Современные конструкции трубчатых теплообменных аппаратов

Компактность аппаратов определяется диаметром применяемых труб и допустимыми шагами их размещения в трубной решетке, которая в свою очередь лимитируется уровнем технологии, достигнутым в соответствующих отраслях промышленности, соображениями удобства ремонта, очистки и эксплуатации. Все эти обстоятельства в итоге сформулировали уровень компактности теплообменных аппаратов, применяемых в различных областях техники.

В настоящее время в России в теплообменных аппаратах, работающих в химической промышленности, применяются трубы с наружным диаметром D_н=17−50 мм, в энергетике D_н=16−50 мм, в системах отопления и горячего водоснабжения с минимальным диаметром D_н=16 мм, в судостроении D_н=10−12 мм, в холодильной и криогенной технике D_н=6−8 мм, в авиационной и космической технике D_н=2−4 мм, величину шага размещения труб в пучке обычно выбирают в пределах S_н/D_н=1,27−1,5, в редких случаях для особо компактных аппаратов S_н/D_н снижается до 1,2.

Конструктивные схемы аппаратов различаются незначительно: аппараты с продольным или поперечным омыванием межтрубного пространства, типа «труба в трубе» или со спиральными трубами. Для увеличения эффективности теплообмена в межтрубном пространстве применяется оребрение наружной поверхности труб: общие плоские ребра для пучка круглых или овальных труб, прямоугольные поперечные или продольные ребра, круглые ребра, многозаходные спиральные ребра, проволочное оребрение. Ребра изготовляются из меди, алюминия или других высокотеплопроводных материалов и обеспечивают увеличение поверхности теплообмена снаружи труб до 20 раз. Как правило, они гладкие, т. е. возможности роста теплоотдачи на них за счет дополнительной искусственной турбулизации потока не используются.

Широкое применение трубчатых теплообменников объясняется их значительно меньшей стоимостью и простотой изготовления по сравнению с пластинчатыми аппаратами, а также возможностью работы при более высоких температурах и давлениях. Но трубчатые аппараты проигрывают в компактности, а также в ряде случаев из-за трудности очистки межтрубного пространства. Поэтому в последние годы намечается тенденция к замене трубчатых теплообменников на пластинчатые. Это хорошо видно на примере широко используемых в нашей стране теплообменных аппаратов систем отопления и горячего водоснабжения.

Разработанные фирмой Альфа Лаваль пластинчатые разборные аппараты примерно в 3 раза менее габаритны по сравнению с соответствующими производимыми в настоящее время трубчатыми аппаратами при той же производительности. И хотя при этом пластинчатые аппараты стоят примерно втрое дороже, они неизбежно вытеснят из практики трубчатые аппараты.