Кожухотрубный теплообменник - Shell and tube heat exchanger

Поток жидкости симуляция для кожухотрубного теплообменника; Вход в кожух находится вверху сзади, а выход на переднем плане внизу.

А кожухотрубный теплообменник это класс теплообменник конструкции.[1][2] Это наиболее распространенный тип теплообменника на нефтеперерабатывающих заводах и в других крупных химических процессах, который подходит для приложений с более высоким давлением. Как следует из названия, этот тип теплообменника состоит из кожуха (большой сосуд под давлением ) с пучком трубок внутри. Одна жидкость течет по трубкам, а другая жидкость течет по трубам (через кожух) для передачи тепла между двумя жидкостями. Набор трубок называется пучком труб и может состоять из нескольких типов труб: гладких, с продольным оребрением и т. Д.

Теория и применение

Через теплообменник протекают две жидкости с разной начальной температурой. Один протекает через трубы (сторона трубы), а другой течет вне труб, но внутри оболочки (сторона оболочки). Тепло передается от одной жидкости к другой через стенки трубы либо от стороны трубы к стороне оболочки, либо наоборот. Жидкости могут быть либо жидкости или же газы либо со стороны оболочки, либо со стороны трубы. Для эффективной передачи тепла большой теплопередача площадь должна использоваться, что приводит к использованию множества трубок. Таким образом, отходящее тепло можно использовать. Это эффективный способ экономии энергии.

Теплообменники с одним фаза (жидкость или газ) с каждой стороны можно назвать однофазными или однофазными теплообменниками. Двухфазные теплообменники могут использоваться для нагрева жидкости до кипения ее в газ (пар), иногда называемый котлы, или для охлаждения паров и превращения их в жидкость (называемую конденсаторы ), причем фазовый переход обычно происходит на стороне оболочки. Котлы в паровой машине локомотивы обычно представляют собой большие кожухотрубные теплообменники цилиндрической формы. В целом электростанции с паровым приводом турбины, кожухотрубный поверхностные конденсаторы используются для конденсации выхлопных газов пар выход из турбины в конденсат воды который рециркулируется обратно и превращается в пар в парогенераторе.

Они также используются в жидкостном охлаждении. чиллеры для передачи тепла между хладагент и вода в обоих испаритель и конденсатор, а в чиллерах с воздушным охлаждением - только испаритель.

Конструкция кожухотрубного теплообменника

Может быть множество вариантов конструкции кожуха и трубы. Обычно концы каждой трубки присоединяются к пленумы (иногда называют ящики для воды) через отверстия в трубные решетки. Трубки могут быть прямыми или изогнутыми в форме U, называемыми U-образными трубками.

U-образный теплообменник.PNG

На АЭС называется реакторы с водой под давлением, большие теплообменники называются парогенераторы представляют собой двухфазные кожухотрубные теплообменники с U-образными трубками. Они используются для кипячения воды, рециркулируемой из поверхностного конденсатора, в пар для приведения в действие турбина производить мощность. Большинство кожухотрубных теплообменников имеют 1-, 2- или 4-проходную конструкцию со стороны трубы. Это относится к тому, сколько раз жидкость в трубках проходит через жидкость в оболочке. В однопроходном теплообменнике жидкость проходит через один конец каждой трубы и выходит из другого.

Теплообменник прямотрубный 1-ходовой.ПНГ

Поверхностные конденсаторы на электростанциях часто представляют собой однопроходные прямотрубные теплообменники (см. поверхностный конденсатор для схемы). Обычно используются двух- и четырехходовые конструкции, поскольку жидкость может входить и выходить с одной и той же стороны. Это значительно упрощает конструкцию.

Теплообменник прямотрубный 2-х ходовой.ПНГ

Часто бывает перегородки направление потока через кожух так, чтобы жидкость не проходила короткое расстояние через кожух, оставляя неэффективные малые объемы потока. Обычно они прикрепляются к трубному пучку, а не к оболочке, чтобы связку можно было снять для обслуживания.

