Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

131

Пластины с односторонним расположением отверстий взаимоза-

меняемы. При сборке правые пластины получают поворотом их от

носительно левых на

180°. Левые и правые пластины с диагональным

расположением отличаются расположением прокладки и поэтому не

являются взаимозаменяемыми.

Кроме рассмотренных теплообменных пластин в аппаратах исполь

зуют граничные пластины, устанавливаемые на концах пакетов.

Серийно выпускаемые пластинчатые теплообменники комплектуют

пластинами, штампованными из листового металла толщиной 1 мм

Гофры пластин обычно имеют в сечении профиль равностороннего тре

угольника высотой

4…7 мм и основанием длиной 14…30 мм (для вязких

жидкостей до 75 мм). Гофры выполняют горизонтальными, «в елочку»

под углом к горизонтали и др.

Материал пластин — оцинкованная или коррозионно

-стойкая сталь,

титан, алюминий, мельхиор.

В разборных теплообменниках пластины

2 (рис. 2.60) обычно крепят

скобой

3 на верхней штанге 1.

Нижняя штанга не несет на

грузки от массы пластин и слу-

жит лишь для фиксации их

в заданном положении. Та

кое закрепление пластин по

зволяет легко извлечь их из

пакета или вставить в него

без снятия подвижной плиты

и остальных пластин

�

Рис. 2.59. Пластины с диагональным (а) и односторонним (б) расположением отверстий

Рис. 2.60. Узел крепления пластины на верхней штанге:

1 — верхняя штанга; 2 — пластины; 3 — скоба

132

Прокладки пластинчатых тепло-

обменников

(рис. 2.61) изготовляют

из резины формованием и укрепляют

в пазу пластины на клею. Стойки и при

жимные плиты пластинчатых тепло

обменников изготовляют из углероди

стых сталей толщиной 8…12 мм.

К недостаткам пластинчатых те

плообменников следует отнести не

возможность их использования при

давлении более 1,6 МПа.

2.3.8. Спиральные теплообменные аппараты

Спиральные теплообменники получили в промышленности срав-

нительно широкое распространение, что объясняется рядом важных

преимуществ их по сравнению с теплообменными аппаратами других

типов.

Спиральные теплообменники могут изготовляться из любого ру

лонного материала

, подвергаемого холодной обработке и свариванию.

Теплообменники компактны, их конструкция предусматривает возмож

ность полного противотока

. Площадь поперечного сечения каналов по

всей длине остается неизменной

, и поток не имеет резких изменений

направлений, благодаря чему загрязнение поверхности спиральных те

плообменников меньше

, чем теплообменных аппаратов других типов,

кроме того, ряд конструкций их позволяет проводить сравнительно

легкую очистку в случае

, не требующем для удаления осадка механи-

ческого воздействия

. Гидравлическое сопротивление спиральных теп-

лообменников при одинаковой скорости движения жидкости меньше

чем у кожухотрубчатых.

Спиральные теплообменники различных конструкций нашли при

менение для систем жидкость–жидкость, для систем жидкость–пар

Рис. 2.61. Прокладка пластинчатого

теплообменника

133

в качестве конденсаторов, нагревателей

и испарителей, для охлаждения и нагрева

ния паро

-газовых смесей. Спиральные те-

плообменники специальной конструкции

могут компоноваться с ректификационны

ми колоннами и применяться в качестве

дефлегматоров.

Одно из назначений спиральных тепло

обменников — нагревание и охлаждение

высоковязких жидкостей. Так как вязкая

жидкость проходит по одному каналу, то

устраняется проблема равномерного рас

пределения вязкой жидкости по трубам

Нами для вязких жидкостей

(прядильный

раствор синтетического волокна «нитрон»

)

испытывался спиральный теплообменник со сквозными каналами для

прядильного раствора и спиральным каналом

, по которому поступали

пар или охлаждающая вода (рис. 2.62)

. Спиральные теплообменники

могут успешно применяться для шламов и жидкостей, содержащих во

локнистые материалы. Применение специальных теплообменников для

газов ограничено малым поперечным сечением канала.

Спиральные теплообменники применяются в гидролизной промыш

ленности в качестве дефлегматоров, рекуператоров тепла в отбелочных

отделениях, конденсаторов терпентиновых паров и поверхностных кон

денсаторов в выпарных отделениях

; в химической промышленности –

в качестве теплообменников при производстве серной

, азотной и фос-

форной кислот, в качестве конденсаторов для различных органических

соединений; в коксогазовой промышленности

– для охлаждения амми-

ачной воды, бензола и поглотительного масла, в алюминиевой промыш

ленности — в качестве теплообменников для алюминатных растворов

;

в сахарной и пищевой промышленности — для нагрева и охлаждения

раствора сахара и фруктовых соков.

