Кожухотрубчатые теплообменники для тяжёлых режимов: варианты конструкций (U-труба, плавающая головка, компенсационные устройства), материалы, расчёт по ΔTlm с 2 примерами, требования ТУ/ГОСТ и готовые чек-листы для подбора, обвязки и сервиса.
Плеер загружается по клику (для скорости и приватности). Ссылки открываются в новой вкладке.
Нужен кожухотрубчатый теплообменник под ваши ТУ?
Инженеры ООО «АТУ» выполнят экспресс-подбор по исходным данным, подготовят спецификацию, смету и требования к обвязке. Услуга-цель — «Экспресс-подбор теплообменника/ЗИП».
Кожухотрубный теплообменник: пучок труб в цилиндрическом кожухе; настройка по ходам и перегородкам
Что такое кожухотрубный теплообменник
Кожухотрубный теплообменник (КТ) — аппарат, где один теплоноситель движется по трубам, второй — в межтрубном пространстве. Поверхность теплообмена набирается количеством и длиной труб, а эффективность — конфигурацией перегородок (бафлов), направляющих потоки и повышающих турбулентность.
Режимы: нагрев/охлаждение жидкостей и газов, конденсация, испарение, утилизация тепла.
Параметры: до высоких температур и давлений при правильном подборе материалов и толщин стенок.
Основные конструкции и где их применять
Исполнение
Суть
Когда выбирать
Неподвижные трубные решётки
Пучок фиксирован с обеих сторон
Чистые среды, небольшие температурные расширения
Плавающая головка
Один конец пучка свободно компенсирует удлинение
Большие ΔT, удобная выемка пучка для чистки
U-образные трубы
Трубы загнуты «U», одна трубная решётка
Компактность, высокие температуры, но чистка ограничена
Компенсационный сильфон
Компенсатор в кожухе
Когда нельзя применить плавающую головку
Многоходовые
Разделители на крышках меняют число ходов
Подстройка скорости в трубах и Δp
Исходные данные и быстрый расчёт
Назначение процесса: нагрев/охлаждение, конденсация/испарение.
Температуры Tвх/Tвых по обеим средам; требуемая мощность Q.
Расходы и допустимые потери давления Δp со стороны труб/кожуха.
Свойства сред: вязкость, плотность, загрязняемость, агрессивность.
Материалы труб/кожуха, допустимые скорости, требования к чистке.
Формулы (упрощённо)
Q = G·c·Δt = k·A·ΔTlm
ΔTlm = (ΔT1 − ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2)
Где k — общий коэффициент теплопередачи; A — площадь теплообмена.
Рекоменд. скорости (ориентиры)
В трубах: 0,8–2,0 м/с (жидкости), 10–20 м/с (газы);
В кожухе: 0,5–1,5 м/с;
Детально — по расчёту под конкретную среду и эрозию.
Пример 1 — Охлаждение масла водой
Q = 250 кВт. Масло: 120→80 °C (G≈2,0 кг/с, c≈2,1 кДж/кг·К). Вода: 25→35 °C.
Проверка по маслу: Q≈2,0·2,1·40≈168 кВт → увеличить расход масла до 3,0 кг/с: Q≈252 кВт.
ΔT1=120−35=85 K; ΔT2=80−25=55 K → ΔTlm≈(85−55)/ln(85/55)≈69 K.
При k≈650 Вт/м²·К: A≈250 000/(650·69)≈5,6 м² (далее уточнение по Δp и скоростям).
Пример 2 — Конденсация пара
Пар 110 °C, Q=400 кВт. Охлаждающая вода: 20→40 °C.
ΔT1=110−40=70 K; ΔT2=110−20=90 K → ΔTlm≈79 K.
При k≈900 Вт/м²·К: A≈400 000/(900·79)≈5,6 м² (с запасом под фолинг 10–20%).
Значения k/A приведены ориентировочно — точный расчёт зависит от бафлов, шагов, ходов, шероховатости, загрязнения и материалов.
Материалы труб/кожуха по средам
Среда
Трубы
Кожух
Примечание
Вода тех./сетевая
Углеродистая сталь / AISI 304/316L
Сталь / нерж. сталь
Контроль коррозии и накипеобразования
Морская вода/рассолы
CuNi 90/10 или титан
Нерж. сталь
Высокая коррозионная стойкость
Органика/масла
AISI 316L
Сталь/нерж. сталь
Стабильность к температуре
Кислоты/щелочи
Спецсплав/титан (по совместимости)
Нерж. сталь/спецсплав
Подбор по ТУ и материаловедению
Пар/конденсат
Сталь/нерж. сталь
Сталь/нерж. сталь
Учёт эрозии/скоростей конденсата
Гидравлика: скорости, перегородки, Δp
Перегородки (бафлы) задают путь потока в кожухе и повышают коэффициент теплопередачи. Шаг — обычно 0,2–1,0 D кожуха (уточняется по расчёту вибраций).
Скорости подбирают из условий теплопередачи, эрозии и шумов; следят за кавитацией на входах.
Потери давления распределяют между сторонами так, чтобы обеспечить турбулентность и не «убить» насосы.
Обвязка и монтаж по месту
Фильтры/грязевики на входах, слив/дренаж, воздухоотводчики.
Байпас для вывода аппарата на чистку без остановки технологической линии.
Компенсаторы температурных деформаций, вибровставки, опоры по проекту.
Контроль: термометры, манометры, датчики Δp на обеих сторонах.
Доступ к крышкам/пучку для механической чистки ершами/шомполами.
Документация: ТУ, ГОСТ, пакет на поставку
Соответствие ТР ТС 010/2011, ГОСТ 34347–2017 и проектным ТУ.