Будова та схематичнее зображення
Горизонтальний багатоходовий кожухотрубний теплообмінний апарат жорсткої конструкції: 1 – кожух; 2 – трубчатка; 3 – трубна решітка; 4 – трубки; 5, 6, 7 – патрубки для вводу та виводу, відповідно, насиченої пари, конденсату та речовини; 8 – кришка еліптична; 9, 10 – фланець, відповідно, для патрубків та частин апарата; 11, 12 – перегородки, відповідно, трубного та міжтрубного простору; 13 – прокладка; 14 – горизонтальна опора.
Принцип дії.На рис. зображено кожухотрубний теплообмінний апарат, який складається з пучка труб, закріплених в трубних решітках та обмежених кожухом, кришками тощо. Трубний та міжтрубний простори, в яких рухаються гарячий та холодний теплоносії, відокремлені один від одного поверхнею теплообміну, причому кожен із цих просторів може бути розділено перегородками на декілька ходів. Отже, теплообмінний апарат складається з кожуху 1, в якому розміщена трубчатка 2, яка в свою чергу складається з двох трубних решіток 3 та пучка труб 4, які з’єднуються з трубними решітками за допомогою розвальцювання чи зварювання. Для підведення та відведення теплоносіїв (насичена пара, конденсат, водний розчин) апарат оснащено патрубками чи штуцерами 5, 6, 7. З торців апарат обмежено кришками 8. З метою підтримання потрібної швидкості теплоносіїв (для забезпечення високих коефіцієнтів тепловіддачі) та для зменшення вібрації трубного пучка в теплообмінному апараті встановлено перегородки 11 і 12, які розділяють трубний та міжтрубний простори на секції, при цьому забезпечується певна послідовність проходження теплоносіїв, як у трубному, так і у міжтрубному просторах. Для приєднання частин трубопроводів, арматури до патрубків вводу виводу теплоносіїв та для з’єднання окремих вузлів апарата використовують фланці 9, 10. Крім того, для надійної та безпечної роботи при з’єднанні вузлів апарата застосовують ущільнювальні прокладки 13. Теплообмінний апарат на місці експлуатації встановлюють на опори 14. Ще одним важливим елементом конструкції апарата є температурні компенсатори (не зображено на рисунку), які призначені для зменшення додаткових напружень, які виникають в місцях з’єднання частин апарата, що мають різні температури (особливо важливим є з’єднання труб з трубною решіткою). Тому, теплообмінні апарати в яких, різниця температур кожуха та труб буде більшою 50-60 °С [1, 2], потребують наявності температурних компенсаторів, а апарати, в яких, температурний перепад менше вищезгаданого, мають жорстку конструкцію з нерухомою трубною решіткою. В подальшому будемо розглядати лише теплообмінники з нерухомою трубною решіткою. Вони, як правило, використовуються в тих випадках, коли нема необхідності в механічному очищенні міжтрубного простору. Тому, у трубний простір завжди подають рідину, яка при нагріванні може виділяти нерозчинний осад на стінках труб, а в міжтрубний простір подають чисту рідину або пару.
Випадки застосування, переваги та недоліки апарату.Кожухотрубні теплообмінники застосовуються в системах кондиціонування повітря, оскільки мають низький рівень втрати тиску в трубопроводі. Коли такі теплообмінники застосовуються для конденсування охолоджувальної речовини, рівень контролюється за допомогою поплавкового клапана.
Кожухотрубні теплообмінники мають більші габаритні розміри та коштують дорожче, ніж пластинчасті теплообмінники.
Кожухотрубний теплообмінник відноситься до числа поверхневих теплообмінників, що найбільш часто використовуються. Вони застосовуються скрізь, де необхідно нагріти чи охолодити середовище для його обробки та для утилізації тепла. Його головна перевага в компенсації неоднакових температурних подовжень труб і кожуха апарату, а також в простоті очищення трубного простору. Недоліки - металоємкість та складність виготовлення плаваючої головки. Найбільш широко процеси теплообміну використовують в хімічній, нафтохімічній, енергетичній, фармацевтичній, металургійній та харчовій галузях. У теплообмінниках такого типу перенос тепла між робочими
середовищами відбувається через розділяючу їх поверхню теплообміну – глуху стінку. У теплообміннику відбувається процес нагрівання розчину етанолу (40%) насиченою водяною парою. Один із теплоносіїв,
в нашому випадку етанол (40%), рухається всередині труб, а пара – в міжтрубному просторі. Стабільність роботи теплообмінника досягається збільшенням площі теплообміну в порівнянні з розрахованою, що забезпечує
стійкі показники роботи теплообмінника. Високу надійність роботи конструкції обумовлює і використаний матеріал –сталь марки Ст3.