Спиральный теплообменник представляет собой два спиральных

канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разде

лительной перегородки — керна.

По видам уплотнения торцов каналы делятся на три основных

типа

(рис. 2.63):

— тупиковые каналы, каждый из которых заваривается с противопо-

ложной стороны при помощи вставленной ленты, как показано на

рисунке 2.63

а. Такой способ уплотнения исключает возможность

Рис. 2.62. Схема движения жидкости

в спиральном теплообменнике

134

смешения теплоносителей при прорыве прокладки. После снятия

крышек оба канала легко подвергаются чистке. Этот способ уплот

нения каналов наиболее распространен;

— глухие каналы, в которых канал заваривается на торцах с обеих сто

рон, что видно на рис. 2.63

б. Недостаток этого типа уплотнения за-

ключается в невозможности чистки каналов;

— сквозные каналы, открытые с торцов (рис. 2.63

в, г). Уплотнение до-

стигается при помощи манжет U-образного сечения или листового

прокладочного материала. Каналы такого типа легко поддаются

чистке; основной их недостаток заключается в возможности пере

тока теплоносителя из одного канала в другой.

В конструкциях теплообменников встречаются и различные комби-

нации вышеуказанных каналов.

Для придания спиральным теплообменникам жесткости

, особенно

при давлении выше

0,3 МПа (3 кгс/см

), в большинстве теплообмен-

ников к одной из лент перед навивкой приваривают штифты. Кроме

создания жесткости, штифты фиксируют расстояние между спиралями

Согласно ГОСТ

12067 навивка спиральных теплообменников про-

изводится из рулонной стали шириной от

0,2 до 1,5 м, поверхность на-

грева теплообменников от

3,2 до 100 м

, ширина канала 8 или 12 мм,

давление до 1 МПа (10 кгс

/см

). Толщина стенок при давлении до

0,3 МПа — 2 мм, до 0,6 МПа — 3 мм.

Рис. 2.63. Уплотнение торцов каналов:

а — тупиковые; б — глухие; в — сквозные, уплотненные листовой прокладкой; г — сквозные, уплот-

ненные U-образной прокладкой; 1, 2 и 3 — уплотнители; 4 — крышка

135

Спиральные теплообменники выпускаются двух типов; тип 1 с

тупиковыми каналами

(с крышами) и тип 2 с глухими каналами (без

крышек). Тип 1 выпускается в четырех исполнениях: горизонтальный

теплообменник на лапах для жидкостей

(рис. 2.64а); горизонтальный

теплообменник на цапфах для жидкостей

(рис. 2.64б); вертикальный

теплообменник на цапфах для конденсации паров

(рис. 2.64в); верти-

кальный теплообменник на цапфах для паро

-газовой смеси (рис. 2.64г).

Тип 2 выпускается в трех исполнениях: горизонтальный на лапах;

горизонтальный на цапфах; вертикальный на лапах (рис. 2.65).

Спиральные теплообменники изготовляют из углеродистой стали

Ст3 и из легированных марок 12Х18Н10Т, 0Х18Н10Т и Х17Н12М2Т.

Для изготовления крышек может применяться двухслойная сталь

марок Ст3+12Х18Н10Т и 20К + Х17Н13М2Т и др.

В качестве прокладок применяют резину

, паронит, фторопласт, ас-

бестовый картон и др.

Теплообменники спиральные для жидкости состоят из корпуса спи

рали с тупиковыми каналами

, двух плоских крышек по торцам с про-

кладками, четырех штуцеров для входа и выхода теплоносителей, два из

которых установлены в центральной части крышки

, а два — в верхней

части корпуса на коллекторах

Рис. 2.64. Спиральные теплообменники с тупиковыми каналами (тип 1):

а — горизонтальные на лапах для жидкостей; б — горизонтальные на цапфах для жидкостей;

в — вертикальные на цапфах для конденсации пара; г — вертикальные на цапфах для паро-газовых

смесей

136

Корпус спирали выполняется на

лапах для установки непосредственно

на фундаменте в горизонтальном ис

полнении или на цапфах для установ

ки в любом положении: вертикальном

горизонтальном и наклонном

Принцип работы спиральных теп-

лообменников для жидкостей заклю

чается в следующем: первый тепло

носитель поступает под давлением

через штуцер на одной из крышек

в камеру центровика, а затем по каналу

спирали — в коллектор и через штуцер

выходит из теплообменника. Второй

теплоноситель через штуцер коллек

тора поступает в смежный канал спи

рали противотоком по отношению

к первому теплоносителю и выходит

через штуцер второй крышки

Спиральные теплообменники для

конденсации паров изготовляют

ся только в вертикальном варианте

и состоят из корпуса спирали с ту

пиковыми каналами, двух крышек

(верхней — с конусом для подвода

пара к каналам и нижней с прокладками для уплотнения каналов

), че-

тырех штуцеров для входа и выхода теплоносителей

, два из которых

установлены в крышках

, а два — в боковых коллекторах, причем один

из них для вывода конденсата установлен в нижней части коллектора

Спиральные теплообменники для парогазовой смеси отличаются от

теплообменников для конденсации паров только тем, что они имеют

еще штуцер для выхода газов после отделения от них конденсата

, ко-

торый установлен в середине коллектора

, на котором имеется штуцер

для выхода конденсата.

