Аппараты воздушного охлаждения

 

Широкое распространение в промышленности получили аппараты воздушного охлаждения (АВО), в которых в качестве охлаждающего агента используется поток атмосферного воздуха, нагнетаемый специ­ально установленными вентиляторами. Использование аппаратов этого типа позволяет осуществить значи­тельную экономию охлаждающей воды, уменьшить количество сточных вод, исключает необходимость очистки наружной поверхности теплообменных труб. Такие аппараты используются в качестве конденсато­ров и холодильников. Сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны потока воздуха, характерный для этих аппаратов, компенсируется значитель­ным оребрением наружной поверхности труб, а также сравнительно высокими скоростями движения потока воздуха.

Аппараты воздушного охлаждения различного типа изготовляются по соответствующим стандартам, в которых предусмотрены большие диапазоны по величине поверхности, степени оребрения и виду кон­струкционного материала, используемого для их изготовления (сталь различных марок, латунь, алюминиевые сплавы, биметалл). Аппараты воздушного охлаждения (АВО) подразделяются на следую­щие типы: горизонтальные АВГ, зигзагообразные АВЗ, малопоточные АВМ, для вязких продуктов АВГ-В, для высоковязких продуктов АВГ-ВВ. На рисунке 16 приведен аппарат горизонтального типа, в котором оребренные пучки теплообменных труб расположены горизонтально, а на рисунке 17 — аппараты, где пучки труб расположены в виде шатра и зигзагообраз­но. Размещение пучков оребренных труб в виде шатра и зигзагообразное позволяет иметь большую поверхность теплообмена при той же за­нятой площади.

Для повышения эффек­тивности аппарата в его кон­струкции предусмотрен кол­лектор впрыски очищенной воды 4, автоматически вклю­чающийся при повышенной температуре окружающей среды в летний период работы. При низ­ких температурах (зимой) можно отклю­чать электродвигатель и вентилятор; при этом конденсация и охлаждение проис­ходят естественной конвекцией.

1 — секция оребренных труб; 2 — колесо вентилятора; 3 — электродвигатель; 4 — коллектор впрыска очищен­ной воды; 5 — жалюзи

Рисунок 16- Схема горизонтального аппарата воздушного охлаждения

 

Кроме этого интенсивность теплосъема можно регулировать, меняя рас­ход прокачиваемого воздуха изменением угла наклона лопастей вентилятора. Для этого в аппаратах воздушного охлажде­ния предусмотрены механизм дистанци­онного поворота лопастей с ручным или пневматическим приводом и жалюзи, установленные над теплообменными секциями. Жалюзийные заслонки можно поворачивать вручную или автоматичес­ки с помощью пневмопривода.

Рисунок 17- Схемы аппаратов воздушного охлаждения АВЗ: а-шатровый; б-зигзагообразный

 

Теплообменная секция аппарата воздушного охлаждения состоит из четырех, шести или восьми рядов труб 3, размещенных по вер­шинам равносторонних треугольников в двух трубных решетках 1. Трубы закреплены развальцовкой или развальцовкой со сваркой. Для обеспечения жесткости трубного пучка секция укреплена ме­таллическим каркасом 4. Однако при эксплуатации гайки на шпиль­ках 2, соединяющих решетку с каркасом, должны быть отвинчены на расстояние, превышающее возможное температурное удлинение труб. В трубном пучке каждая труба может иметь индивидуальный прогиб. Для исключения контакта ребер верхнего ряда труб с ребрами труб нижнего ряда между соседними рядами в нескольких местах по длине трубы помещают дистанционные прокладки 5 шириной около 15 мм из алюминиевой ленты толщиной 2 мм.

Рисунок 18- Теплообменная секция ABO

 

Крышки 6 крепят к трубным решеткам теплообменных секций при высоком давлении неразъемно или на шпильках. Если секция аппа­рата многоходовая, крышки снабжают перегородками, которые делят трубный пучок на ходы. Съемные крышки обычно выполняют литыми из стали. Как указано, трубы в аппаратах воздушного охлаждения имеют оребрение по наружной поверхности, поскольку коэффициент тепло­отдачи на наружной поверхности труб примерно на порядок меньше коэффициента для внутренней поверхности. В аппаратах воздушного охлаждения используют вентиляторы с диаметром колеса до 7 м. Колеса вентиляторов изготовляют сварны­ми из алюминия или из стеклопласта, диффузор — из листовой сталитолщиной 2 мм. Электродвигатели привода могут быть одно- и двухскоростными. При использовании двухскоростных электродвигателей с понижением температуры окружающей среды можно работать при меньшей частоте вращения вентилятора.

