ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Проблема температурных напряжений из "Трубчатые теплообменники" В современной промышленности имеются специфические задачи в процессах теплообмена, связанные с быстрым охлаждением высокотемпературных газовых потоков. Например, задачи охлаждения газов пиролиза в установках получения этилена и пропилена. Часто подобные процессы осложнены значительным перепадом давлений сред в трубном и межтрубном пространствах. В этих случаях условия работы трубных решеток со стороны подачи горячих потоков тяжелы. [c.9] Одним из конструктивных решений, получившим значительное распространение, является уменьшение толщины трубных решеток для снижения температурных перепадов по их толщине. Например, разработана конструкция теплообменника для быстрого охлаждения газов пиролиза нефтяного сырья, поступающих снизу. При этом толщина нижней трубной решетки значительно меньше толщины решетки на стороне выхода охлажденного газа [9]. [c.9] Фирмой Borsig А. G. (ФРГ) для аналогичной задачи разработан аппарат с утоньшенной верхней решеткой, поскольку горячие газы поступают сверху. Указывается, что температура газов на выходе из аппарата 850° С [10]. Для такого аппарата создана специальная методика расчета и исследования напряжений в решетке. [c.9] Этой же фирмой запатентована конструкция теплообменника, работающего при высоком давлении и большом перепаде температур. Для снижения перепада температур по толщине, а следовательно, и напряжений нижняя трубная решетка (к которой подается с одной стороны продукт с высокой температурой при низком давлении, а с другой — продукт с низкой температурой, но при высоком давлении) выполняется относительно тонкой. В качестве примера приведены теплообменники — испарители, работающие на использовании тепла отходящих газов так как коэффициент теплоотдачи со стороны горячего газа к стенке всегда значительно ниже, чем от стенки к испаряемой жидкости, то температура тонкой трубной решетки будет близка к температуре испаряемой жидкости, т. е. снижена до безопасных значений. Поэтому и механические нагрузки, возникающие от перепада давлений, воспринимаются решеткой легче. Тем не менее для дальнейшего снижения напряжений трубная решетка в этом аппарате укреплена ребрами жесткости, привариваемыми со стороны межтрубного пространства. Теплообменные трубы проходят между этими ребрами. [c.10] Предложена также для работы в условиях высоких температур и давлений конструкция теплообменника (рис. 4), имеющего трубную решетку 1 малой толщины . С целью укрепления решетка приварными стержнями 2 соединена с несущей перегородкой 4, жестко закрепленной в корпусе и снабженной отверстиями для прохода трубного пучка и среды в межтрубное пространство. [c.10] Перегородка удалена от решетки на расстояние, позволяющее разместить на обечайке между ними штуцер 3 для входа теплоносителя. Для компенсации температурных напряжений в этом аппарате используется так называемое предварительное напряжение сварной поперечный шов, соединяющий нижнюю обечайку корпуса с перегородкой, выполняется при одновременном удлинении трубного пучка путем растяжения или нагрева, в результате чего в процессе эксплуатации возникающие напряжения благодаря разнице средних температур корпуса и труб снижаются до минимума. [c.10] Интересно также конструкторское решение, предложенное во ВНИИ Теплопроект . Для обеспечения компенсации температурных расширений одна из трубных решеток выполняется составной (рис. 5) в виде размещенных концентрично с зазором колец, герметично соединяемых одно с другим кольцевыми металлическими компенсаторами (однако вызывает сомнения возможность работы решеток под высоким давлением). [c.11] Подобная задача особенно важна в многоходовых аппаратах, аппаратах с (У-образными трубами, поскольку трубная решетка в этих случаях контактирует на разных участках с потоками, имеющими различную температуру. [c.12] При подаче в трубное пространство высокотемпературных греющих газов возникает опасность быстрого выхода из строя мест заделки труб в трубной решетке вследствие перегрева. Одним из средств борьбы с этим может служить защита трубной решетки охлаждаемым экраном. Предложена конструкция, в которой экран 6—сварной пустотелый из двух дисков с зазором между ними (рис. 7) . В этот зазор через трубу 4 можно подавать охлаждающий агент (например воду). [c.12] Трубы 1 теплообменника сообщаются с камерой 5 при помощи тонкостенных патрубков 2. Проникновению горячего газа с периферии к трубной решетке препятствует слой теплоизоляции 3. Такое решение усложняет конструкцию, особенно при большом количестве теплообменных труб в аппарате, однако при особо жестких требованиях к надежности и долговечности теплообменника или недопустимости контакта сред в трубном и межтрубном пространстве усложнение может оказаться оправданным. [c.13] Вернуться к основной статье