Теплообменник типа «труба в трубе»: особенности конструкции, расчет
Теплообменник типа «труба в трубе» предназначен для использования в технологических системах, обладающих небольшой поверхностью теплообмена, с целью нагрева или охлаждения теплоносителя. Принцип действия данного вида теплообменника заключается в непрерывном контакте теплоносителя с обрабатываемой жидкостью. Это отличает теплообменники «труба в трубе», например, от теплообменников конденсационных котлов. Основной сферой применения являются предприятия нефтяной, химической, газовой и пищевой промышленности.
Конструктивные особенности теплообменников
Теплообменники вида «труба в трубе» обладают высокой надежностью, что обуславливается следующими причинами:
- простота обслуживания оборудования;
- возможность компенсации возникающих температурных деформаций;
- долговечность и плотность разъемных фланцевых соединений.
Различная величина диаметров между трубами позволяет вставлять их друг в друга по направлению продольной оси, оставляя при этом зазор между стенками труб, который используется для передвижения теплоносителя. Подключение к системе позволяет добиться постоянного пропуска противотоком обрабатываемого продукта и горячей воды, пара, а также холодного рассола.
![Теплообменник типа «труба в трубе»](https://xn--90agbbrwiafcmldk.xn--p1ai/wp-content/uploads/teploobmen-truba-v-trube.jpg)
Конструкция теплообменника включает в себя определенное количество прямолинейных участков труб, которые располагаются друг над другом.
Внутренние трубы, обладающие меньшим диаметром, последовательно крепятся друг к другу дугами в полуокружность (переходными каналами), которые соединяются фланцевым соединением. Соединение наружных труб выполняется специальными патрубками, которые обеспечивают свободное перемещение продукта по секции. Размер элементов труб, а также их количество в одном звене может варьироваться, что определяется в первую очередь нужной производительностью теплообменника.
Расчет теплообменника
Проектировка теплообменника осуществляется на основании следующих факторов:
- тепловой просчет с анализом поверхностных площадей теплообменника;
- расчет основополагающих геометрических значений и параметров устройства и его узлов;
- осуществление гидравлического расчета, обеспечивающего определение потери напора;
- вычисление показателя тепловой изоляции оборудования;
- расчет экономической эффективности.
Теплообменники отличаются большим разнообразием в плане технических характеристик исходя из области их применения, модельной линейки и производственной потребности технологической системы.
![Теплообменники труба в трубе](https://xn--90agbbrwiafcmldk.xn--p1ai/wp-content/uploads/teploobmen-truba-v-trube-2.jpg)
При осуществлении расчета теплообменного оборудования во внимание принимается его основная задача — обмен тепловыми параметрами теплоносителя и обрабатываемой среды.
Учитывая физические свойства, выполняется расчет теплообменника «труба в трубе» с учетом разнообразных характеристик агрегата и работы системы в целом. В данном случае рассматриваются следующие параметры:
- показатели тепловых потерь;
- система сопутствующих факторов;
- вычисление расхода теплоносителя;
- технологическая и тепловая схемы;
- определение начальной и конечной температуры;
- расчет тепловой нагрузки оборудования;
- создание баланса функционирования системы.
Необходимо помнить, что помимо данных факторов обязательно нужно брать в расчет степень агрессивного воздействия среды на материал изготовления теплообменника, его физико-химические свойства, а также токсичность.
Одной из основных стадий в процессе вычислений является определение направления движения теплоносителя.
![Чертеж теплообменника «труба в трубее»](https://xn--90agbbrwiafcmldk.xn--p1ai/wp-content/uploads/teploobmen-truba-v-trube-shema.jpg)
При варианте работы теплообменника, когда осуществляется противоточное движение, перепады температур в теплоносителях увеличиваются, при этом уменьшается расход энергии. Порядок вычислений значений производительности такого оборудования является сложной технической задачей, поэтому для изготовления теплообменника типа «труба в трубе» самостоятельно, необходимо не только желание, но и достаточно обширный перечень профессиональных знаний.
Производство теплообменников
При производстве теплообменников в промышленных масштабах используются современные технологии и высокоточное оборудование. Технологический процесс производства состоит из множества различных операций. При изготовлении применяется листовая сталь высокого качества, которая обладает устойчивостью к воздействиям агрессивной среды и высоких температур. Применение автоматизированных сварочных линий, математическая точность и соблюдение строгого контроля на всех этапах производства позволяет обеспечить высокое качество продукции, соответствующее всем современным нормам и стандартам.
Теплообменники изготавливаются в следующих возможных вариантах:
- с приварными двойниками;
- со съемными двойниками.
По типам теплообменники подразделяются на:
- агрегаты разборного типа, малогабаритные, типа ТТРМ;
- однопоточные, неразборные, типа ТТОН;
- однопоточные, разборные, типа ТТОР;
- многопоточные, разборные типа ТТМ.
Основные преимущества теплообменных агрегатов «труба в трубе»
Сравнительно высокая стоимость на единицу поверхности теплообменного процесса компенсируется большим разнообразием компоновок и возможностью сборки агрегатов из стандартных элементов на месте установки теплообменника. Данный аспект также дает возможность наращивания или уменьшения количества секций при изменении параметров технологического процесса.
![Трубные пучки теплообменников](https://xn--90agbbrwiafcmldk.xn--p1ai/wp-content/uploads/teploobmen-truba-v-trube-3.jpg)
Для обеспечения эффективной системы очистки внутренней поверхности теплообменных устройств применяется возможность выбора нужных размеров входных и выходных патрубков. Конструктив агрегатов осуществляет контроль по распределению потоков теплоносителя на каждый канал, что является важным фактором в процессе охлаждения вязких жидкостей при работе одного насоса в группе агрегатов.