Противоточные теплообменники наиболее эффективны, так как позволяют максимально средняя логарифмическая разница температур между горячим и холодным потоками. Однако многие компании не используют двухходовые теплообменники с U-образной трубкой, потому что они могут легко сломаться, а также дороже в строительстве. Часто несколько теплообменников можно использовать для имитации противотока одного большого теплообменника.

Выбор материала трубки

Для хорошей передачи тепла материал трубки должен иметь хорошую теплопроводность. Поскольку тепло передается от горячей стороны к холодной через трубки, возникает температура разница по ширине трубок. Из-за тенденции материала трубки к разному термическому расширению при разных температурах, термические напряжения возникают во время работы. Это в дополнение к любому стресс с высоты давление от самих жидкостей. Материал трубки также должен быть совместим как со средой оболочки, так и со стороны трубки в течение длительного времени в рабочих условиях (температуры, давления, pH и т. д.), чтобы минимизировать износ, например коррозия. Все эти требования требуют тщательного выбора прочных, теплопроводящих, коррозионно-стойких и высококачественных материалов для труб, обычно металлы, включая алюминий, медный сплав, нержавеющая сталь, углеродистая сталь, цветной медный сплав, Инконель, никель, Хастеллой и титан.[3] Фторполимеры Такие как Перфторалкоксиалкан (PFA) и Фторированный этиленпропилен (FEP) также используются для производства материалов для труб из-за их высокой устойчивости к экстремальным температурам.[4] Неправильный выбор материала трубки может привести к утечка через трубу между обечайкой и сторонами трубы, вызывая перекрестное загрязнение жидкости и, возможно, потерю давления.

Приложения и использование

Простая конструкция кожухотрубного теплообменника делает его идеальным решением для охлаждения для самых разных областей применения. Одно из наиболее распространенных приложений - охлаждение гидравлическая жидкость и масло в двигателях, трансмиссиях и гидроагрегаты. При правильном выборе материалов их также можно использовать для охлаждения или нагрева других сред, таких как вода в бассейне или наддувочный воздух.[5] Кожухотрубная технология имеет много преимуществ перед пластинами.

  • Одним из больших преимуществ использования кожухотрубных теплообменников является то, что они часто просты в обслуживании, особенно с моделями, в которых доступен плавающий пучок труб.[6](где трубные пластины не приварены к внешней оболочке). Это особенно интересно в приложениях, где холодная среда заряжена частицами или склонна к загрязнению: это случай для морских приложений.[7] а техническое обслуживание кожухотрубных теплообменников происходит быстро и эффективно по сравнению с другими технологиями.
  • Цилиндрическая конструкция корпуса чрезвычайно устойчива к давлению и позволяет использовать все диапазоны давления.

Нормы проектирования и строительства

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Садик Какач и Хонгтан Лю (2002). Теплообменники: выбор, номинальные характеристики и тепловое исполнение (2-е изд.). CRC Press. ISBN  0-8493-0902-6.
  2. ^ Перри, Роберт Х. и Грин, Дон В. (1984). Справочник инженеров-химиков Перри (6-е изд.). Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-049479-7.
  3. ^ «Кожухотрубные теплообменники». Получено 2009-05-08.
  4. ^ «Свойства PFA» (PDF). http://www.fluorotherm.com/. Fluorotherm Polymers, Inc. Получено 4 ноября 2014. Внешняя ссылка в | сайт = (помощь)
  5. ^ «Приложения и использование». Получено 2016-01-25.
  6. ^ Сильфон кожуха теплообменника Piping Technology and Products, (данные получены в марте 2012 г.)
  7. ^ «Кожухотрубные теплообменники и маслоохладители от MOTA». www.motaindustrialcooling.com. Получено 2020-09-29.

внешняя ссылка