Вертикальное расположение каналов конденсаторов исключает об

разование пробок конденсата и гидравлические удары

. Пар или паро-

газовая смесь поступает в аппарат через штуцер большого диаметра

одновременно в большинство каналов

, кроме нескольких крайних на-

ружных. Образующийся конденсат стекает по вертикальной стенке

каналов, собирается в нижней части каналов теплообменника и сте

Рис. 2.65. Вертикальный теплообменник

на лапах с глухими каналами (тип 2)

137

кает по спирали в штуцер для конденсата, расположенный у нижней

стороны канала. Остатки не конденсировавшегося пара или паро

-га-

зовой смеси проходят несколько наружных витков канала по спирали

и после охлаждения отводятся через штуцер на коллекторе тупиковых

каналов.

Гидравлическое сопротивление каналов по паровой стороне неве

лико вследствие достаточно большого поперечного сечения каналов

включенных на входе пара параллельно. Охлаждающая среда подается

через наружный коллектор и движется по спиральному каналу к центру

откуда выводится через штуцер на нижней крышке.

Спиральные теплообменники могут выполняться для движения

теплоносителей по спиральному потоку, по поперечному, пересекаю

щему спираль потоку и по комбинированному потоку, сочетающему

поперечный и спиральный поток

. Конструктивное оформление таких

теплообменников может быть разнообразным.

Зарубежные фирмы навивку спиральных теплообменников произ

водят из рулонного материала шириной от

0,1 до 1,8 м и толщиной от

2 до 8 мм. Диаметр сердечника (керна) 200… 300 мм. Ширина канала

от 5 до 25 мм, поверхность нагрева выпускаемых теплообменников от

0,5 до 160 м

. Для получения больших поверхностей теплообменники

могут быть соединены в блоки.

За рубежом спиральные теплообменники изготовляют из углеродис-

той и коррозионностойкой сталей, хастеллоя В и С, никеля и никелевых

сплавов, алюминиевых сплавов и титана.

При относительно высоких давлениях в каналах часть зарубежных

фирм в целях снижения веса и придания достаточной прочности произ

водит навивку теплообменников из стали разной толщины. Внутренние

витки с меньшим радиусом навиваются из более тонкого материала

а наружные витки с большим радиусом — из металла большей толщины

Полотнища разной толщины свариваются под углом

, для того чтобы

более жесткий шов не мешал навивке спирали.

В ряде случаев спиральные теплообменники конструируют с расче

том на применение анодной антикоррозионной защиты или защитных

покрытий.

2.3.9. Пластинчато-ребристые теплообменники

Пластинчато-ребристые теплообменники (теплообменники с вто-

ричными поверхностями) нашли широкое распространение в хими

ческой промышленности в качестве теплообменников

, конденсаторов,

испарителей для чистых газов и жидкостей, в том числе

высоковязких.

138

Их применяют главным образом в крупных установках по разделению

методом глубокого охлаждения воздуха, углеводородных газов, в уста

новках для сжижения и ректификации водорода.

Широкое распространение пластинчато

-ребристые теплообменни-

ки получили благодаря своей компактности

, достигающей 2000 м

по-

верхности теплообмена на

1 м

объема теплообменника, что во много

раз превышает компактность всех остальных видов теплообменников

В пластинчато

-ребристых теплообменниках возможно одновременно

в одном блоке проводить теплообмен между четырьмя и более тепло

носителями, что достигается соответствующей конструкцией коллекто

ров. Особенно выгодно применять пластинчато

-ребристые теплообмен-

ники в качестве реверсивных, в которых часто приходится регулировать

температурные напоры рециркуляцией одного из потоков, что находит

широкое применение в установках глубокого холода

В одном и том же теплообменнике расстояние между пластинами

а также тип оребрения могут быть различны

, что позволяет регулиро-

вать сопротивление при прохождении потоков через теплообменник

в зависимости от расхода теплоносителей и их давления.

