Кожухотрубный теплообменник

1.1 Кожухотрубный теплообменник

Для проведения процесса пастеризации продукта выбирается кожухотрубная конструкция теплообменника.

Кожухотрубные теплообменники наиболее широко распространены в

пищевых производствах.

Кожухотрубный вертикальный одноходовой теплообменник

с неподвижными трубными решетками (см. рис. 1) состоит из цилиндрического корпуса-1, который с двух сторон ограничен прива­ренными к нему трубными решетками-2 с закрепленными в них гре­ющими трубами-3 (см. рис. 2), концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем разваль­цовки, сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучок труб делит весь объем корпуса теплообмен­ника на трубное пространство, заключенное внутри греющих труб, и межтрубное. К корпусу прикреплены с помощью болтового соеди­нения два днища-5. Для ввода и вывода теплоносителей корпус и днища имеют патрубки-4. Один поток теплоносителя, например жидкость, направляется в труб­ное пространство, проходит по трубкам и выходит из теплооб­менника через патрубок в верх­нем днище. Другой поток тепло­носителя, например пар, вво­дится в межтрубное простран­ство теплообменника, омывает снаружи греющие трубы и выво­дится из корпуса теплообмен­ника через патрубок.

Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижной трубной ре­шеткой или с температурным компенсатором на кожухе, вертикальные или горизонтальные. В соответствии с ГОСТ 15121-79, теплообменники могут быть двух- четырех- и шестиходовыми по трубному пространству.

Греющие трубы в трубных решетках размещают несколькими способами: по сторонам и вершинам правильных шестиугольников(в шахматном порядке), по сторонам и вершинам квадратов (коридорное) и по концентрическим окружностям. Такие способы размещения обеспечивают создание компактной конструкции теплообменника.

Из-за маленькой скорости движения теплоносителей одноходовые теплообменники характеризуются низкими коэффициентами теплоотдачи. С целью интенсификации теплообмена в кожухотрубных теплообменниках пучок труб секционируют, разделяют на несколько секций (ходов), по которым теплоноситель проходит последовательно. Разбивка труб на ряд ходов достигается с помощью перегородок в верхнем и нижнем днищах. Так же секционировать можно и межтрубное пространство за счет установки направляющих перегородок. Благодаря всем этим способам достигается повышение скорости теплоносителя, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в трубном пространстве.

При проектировании кожухотрубных теплообменников теплоноситель, который наиболее загрязняет поверхность теплообмена, направляют в трубное пространство, которое легче очищать.

1.2 Ообщие сведения о развальцовке труб теплообменника

Наиболее распространенный способ крепления труб в решетке — развальцовка. Трубы вставляют в отверстия решетки с некоторым зазором, а затем обкатывают изнутри специальным инструментом, снабженным роликами (вальцовкой). При этом в стенках трубы создаются остаточные пластические деформации, а в трубной решетке — упругие деформации, благодаря чему материал решетки после развальцовки плотно сжимает концы труб. Однако при этом материал труб подвергается наклепу (металл упрочняется с частичной потерей пластичности), что может привести к растрескиванию труб. С уменьшением начального зазора между трубой и отверстием в решетке наклеп уменьшается, поэтому обычно принимают зазор 0,25 мм. Кроме этого для обеспечения качественной развальцовки и возможности замены труб необходимо, чтобы твердость материала трубной решетки превышала твердость материала труб.

Развальцовочное соединение должно быть прочным и плотным (герметичным). Прочность соединения оценивают усилием вырыва трубы из гнезда, плотность — максимальным давлением среды, при котором соединение герметично.Развальцовка является наиболее распространенным способом получения прочных и герметичных соединений труб с трубными решетками (коллекторами) теплообменных аппаратов.

Для получения надежного соединения трубы с трубной решеткой (коллектором) необходимо выполнить следующее условие:

D' = Dо + + KxS,

где D'- расчетный внутренний диаметр трубы после развальцовки
Dо- внутренний диаметр трубы до развальцовки
- диаметральный зазор между трубой и трубной решеткой

(= Dотв - Dн)

S-толщина стенки трубы

К- коэффициент, учитывающий тип теплообменного аппарата:
   К = 0,1 - для конденсаторов, маслоохладителей, водоподогревателей, испарителей, бойлеров и т.п.

   К = 0,2 - для котлов

Для того, чтобы правильно выбрать инструмент для развальцовки труб в трубных решетках, необходимо располагать следующей информацией:

·           материал трубной решетки;

·           диаметр отверстий трубной решетки “Dотв” (см. рис. 3);

·           толщина трубной решетки “H” (см. рис. 3);

·           шаг перфорации (расстояние между центрами соседних отверстий) “t” (см. рис. 10);

·           наличие в отверстиях трубной решетки уплотнительного рельефа, формируемого шариковым раскатником (см. рис. 4);

·           наличие в трубной решетки канавок (см. рис. 5);

·           наличие двойных трубных решеток, их толщины “Н₁” и “Н₂” и расстояние “B” между трубными решетками (см. рис.9);

·           материал трубы;

·           наружный диаметр трубы "Dн" (см. рис.6);

·           толщина стенки трубы "S" (см. рис.6);

·           высота выступания труб "h" над плоскостью трубной решетки (см. рис.6);

·           глубина развальцовки труб "L" (см. рис.6);

·           наличие отбуртовки конца трубы (см. рис.8);

·           наличие сварки в соединении трубы с трубной решеткой (см. рис.7)