Кожухотрубный теплообменник: устройство, виды, чистка

Кожухотрубный теплообменник — пучок труб внутри цилиндрического корпуса-кожуха: одна жидкость идёт по трубам, другая омывает их снаружи, и тепло переходит через стенку трубы. Это самый распространённый трубчатый теплообменник: он крупнее пластинчатого на ту же мощность, зато переносит грязную воду, высокое давление и замерзание, а трубы можно прочистить механически. В системах с чиллером кожухотрубным бывает испаритель крупного чиллера, конденсатор водяного охлаждения и промежуточный теплообменник для грязных и вязких сред.

Как устроен кожухотрубный теплообменник

• Кожух — стальной цилиндр с патрубками для межтрубной среды.
• Трубный пучок — десятки или сотни труб, развальцованных или вваренных в трубные решётки по торцам.
• Перегородки в межтрубном пространстве заставляют среду идти поперёк труб зигзагом: так она быстрее и лучше отдаёт тепло.
• Крышки с перегородками разворачивают поток в трубах: теплообменник бывает одно-, двух- и четырёхходовым. Больше ходов — выше скорость и теплопередача, но и потери давления.

Простейший трубчатый теплообменник — «труба в трубе»: одна труба внутри другой. Он подходит для малых расходов и вязких сред, а для заметных мощностей его собирают из многих секций, и он получается громоздким.

Виды кожухотрубных теплообменников

Трубы делают из меди и медно-никелевых сплавов для воды, из нержавеющей стали для пищевых и агрессивных сред, из титана для морской воды. Грязную среду пускают по трубам: их проще чистить, чем межтрубное пространство.

Кожухотрубный испаритель и конденсатор чиллера

В испарителе сухого типа хладагент кипит в трубах, а вода идёт в кожухе; в затопленном — наоборот, вода в трубах, а хладагент кипит в кожухе. Затопленные ставят в крупные винтовые и центробежные чиллеры; чем они отличаются от пластинчатых испарителей, разобрано в справочнике о теплообменниках чиллера. Кожухотрубный испаритель переносит замерзание легче пластинчатого, но не бесконечно: лёд рвёт трубы, и их глушат или меняют пучок — справочник о замёрзшем испарителе.

В кожухотрубном конденсаторе водяного охлаждения вода идёт по трубам, а хладагент конденсируется в кожухе и стекает вниз — нижняя часть кожуха служит ресивером. Вода второго контура или оборотная вода предприятия бывает с накипью и песком, поэтому такой конденсатор выбирают чаще пластинчатого. Как устроен чиллер с водяным конденсатором, описано в справочнике о конденсаторе чиллера.

Кожухотрубный или пластинчатый

Площадь любого теплообменника определяют мощность и среднелогарифмический температурный напор; посчитать её по четырём температурам можно в расчёте теплообменника, выбрав в нём тип «кожухотрубный». Пластинчатые теплообменники разобраны отдельно, в справочнике о пластинчатом теплообменнике.

Чистка и признаки загрязнения

Загрязнение видно по двум признакам: растёт разница между температурами сред на выходе и растут потери давления. У конденсатора к ним добавляется рост давления конденсации — вплоть до аварии, описанной в справочнике о высоком давлении.

• Трубы чистят механически: снимают крышки и проходят каждую трубу ёршиком или шомполом, сильные отложения — гидродинамической промывкой под высоким давлением.
• Межтрубное пространство неразборных аппаратов чистят только химически, прокачкой моющего раствора; поэтому в межтрубное пускают более чистую среду.
• Профилактика дешевле чистки: сетчатый фильтр, подготовка воды и ингибиторы — о них справочник о воде для чиллера.

Что из этого следует для подбора

• Грязная или оборотная вода — довод за кожухотрубный конденсатор или промежуточный кожухотрубный теплообменник, а грязную среду пускают по трубам.
• Напор у кожухотрубного больше, поэтому при той же температуре продукта чиллер должен дать воду на 2–3 °C холоднее, чем при пластинчатом; если она выходит ниже 5 °C, это уже гликоль.
• Запас поверхности на загрязнение — 10–20 %: без него теплообменник теряет мощность после первого сезона.