ТН, ТК, ТП или ТУ: как выбрать тип кожухотрубного теплообменника

Четыре типа кожухотрубных теплообменников — с неподвижными трубными решётками (ТН), с компенсатором на кожухе (ТК), с плавающей головкой (ТП) и с U-образными трубами (ТУ) — различаются тем, как конструкция переносит разное удлинение труб и кожуха и можно ли вынуть трубный пучок.

Тип определяют четыре вопроса: насколько по-разному нагреваются трубы и кожух, какое давление в каждой полости, нужна ли механическая чистка межтрубного пространства и до какой температуры работает аппарат. Разбираем по порядку, с пределами из технических условий и ГОСТ 31842-2012.

Вопрос 1. Трубы и кожух нагреваются по-разному — что с этим делает конструкция

При работе трубы и кожух имеют разную температуру и удлиняются на разную величину. ГОСТ 31842-2012 (пп. 3.1.2–3.1.5, 4.2) различает типы по тому, как конструкция с этим обходится; четыре из них:

• ТН — трубные решётки неподвижно прикреплены к кожуху, компенсатора нет; пучок не вынимается.
• ТК — те же неподвижные решётки, но на кожухе стоит температурный компенсатор разности температурных расширений кожуха и труб.
• ТП — пучок извлекаемый, один его конец свободно перемещается: плавающая головка — это подвижная трубная решётка с крышкой.
• ТУ — извлекаемый пучок из U-образных труб, закреплённых в одной трубной решётке.

Чем больше разница температур сред и стенок, тем сильнее аргумент за ТК, ТП или ТУ. Но у каждого из них свои пределы — по давлению и по разбивке труб.

Вопрос 2. Давление — у компенсатора свой потолок

По ТУ 3612-024 ТН выпускают на условное давление до 4,0 МПа, а ТК — только до 1,6 МПа и в трубах, и в кожухе. Если нужна компенсация удлинений, а давление выше 1,6 МПа, ТК не подходит — остаются ТП и ТУ.

У ТП условное давление доходит до 8,0 МПа — при внутреннем диаметре кожуха от 500 до 800 мм; у ТУ — до 6,3 МПа. Ряд диаметров тоже разный: ТП выпускают до 1200 мм, ТУ — до 1400 мм.

Давления в трубах и в кожухе задают отдельно. В обозначении ТН и ТК давление в кожухе опускают, если оно равно давлению в трубах: «ТНГ-2,5» — это 2,5 МПа и в трубах, и в кожухе.

Вопрос 3. Нужна ли механическая чистка межтрубного пространства

ГОСТ 31842-2012 (п. 5.5.4) требует: коридоры между теплообменными трубами, которые нужно регулярно очищать, располагают по прямому или повёрнутому квадрату — с шагом под 90° или 45°. Треугольная разбивка этому требованию не отвечает, зато даёт больше поверхности в том же кожухе.

По ТУ 3612-023 выбор разбивки из этих двух типов есть только у ТП: по квадрату или по треугольникам. У ТУ трубы всегда стоят по треугольникам. Значит, если межтрубное пространство нужно чистить механически, из аппаратов с извлекаемым пучком подходит ТП с квадратной разбивкой.

Цена квадрата — поверхность. Для ТП с кожухом 1000 мм, трубами 20 мм, четырьмя ходами и трубами длиной 6 м технические условия дают 335,4 м² по квадрату и 383,6 м² по треугольникам: в том же кожухе квадрат теряет 48,2 м².

Вопрос 4. Температура — и почему условное давление при нагреве снижается

По техническим условиям ТН и ТК работают со средами от −70 до +350 °C, ТП и ТУ — от −30 до +450 °C. Нижний предел зависит от материала: у ТН и ТК в исполнении М1 (кожух из Ст3сп или 16ГС) он −40 °C.

По приложению 3 ТУ 3612-023 предельное расчётное давление при температуре до 100 °C равно условному, а с нагревом снижается: для ТП или ТУ на условное 1,6 МПа при 200 °C — 1,49 МПа, при 300 °C — 1,20 МПа (значения от 250 °C — только для аппаратов со стальными трубами). Подробный разбор с примером подбора — в статье о теплообменнике с плавающей головкой.

Две полости — две группы сосуда

ГОСТ 34347-2017 (п. 3.1.6) допускает определять группу сосуда для каждой полости отдельно, если у полостей разные расчётные параметры и среды. Тогда у трубного и межтрубного пространства своя группа — а по ней и свой объём контроля сварных швов (табл. 19).

Разобранный случай — наш теплообменник ТУ. В трубах — пожароопасный теплоноситель с 240 °C на входе, в межтрубном — вода, нагреваемая с 5 до 104 °C. Трубное пространство отнесено к 1-й группе, межтрубное — к 4-й. Аппарат — с U-образными трубами, которые удлиняются свободно.

Когда давление выше ряда технических условий

Пределы в таблице — из технических условий на типовые ряды; по нашим ТУ 3612-001-85873787-2020 рабочее и расчётное давление теплообменных аппаратов — до 16 МПа. Пример — наш теплообменник ТНГ со сжатым воздухом в межтрубном пространстве: рабочее давление на входе 6,1 МПа, расчётное 7,24 МПа при потолке ряда ТН 4,0 МПа. Межтрубное пространство такого аппарата — 4-я категория по ТР ТС 032/2013, то есть сертификат, а не декларация.

Ещё случай — сдвоенные теплообменники 426ТНГ: газ под рабочим давлением 15,5 МПа в трубах и этиленгликоль под 0,6 МПа в межтрубном. Теплообменные трубы — из 12Х18Н10Т, корпус и решётки — из 09Г2С.

Типичные ошибки в заявке

• Одно давление на весь аппарат — а у трубного и межтрубного пространства они разные и задаются отдельно.
• ТК при давлении выше 1,6 МПа — такого исполнения в ряду ТУ 3612-024 нет.
• Не сказано, нужна ли механическая чистка межтрубного пространства, — а от этого зависит разбивка труб: по ГОСТ 31842-2012 коридоры, которые регулярно чистят, располагают по квадрату.
• Указана рабочая температура, но не проверено условное давление при ней.
• Нет температур на входе и выходе каждой среды — по ним видна разница температур и нужна ли компенсация.

Что указать в опросном листе и зачем

• Для каждой полости — рабочее и расчётное давление: от них зависят тип и условное давление.
• Температуры сред на входе и выходе, температуру стенки и расчётную температуру: по ним оценивают разницу удлинений и снижение допускаемого давления.
• Среды — состав, класс опасности, пожаро- и взрывоопасность, коррозионность: это группа каждой полости и материал.
• Нужна ли очистка и какая схема размещения труб в решётке — квадрат или треугольник.
• Крепление труб в решётке — развальцовка или сварка с последующей развальцовкой.
• Климат, место установки, сейсмичность.

Если тип не очевиден — скачайте опросный лист, заполните и приложите к заявке — инженеры ПЗЭМ разберут условия по обеим полостям и предложат исполнение.