотрубный теплообменник может выдерживать давление со стороны хладагента не более 1 МПа, а в межтрубном пространстве давление может достигать уже 2,5 МПа, в чём и заключается их основная особенность по сравнению со стандартными вариантами, отличающимися меньшими показателями максимально допустимого давления.
Также оригинальность конструкции данного типа кожухотрубного теплообменного аппарата заключается еще и в том, что трубные створки, находящиеся внутри кожуха, неподвижно закрепляются исключительно с одного конца устройства, в то время как с противоположной стороны трубный пучок устанавливается полностью свободно. Благодаря такой оригинальной конструкции полностью исключаются риски деформации трубных сборок при возникновении резкого перепада температуры той среды, за счет которой и обеспечивается теплообмен.

Ключевые характеристики:

Исполнение: горизонтальное и вертикальное; многоходовое по трубному пространству.
Главная особенность: трубный пучок полностью извлекается из кожуха.
Надёжность: Максимальная устойчивость к термоударам и критическим давлениям.
Обслуживание: Самая простая и эффективная конструкция для механической очистки как внутренней поверхности труб, так и межтрубного пространства.

          Технические характеристики кожухотрубных теплообменников с плавающей головкой

                                                                                     3. Теплообменники с U-образными трубами

Описание конструкции: 

В теплообменниках с U-образными трубами используется только одна трубная решетка, в которую оба конца каждого теплообменного элемента завальцованы или приварены. Трубы имеют U-образную форму, что позволяет им свободно удлиняться под действием высоких температур независимо от корпуса.

Предназначены для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред в технологических процессах химической, нефтехимической и газовой промышленности.

Температура теплообменных сред от минус 30 °C до плюс 400 °C.

Ключевые характеристики:
Исполнение: Преимущественно 2-ходовые по трубному пространству.
Конструктивное преимущество: Полное отсутствие внутренних герметизирующих подвижных уплотнений.

Обслуживание: Трубный пучок извлекается для механической очистки снаружи, однако внутренняя поверхность U-образных изгибов очищается преимущественно химическим способом.

  Технические характеристики теплообменных аппаратов с плавающей головкой и U-образными трубами       

Сравнительный анализ: различия в применении
Чтобы правильно выбрать тип теплообменника для конкретной технологической задачи,
инженеры руководствуются сравнительной матрицей:

В зависимости от химической агрессивности продуктов и температурного режима ООО «Спецпромэнерго-1» изготавливает кожухотрубные теплообменники из следующих материалов:
Углеродистые и низколегированные стали (сталь 20, 09Г2С, 16ГС) — для неагрессивных нефтепродуктов, природного газа, перегретой воды и пара.
Коррозионностойкие нержавеющие стали (12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 08Х21Н6М2Т) — для работы с кислотами, щелочами, агрессивными газами и в пищевой промышленности.
Титановые сплавы (ВТ1-0, Т) — для чрезвычайно сложных сред (морская вода, соединения хлора, агрессивные химические вещества).

Почему заказывают у ООО «Спецпромэнерго-1»
Все теплообменные аппараты изготавливаются на собственном высокотехнологичном производстве с строгим соблюдением контроля качества:
1. Сертифицированное производство: соответствие международным стандартам ISO 9001 и ISO 14001;
2. Собственная нормативная база: изготовление в соответствии с официальными ТУ, утвержденными ГП «Полтавастандартметрология»;
3. 100% испытания: каждый аппарат подвергается обязательным гидравлическим испытаниям на прочность и герметичность при расчетном и испытательном давлении;
4. Индивидуальный расчет: профессиональный подбор площади теплообмена, материалов и материала исполнения в соответствии с техническим заданием заказчика.

Нужна помощь в выборе типа аппарата?

Отправьте параметры вашего технологического процесса специалистам ООО «Спецпромэнерго-1». Мы выполним теплогидравлический расчёт и подберём оптимальную конфигурацию с учётом требований к эксплуатации.