Распределение теплоносителей в ТОА и их скорости

Распределение теплоносителей в теплообменном аппарате зависит от чистоты, давлений, физикохимических свойств и объемных расходов теплоносителей.

Более загрязненный теплоноситель целесообразно направлять в ту полость теплообменного аппарата, где возможность отложения загрязнений минимальная и которую легко чистить. Теплоноситель с большим давлением во избежание утяжеле­ния корпуса (по условиям прочности) целесообразно направлять по трубкам.

Если теплоносители значительно отличаются по своим физикохимическим свой­ствам, например в охладителях вязких жидкостей, где охлаждающей средой являет­ся вода, а охлаждаемой - вязкая жидкость, то с точки зрения интенсификации об­мена выгоднее направлять вязкую жидкость в ту полость теплообменного аппарата, где будет осуществляться более интенсивное ее перемешивание.

При проектировании охладителей (подогревателей) воды нужно иметь ввиду следующее. Неравномерное заполнение трубками участков вблизи стенок корпуса, большие зазоры между пучком трубок и корпусом, а также перегородками и корпу­сом затрудняют равномерное распределение скоростей по потоку теплоносителя. Кроме того, в многоходовых аппаратах протечки теплоносителя между ходами в трубках устранить проще, значительно труднее это сделать в межтрубном прос­транстве. В связи с этим в охладителях и подогревателях воды (если оба тепло­носителя жидкостные) теплоноситель с большим объемным расходом целесообразнее направлять в межтрубное пространство, а с меньшим - в трубки. Это позволяет обеспечить более равномерное распределение скоростей теплоносителей в аппарате.

При сочетании теплоносителей конденсирующийся пар - жидкость, конденсирую­щийся пар, если этому не препятствуют другие требования из условий теплоот­дачи со стороны пара направлять снаружи трубок.

Выбор скоростей движения теплоносителей обуславливается рядом, факторов. Для получения более высокого коэффициента теплоотдачи, а также уменьшения возможности осаждения на поверхностях трубок имеющихся в теплоносителях мелких взвешенных частиц, в аппарате целесообразно осуществлять развитое турбулентное движение (Re > 1·10⁴).

При применяемых в современных теплообменных аппаратах диаметрах трубок развитое турбулентное движение создается, например, для воды при скорости около 1 м/с.

Однако скорости теплоносителей ограничиваются определенными пределами в зависимости от материала трубок и вида теплоносителя (исходя из условий пре­дотвращения явлений коррозии и эрозии, интенсивность которых растет с увеличе­нием скоростей).

При проектировании теплообменников можно рекомендовать следующие ориентировочные значения скорости:

- пар (насыщенный и влажный) - до 5 м/с;

- вода - до 3 м/с;

- нефтепродукты - до 1 м/с.

4.2. Разбивка трубок и некоторые конструктивные параметры трубного пучка

- Важным моментом при проектировании кожухотрубного аппарата является раз­бивка трубок (расположение трубок в пучке).

От принятых наружного диаметра трубок d_н и шага S_t, т.е. расстояние между осями соседних трубок, и способа разбивки будет зависеть компактность аппара­та, его эффективность и надежность в работе.

Известно, что чем меньше диаметр трубок, тем выше коэффициент компактнос­ти аппарата.

В современных ТОА применяются трубки с минимальным наружным диаметром 10 мм. Дальнейшее уменьшение d_н ограничено тем, что при эксплуатации они могут более быстро засоряться. Для уменьшения габаритов аппарата шаг трубок S_t обыч­но выбирают минимальным.

Практикой изготовление теплообменной аппаратуры установлено, что мини­мальное допустимое сечение мостика между двумя трубками при d_н = 16 мм можно принять 5мм (S_t = 21мм).

Существуют следующие способы разбивки трубок: шахматная и частный ее слу­чай - треугольная (ромбическая); коридорная и частный ее случай - квадратная; по концентрическим окружностям и радиальная.

Из перечисленных способов разбивки в современных кожухотрубных ТОА отдают предпочтение треугольной разбивке, так как в этом случае на единицу, площади трубной доски можно разместить наибольшее количество трубок и иметь в единице объема наибольшую поверхность теплообмена. Различные способы разбивки показаны на рис. 8.

а) б) в)

Рис.8 Способы разбивки трубок: а - по концентрическим окружностям: б - треугольная в круглом корпусе: в - радиальная.

Расстояние от перегородки до оси ближайшего ряда трубок принимается 2 d_н.