Теплообменники с U-образными трубами (тип ТУ)

В кожухотрубчатых аппаратах с U-образными трубами обеспечивается свободное удлинение труб, что исключает возможность возникновения температурных напряжений.

Такие аппараты (рисунок 2.9) состоят из кожуха 2 и трубного пучка, имеющего U-образные трубы 1 и одну трубную решетку 3, которая вместе с распределитель­ной камерой 4 крепится к кожуху аппарата на фланце.

Для обеспечения раздельного ввода и вывода циркулирующего по трубам теплоносителя в распределительной камере предусмотрена перегородка 5.

В аппаратах типа ТУ 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.

Преимущество конструкции аппарата типа ТУ возможность периодического извлечения трубного пучка для очистки наружной поверхности труб или полной замены пучка. Однако наружная поверхность труб в этих аппаратах неудобна для механической очистки.

Поскольку механическая очистка внутренней поверхности труб в аппаратах типа ТУ практически невозможна, в трубное пространство таких аппаратов следует направлять среду, не образующую отложений, которые требуют механической очистки. Внутреннюю поверхность труб в этих аппаратах очищают водой, водяным паром, горячими нефтепродуктами или химическими реагентами. Иногда используют гидромеханический способ (подача в трубное пространство потока жидкости, содержащей абразивный материал, твердые шары и др.).

Один из наиболее распространенных дефектов такого теплообменника - нарушение герметичности узла соединения труб с трубной решеткой из-за весьма значительных изгибающих напряжений, возникающих от массы труб и протекающей в них среды. В связи с этим данные аппараты диаметром 800 мм и более для удобства монтажа и уменьшения изгибающих напряжений в трубном пучке снабжают роликовыми опорами.

а – конструктивная схема аппарата	б – вид на трубный пучок со снятым кожухом
Рисунок 2.9 – Теплообменник с U-образными трубами

Обычно U-образные трубы изготовляют методом гибких труб в холодном или нагретом состоянии. Для исключения сплющивания и значительного утонения стенки на растянутой стороне стальной трубы радиус изгиба принимают R > 4d_T, где d_Т - наружный диаметр трубы.

Теплообменники с U-образными трубами применяют для нагрева и охлаждения жидких или газообразных сред без изменения их агрегатного состояния. Они рассчитаны на давление до 6,3 МПа, отличаются от теплообменников с плавающей головкой менее сложной конструкцией (наличие одной трубной решетки, отсутствие внутренней крышки). Однако они могут быть лишь двухходовыми, из труб только одного сортамента: 20 ˟ 2 мм. Поверхности теплообмена и основные параметры этих теплообменников приведены в ГОСТ 27601-88.

К недостаткам теплообменных аппаратов типа ТУ следует отнести относительно плохое заполнение кожуха трубами из-за ограничений, обусловленных изгибом труб, а также невозможность замены труб (за исключением крайних) при выходе их из строя и сложность размещения труб, особенно при большом их числе. Из-за этих недостатков теплообменные аппараты типа ТУ не нашли широкого применения и используются преимущественно для чистых или газообразных сред [8].