1.4 Теплообменные аппараты типа -«труба в трубе»

 

Теплообменные аппараты «труба в трубе» используют главным об­разом для охлаждения или нагревания в системе жидкость-жидкость, когда расходы теплоносителей невелики и последние не меняют свое­го агрегатного состояния. Иногда такие теплообменники применяют при высоком давлении для жидких и газообразных сред, например, в качестве конденсаторов в производстве метанола, аммиака и др. Так­же их используют для загрязненных коксообразующими веществами и механическими примесями теплоносителей, в которых обеспечивает­ся хороший теплообмен за счет больших скоростей и турбулентности потоков в трубном и межтрубном пространствах. Высокие скорости и турбулентность потока уменьшают возможность отложения на стен­ках труб кокса или других образований.

а — общий вид; б — вариант жесткого крепления труб; в — вариант крепления труб с компенсирующим устройством

Рисунок 19 -Теплообменник типа «труба в трубе»

 

По сравнению с кожухотрубчатыми теплообменники «труба в трубе» имеют меньшее гидравлическое сопротивление межтрубного про­странства. Однако при равных теплообменных характеристиках они ме­нее компактны и более металлоемки, чем кожухотрубчатые. Теплообменники «тру­ба в трубе» могут быть разборными или нераз­борными, одно- и много­поточными.

Однопоточный нераз­борный теплообменник (рисунок 20) состоит из от­дельных звеньев, в каждый из которых входят трубы наружная (или кожуховая) 1 и внутренняя (или теплообменная) 2. Наруж­ная труба двумя привар­ными кольцами связана с внутренней трубой 2 в зве­но. Звенья, в свою очередь, собраны в вертикальный Ряд и составляют теплообменную секцию. При этом внутренние трубы соединены между собой коленами 3, а наружные — штуцерами 4 на фланцах или сваркой. Звенья закреплены скобами на металлическом каркасе 5.

Неразборные теплообменники являются кон­струкцией жесткого типа, поэтому при разности температур более 70 °С их не используют. При большей разности температур труб, а также при необходимости механической очистки межтрубного пространства при­меняют теплообменники с компенсирующим устройством на наружной трубе. В этом случае кольцевую щель между трубами с одной стороны наглухо заваривают, а с другой — уплотняют сальником 6.

Однопоточные неразборные теплообменники изготовляют из труб длиной 3...12 м с диаметром внутренних труб 25...159 мм и наружных соответственно 48... 219 мм на условное давление для наружных труб до 6,4 МПа и для внутренних до 16 МПа. В разборных конструкциях теплообменников обеспечивается компенсация деформаций теплообменных труб. На рис. 2.50 показа­на конструкция разборного многопоточного теплообменника «труба в трубе», конструктивно напоминающего кожухотрубчатый тепло­обменник типа ТУ.

Аппарат состоит из кожуховых труб 5, развальцованных в двух трубных решетках: средней 4 и правой 7. Внутри кожуховых труб раз­мещены теплообменные трубы 6, один конец которых жестко связан с левой трубной решеткой 2, а другой — может перемещаться. Сво­бодные концы теплообменных труб попарно соединены коленами 8 и закрыты камерой 9. Для распределения потока теплоносителя по теплообменным трубам служит распределительная камера 1, а для распределения теплоносителя в межтрубном пространстве — рас­пределительная камера 3. Пластинами 11 кожуховые трубы жестко связаны с опорами 10.

Теплообменник имеет два хода по внутренним трубам и два по на­ружным. Узлы соединения теплообменных труб с трубной решеткой (узел I) и с коленами (узел II) уплотнены за счет прижима и деформа­ции полушаровых ниппелей в конических гнездах.

Эти аппараты могут работать с загрязненными теплоносителями, так как внутреннюю поверхность теплообменных труб можно подвер­гать механической очистке. Поскольку возможность температурных удлинений кожуховых труб из-за жесткого соединения их с опорами ограниченна, перепад температур входа и выхода среды, текущей по кольцевому зазору, не должен превышать 150 °С.

 

Рисунок 20 -Разборный двухпоточный теплообменник типа «труба в трубе»