Теплообменник труба в трубе: особенности конструкции

Теплообменники труба в трубе предназначаются для обеспечения нагрева или охлаждения (в зависимости от расположения теплообменника) теплоносителя в системах отопления, а также – в промышленных системах. Теплообменные устройства подобного типа используются также в нефтегазовой, химической и других отраслях.

В данном материале мы попробуем рассмотреть конструкцию теплообменников данного типа, а также – осветить, как производится расчет теплообменника труба в трубе.

Теплообменник типа «труба в трубе»

Теплообменники типа «труба в трубе»

Общие сведения о теплообменниках

Теплообменные аппараты (также их называют теплообменниками) используют для обеспечения обмена теплотой между двумя теплоносителями. При этом один теплоноситель нагревается, а второй, соответственно, охлаждается.

В зависимости от назначения, теплообменники на тепловых трубах разделяют на:

• Нагреватели
• Холодильники

Одна из схем теплообменника

По способу теплопередачи теплообменники разделяют на:

• Поверхностные – теплоносители в них разделены стенкой, через поверхность которой и происходит теплообмен
• Регенеративные – процесс теплопередачи разделяется на два периода, и происходит при попеременном нагревании-охлаждении специальной насадки
• Смесительные – теплообмен в таких устройствах происходит при непосредственном контакте и перемешивании теплоносителей.

Конструкция теплообменника труба в трубе

Теплообменники типа труба в трубе относятся к тепловым аппаратам поверхностного типа.

Как устроен теплообменник типа труба в трубе?

Конструкция его довольно проста:

• Чаще всего такой теплообменник состоит из нескольких звеньев, расположенных друг над другом и соединенных между собой. Чертеж теплообменника труба в трубе приводится ниже.

Схема теплообменника

• Каждое звено такого теплообменника представляет собой конструкцию из вставленных друг в друга труб, между которыми и происходит теплообмен.
• Наружная труба имеет больший диаметр и соединена с наружными трубами других звеньев, проложенные внутри нее трубы меньшего диаметра также последовательно соединяются между собой.

Обратите внимание!

Чтобы обеспечить возможность очистки теплообменника, необходимо соединения всех труб делать разъемными.

Чаще всего  для соединения внутренних труб применяются съемные калачи.

• Небольшое поперечное сечение теплообменника позволят добиться высокой скорости движения теплоносителя в трубах, и в межтрубном пространстве.
• Если теплообмена требует значительное количество теплоносителя, в конструкцию теплообменника включается несколько секций, которые объединяются между собой общими коллекторами.

Многосекционный теплообменник

Преимущества теплообменников «труба в трубе»

Несмотря на простоту конструкции труба в трубе теплообменники такого типа являются достаточно популярными.

Обусловлено это прежде всего очевидными преимуществами таких теплообменных устройств:

• Во-первых, теплообменники, сконструированные по принципу «труба в трубе» позволяют обеспечить оптимальную скорость движения теплоносителя путем подбора труб водопровода соответствующего диаметра
• Во-вторых, подобные теплообменники достаточно просты в изготовлении и уходе. Чистка таких теплообменников также достаточно несложна, что обеспечивает существенное продление срока и службы.
• Кроме того, теплообменники «труба в трубе» обладают достаточной универсальностью: в качестве теплоносителя в такой системе может выступать не только жидкость, но и пар.

Недостатки теплообменников «труба в трубе»

К недостаткам теплообменников труба в трубе относятся:

• Значительные габариты
• Высокая стоимость (наружные трубы, не участвующие в теплообмене, а также — трубы для грунтового теплообменника, если таковые включаются в общую конструкцию, стоят довольно дорого)
• Сложность в проектировке (расчет теплообменника труба в труба будет описан ниже)

Впрочем, данные недостатки уравновешиваются указанными выше достоинствами, потому такие теплообменники достаточно широко используются.

Проектировка теплообменников труба в трубе

Расчет теплообменников

Расчет труба в трубе теплообменника включает в себя выбор материала для его изготовления, а также – определение ключевых параметров конструкции.

Ниже мы рассмотрим основные моменты, связанные с проектировкой теплообменников данного типа, однако следует отметить, что целесообразно доверить выполнение расчетных работ профессионалам в области теплотехники.

Промышленный теплообменник

Принимая во внимание коррозионную активность ряда теплоносителей, а также – необходимость в обеспечении максимально длительного срока службы теплообменника, чаще всего для изготовления основных его элементов используют нержавеющую сталь (трубы стальные для отопления). Возможно изготовление теплообменника и из  другого материала, однако в этом случае необходим тщательный анализ условий его использования.

Что же касается расчетов габаритов основных элементов теплообменника труба в трубе, то здесь учитываются такие величины:

• Средняя разность температур теплоносителя
• Тепловая нагрузка аппарата
• Коэффициент теплоотдачи от стенки теплообменника к раствору
• Тепловое сопротивление стенки теплообменника
• Коэффициент теплопередачи
• Расчетная поверхность теплообмена

Схема работы теплообменника

Кроме теплотехнических характеристик, проводя расчет теплообменника трубе в трубе, обязательно вычисляются гидравлические характеристики системы, а также – проводится конструкционный расчет для выяснения механической нагрузки на трубы металлические для отопления теплообменника.

Таблица коэффициентов теплообмена

Ниже приводится таблица коэффициентов теплообмена труб для теплообменника «труба в трубе» с различными рабочими средами. Данные из этой таблицы вы можете использовать, проводя самостоятельны расчет теплообменной системы.

Благодаря несложной конструкции типа труба в трубе теплообменник подобного типа может использоваться очень широко. И если вас не пугают его значительные габариты, то конструкция «труба в трубе» — это отличный вариант!