Масса и теплоемкость пластинчато

-ребристых теплообменников

намного меньше

, чем остальных типов теплообменников такой же по-

верхности, в связи с тем что основная часть поверхности выполняется

из тонких металлических листов

. Малая теплоемкость теплообменни-

ка очень важна при переменном переключении их и необходимости

сублимации примесей, выделяющихся на поверхности теплообмена

По данным зарубежных фирм

, применение в установках глубокого хо-

лода пластинчато

-ребристых теплообменников вместо регенераторов

с насыпной насадкой сокращает габа

ритные размеры аппарата в

5 раз и его

вес в 15 раз.

Стоимость единицы поверхности

теплопередачи пластинчато

-ребристых

теплообменников при их серийном из

готовлении значительно ниже той же

стоимости теплообменников других

типов.

Существуют различные типы пла

стинчатых теплообменников с вто

ричными поверхностями

. На рис. 2.66

показаны детали элемента пластинча

то-ребристого теплообменника: между

Рис. 2.66. Детали элемента

пластинчато-ребристого

теплообменника

139

двумя гладкими пластинами расположен гофрированный лист, про-

странство с двух сторон закрыто боковыми уплотнениями. Постав

ленные один на другой, такие элементы образуют пакет теплообмен

ника. После сборки необходимого количества элементов в пакет при

помощи специальных приспособлений производится припайка гофров

к гладкой пластине в местах касания пластин

. Таким образом получа-

ется оребренная теплообменная поверхность, в которой теплоноситель

разбивается на большое число потоков. Схемы движения теплоносите

лей в пакете могут быть различные

: прямоток, противоток (рис. 2.67)

или перекрестный ток (рис. 2.68).

Дополнительные теплообменные поверхности

(ребра), находящиеся

между гладкими поверхностями, могут быть (рис. 2.69):

— гладкими (непрерывными): ребра изготовлены из гофрированной

тонкой полосы и припаяны к обеим гладким пластинам (рис. 2.69

а);

— волнистыми (рифлеными): ребра образуют волнистую линию вдоль

всего движения теплоносителя, к этому же типу относятся пластины

с зигзагообразными ребрами (рис. 2.69б);

— прерывистыми, смещенными одно относительно другого (рис. 2.69

в);

— чешуйчатыми (жалюзными): на ребрах такой же формы, как и глад

кие ребра, имеются прорези, расположенные поперек хода ребра;

прорезь не доходит до вершин ребер; края прорези отогнуты в одну

или в разные стороны и создают таким образом как бы чешую на

ребре (рис. 2.69г));

— стерженьковыми (шиповыми): ребра изготовлены из тонкой про

волоки и расположены в шахматном или коридорном порядке пер

пендикулярно гладким пластинам; шипы могут быть изготовлены

Рис. 2.67. Пакет противоточного

теплообменника

Рис. 2.68. Пакет перекрестноточного

теплообменника

140

как цилиндрическими,

так и обтекаемой формы,

когда задняя кромка шипа

заостренная; однако из-за

сложности изготовления

насадка этого типа при

меняется сравнительно

редко.

В зависимости от коли-

чества протекающих через

теплообменник теплоно

сителей и их свойств рас

стояния между гладкими

пластинами в одном и том

же теплообменнике могут

быть различны.

При конструировании пластинчато

-ребристых теплообменников

необходимо обеспечить равномерное распределение потоков внутри

блока и между блоками

. Это достигается применением многоходовых

коллекторов,

т. е. образованием параллельных каналов при помощи

установки в коллекторе перегородок

Наиболее широко применяемыми материалами для пластинчато

ребристых теплообменников являются алюминий и его сплавы. Кроме

того, эти теплообменники выполняются из стали, титана, сплавов меди

и других металлов.

Для изготовляемых из алюминиевых сплавов пластинчато

-ребрис-

тых теплообменников расстояние между гладкими листами

(высота

гофра) составляет от 3 до 15 мм. Для жидкостей и конденсирующихся

паров обычно используют ребра высотой от

3 до 7 мм, а более высокие

ребра используются для газов. Алюминиевые листы имеют толщину

от 0,7 до 1,5 мм, а толщина металла, из которого изготовляют ребра

колеблется от

0,1 до 0,4 мм и в редких случаях достигает 0,8 мм. В этих

теплообменниках удельная поверхность достигает

900…1500 м

на 1 м

объема пакета. На 100 мм ширины пакета приходится от 40 до 70 ребер

В теплообменниках с гладкими ребрами толщиной

0,1 мм число ребер

на 100 мм ширины пакета достигает до 120, а удельная поверхность

доходит до 2500

/м

. Для кожухотрубчатых теплообменников этот

параметр составляет от 40 до 150 м

/м

Максимальный объем пакета теплообменника зависит от условий

пайки и обычно не превышает

1 м

. Необходимая поверхность тепло-

Рис. 2.69. Схемы пластинчато-ребристых поверхностей

с ребрами:

а — гладкими (непрерывными); б — волокнистыми; в — пре-

рывистыми; г — чешуйчатыми