Проект кожухотрубного теплообмінника для підігріву води на технологічні потреби підприємства

При будь-якому використанні теплоносіїв i холодоагентів, теплові i масообміні процеси підлеглі основному-технологічному процесу виробництва, заради якого створюється теплообмінні апарати й установки. Тому рішення задач оптимізації теплообміну підлеглі умовам раціонального технологічного процесу.

 

 

Конкретна задача нагрівання чи охолодження даного продукту може бути вирішена за допомогою різних теплообмінників. Конструкцію теплообмінника варто вибирати, виходячи з наступних основних вимог, пропонованих до теплообмінних апаратів.

Найважливішою вимогою є відповідність апарата технологічному процесу обробки даного продукту,  це досягається за таких умов:

підтримка необхідної температури процесу;

забезпечення можливості регулювання температурного режиму;

відповідність робочих швидкостей продукту мінімально необхідної тривалості перебування продукту в апараті;

вибір матеріалу апарата відповідно до хімічних властивостей продукту;

відповідність апарата тискам робітничих середовищ.

Другою вимогою є висока ефективність (продуктивність) i економічність роботи апарата, зв'язані з підвищенням інтенсивності теплообміну й одночасно з дотриманням оптимальних гідравлічних опорів апарата. Ці вимоги звичайно виконуються при дотриманні наступних умов:

достатні швидкості однофазних робітничих середовищ для здійснення турбулентного режиму;

сприятливий відносний рух робітничих середовищ (звичайно краще протиток);

забезпечення оптимальних умов для відводу конденсату і газів, що не конденсуються, (при паровому обігріві);

досягнення відповідних термічних опорів по обидва боки стінки поверхні нагрівання;

запобігання можливості забруднення i легке чищення поверхні нагрівання, мікробіологічна чистота й ін.

Істотними вимогами є також компактність, мала маса, простота конструкцій, зручність монтажу i ремонту апарата. 3 цього погляду впливають наступні фактори; конфігурація поверхні нагрівання; спосіб розміщення і кріплення трубок у трубних ґратах; наявність i тип перегородок, ущільнень; пристрій камер, коробка, днищ; габаритні розміри апарата й ін.

Ряд факторів визначає надійність роботи апарата та зручність його експлуатації: компенсація температурних деформацій, міцність, i щільність рознімних з'єднань, доступ для огляду i чищення, зручність контролю за роботою апарата, зручність з'єднання апарата з трубопроводами i т.д.

Ці основні вимоги повинні бути покладені в основу конструювання i вибору теплообмінних апаратів. При цьому найбільше значення має забезпечення заданого технологічного процесу в апараті.

Для орієнтування при виборі  теплообмінників приведемо наступні розуміння. 3 паро-рідинних підігрівників найбільш раціональним є багатоходовий по трубному просторі — трубчастий теплообмінник твердої конструкції (до рухливих трубних ґрат прибігають, у крайньому випадку). Цей же теплообмінник з успіхом застосуємо в якості газового чи рідинного при великих витратах робочих тіл невеликому числі ходів у між трубному просторі. При малих витратах чи рідин газів краще застосовувати елементні апарати без рухливих трубних ґрат.

Ребристі апарати варто застосовувати, якщо умови тепловіддачі між робітничими середовищами i стінкою по обидва боки поверхні нагрівання істотно відрізняються (у газорідинних теплообмінниках);конструктивна досконалість: простота пристрою, мала маса i габаритні розміри, технологічність конструкції, високий ККД; собівартість продукції.

 

 

Кожухотрубні теплообмінники. Вони найпоширеніші в хар¬човій промисловості, дають можливість створювати великі поверхні теплооб¬міну в одному апараті, прості у виготовленні й надійні в експлуатації.

На рис. 1 зображено схему вертикального кожухотрубного одноходового теплообмінника, що складається з корпусу /, приварених до нього нерухомих трубних решіток 2, пучка труб 3, кінці яких закріплені в труб¬них решітках розвальцюванням або зварюван¬ням. До трубних решіток прикріплені кришки 4. Один з теплоносіїв (І) рухається всередині труб, а другий (ІІ) — у просторі між кожухом і трубами (в міжтрубному просторі).

Через малу швидкість руху теплоносіїв одноходові теплообмінники пра-цюють з низьким коефіцієнтом тепловіддачі. Щоб збільшити швидкість руху теплоносіїв, застосовують багатоходові тепло-обмінники (рис. 2), в яких пучок труб за допомогою поперечних перегородок /, встановлених у криш¬ках, розділений на кілька секцій (ходів), по яких теплоносій І проходить послідовно. Швидкість руху теплоносія II в міжтрубному просторі підвищу¬ють, встановлюючи ряд сегментних перегородок 2. З двох теплоносіїв, що рухаються в трубках і в міжтрубному просторі, треба збільшувати швидкість руху насамперед того, в якого при теплообміні вищий термічний опір.

Труби в трубних решітках розміщують переважно по периметрах пра-вильних шестикутників (рис. 3, а). Для цієї схеми, обчислюючи загаль¬ну кількість п труб у теплообміннику, виходять з кількості труб а, розміще¬них на стороні найбільшого шестикутника:  

                                  n = 3a(a - 1) + 1                                                  (11)

 

Кількість труб, розміщених по діагоналі найбільшого шестикутника, ви-значають за формулою:

                                           b = 2a - 1                                       (12)

 

У разі закріплення труб у трубних решітках розвальцюванням крок 5 роз¬міщення труб вибирають залежно від їхнього зовнішнього діаметра в межах