Теплообменные аппараты типа -«труба в трубе»

Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным об­разом для охлаждения или нагревания в системе жидкость-жидкость, когда расходы теплоносителей невелики и последние не меняют свое­го агрегатного состояния. Иногда такие теплообменники применяют при высоком давлении для жидких и газообразных сред, например, в качестве конденсаторов в производстве метанола, аммиака и др. Так­же их используют для загрязненных коксообразующими веществами и механическими примесями теплоносителей, в которых обеспечивает­ся хороший теплообмен за счет больших скоростей и турбулентности потоков в трубном и межтрубном пространствах. Высокие скорости и турбулентность потока уменьшают возможность отложения на стен­ках труб кокса или других образований.

а — общий вид; б — вариант жесткого крепления труб; в — вариант крепления труб с компенсирующим устройством

Рисунок 19 -Теплообменник типа «труба в трубе»

По сравнению с кожухотрубчатыми теплообменники «труба в трубе» имеют меньшее гидравлическое сопротивление межтрубного про­странства. Однако при равных теплообменных характеристиках они ме­нее компактны и более металлоемки, чем кожухотрубчатые. Теплообменники «тру­ба в трубе» могут быть разборными или нераз­борными, одно- и много­поточными.

Однопоточный нераз­борный теплообменник (рисунок 20) состоит из от­дельных звеньев, в каждый из которых входят трубы наружная (или кожуховая) 1 и внутренняя (или теплообменная) 2. Наруж­ная труба двумя привар­ными кольцами связана с внутренней трубой 2 в зве­но. Звенья, в свою очередь, собраны в вертикальный Ряд и составляют теплообменную секцию. При этом внутренние трубы соединены между собой коленами 3, а наружные — штуцерами 4 на фланцах или сваркой. Звенья закреплены скобами на металлическом каркасе 5.

Неразборные теплообменники являются кон­струкцией жесткого типа, поэтому при разности температур более 70 °С их не используют. При большей разности температур труб, а также при необходимости механической очистки межтрубного пространства при­меняют теплообменники с компенсирующим устройством на наружной трубе. В этом случае кольцевую щель между трубами с одной стороны наглухо заваривают, а с другой — уплотняют сальником 6.

Однопоточные неразборные теплообменники изготовляют из труб длиной 3...12 м с диаметром внутренних труб 25...159 мм и наружных соответственно 48... 219 мм на условное давление для наружных труб до 6,4 МПа и для внутренних до 16 МПа. В разборных конструкциях теплообменников обеспечивается компенсация деформаций теплообменных труб. На рис. 2.50 показа­на конструкция разборного многопоточного теплообменника «труба в трубе», конструктивно напоминающего кожухотрубчатый тепло­обменник типа ТУ.

Аппарат состоит из кожуховых труб 5, развальцованных в двух трубных решетках: средней 4 и правой 7. Внутри кожуховых труб раз­мещены теплообменные трубы 6, один конец которых жестко связан с левой трубной решеткой 2, а другой — может перемещаться. Сво­бодные концы теплообменных труб попарно соединены коленами 8 и закрыты камерой 9. Для распределения потока теплоносителя по теплообменным трубам служит распределительная камера 1, а для распределения теплоносителя в межтрубном пространстве — рас­пределительная камера 3. Пластинами 11 кожуховые трубы жестко связаны с опорами 10.

Теплообменник имеет два хода по внутренним трубам и два по на­ружным. Узлы соединения теплообменных труб с трубной решеткой (узел I) и с коленами (узел II) уплотнены за счет прижима и деформа­ции полушаровых ниппелей в конических гнездах.

Эти аппараты могут работать с загрязненными теплоносителями, так как внутреннюю поверхность теплообменных труб можно подвер­гать механической очистке. Поскольку возможность температурных удлинений кожуховых труб из-за жесткого соединения их с опорами ограниченна, перепад температур входа и выхода среды, текущей по кольцевому зазору, не должен превышать 150 °С.

Рисунок 20 -Разборный двухпоточный теплообменник типа «труба в трубе»

Погружные аппараты

Специфической особенностью аппаратов этого типа является наличие емкости-ящика, в которую погружены теплообменные трубы. В ящике находится охлаждающая среда, например вода. Аппараты этого типа ис­пользуют в качестве холодильников или конденсаторов-холодильников. Различают змеевиковые и секционные аппараты. Принципиальное устройство однопоточного погружного конденсатора-холодильника показано на рисунке 21. Теплообменная поверхность состоит из труб, соединенных при помощи сварки или на фланцах; переход из одной трубы в другую осуществлен при помощи двойников. Охлаждаемый поток по­следовательно проходит трубы, расположенные в данном горизонтальном Ряду, после чего перехо­дит в трубы следующего ряда и т. д.

1—пары нефтепродукта; // — охлажденный нефтепродукт; /// — холодная вода; IV— нагретая вода

Рисунок 21- Схема однопоточного погружного змеевикового конденсатора-холодильника

При большом расходе охлаждающегося потока для уменьшения гидрав­лического сопротивления применяют коллекторные змеевиковые холодильники, в которых охлаж­даемый поток при помощи специального коллектора разбивается на несколь­ко параллельных потоков. Меньшее гидравлическое сопротивление коллектор­ного аппарата по сравнению с однопоточным достигается за счет сни­жения скорости потока и длины пути.

В случае использования подобного аппарата в качестве конденсато­ра-холодильника, когда вследствие частичной или полной конденсации объем потока резко уменьшается, можно применять коллекторные по­гружные аппараты с переменным числом потоков. В начале аппарата, где движутся в основном пары, объем которых значителен, число парал­лельных потоков может быть более высоким, чем в той части аппарата, где завершена конденсация паров и происходит охлаждение конденсата. Такое устройство полезно для повышения теплового эффекта аппарата, так как при сохранении первоначального числа потоков по всему их пути скорость движения конденсата в конечной части аппарата может оказаться небольшой, а следовательно, коэффициент теплопередачи в этой части аппарата будет низким. Следует иметь в виду, что неправильный выбор места сокращения числа потоков по пути конденсирующейся среды может привести к повышению гидравлических сопротивлений, как это имело место на некоторых действующих установках.

К недостаткам аппаратов подобного типа относится их громозд­кость и повышенный расход металла. Кроме того, в ящике свободное сечение для прохода воды велико, вследствие чего скорость движения воды мала и относительно малы коэффициенты теплоотдачи от стенок змеевика к воде. Такие аппараты используются на ряде действующих нефтеперераба­тывающих заводов и при строительстве новых установок, как правило, не применяют.