1) Классификация по конструкции:

          а) аппараты изготовленные из труб (кожухотрубчатые теплообменники; теплообменники типа «труба в трубе»; погружные змеевиковые; оросительные; АВО).

          б) аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из листового материала (пластинчатые и спиральные).

          в) аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллического материала ( графитовые; пластмассовые; стеклянные).

    2) Классификация по назначению:

          а) холодильники.

          б) подогреватели.

          в) испарители.

          г) конденсаторы.

    3) По направлению движения теплоносителей:

          а) прямоточные.

          б) противоточные.

          в) с перекрестным движением теплоносителей.

          г) со смешанным движением.

   При подборе аппарата для того или иного технологического процесса необходимо учитывать: температурный режим; давление; физико-химические свойства тепло обменивающихся средств, их агрессивность.

   Можно выделить несколько общих рекомендаций используемых при выборе типа аппарата:

    1) для процессов протекающих при высоком давлении предпочтительно использовать теплообменники выполненных из труб. При этом теплоноситель с большим давлением следует направлять в трубы поскольку они выдерживают большое давление чем кожух.

    2) При использовании агрессивных и коррозионных теплоносителей предпочтительно использовать аппараты, выполненные из полимерных материалов (фторопласт). При использовании трубчатых теплообменников агрессивный теплоноситель лучше направлять в трубы, для того чтобы избежать коррозионного изнашивания корпуса.

    3) При использовании загрязненных теплоносителей и теплоносителей, дающих отложение, их направляют с той стороны, которая наиболее доступна для очистки. Для кожухотрубчатых наиболее доступна очистка внутренней поверхности труб. Для погружных - более доступна наружная поверхность.

Кожухотрубчатые теплообменники

   Преимущество аппаратов данного типа, это: простота изготовления и эксплуатации; надежность и универсальность в работе; аппараты данного типа можно использовать в широком диапазоне температур и давлений, и при любом сочетании теплоносителей.

   Кожухотрубчатые аппараты выполняют пяти видов:

         - Н – аппараты с неподвижными трубными решетками

         - К – теплообменники с компенсатором на кожухе

         - У – аппарат с U-образными трубами

         - П – теплообменник с плавающей головкой

         - ПК – теплообменник с плавающей головкой и компенсатором на ней

Теплообменники с неподвижными трубными решетками (Н)    Эти наиболее распространенная разновидность. Аппараты состоят из следующих основных элементов:          -трубный пучок, закрепленный в двух трубных решетках, которые в свою очередь жестко связаны с корпусом аппарата (либо путем фланцевого соединения, либо при помощи сварки); трубы теплообменника закрепляют в трубных решетках при помощи развальцовки и размещают в трубной решетке, чаще всего, по вершинам равносторонних треугольников.          - распределительная камера и крышки; распределительная камера снабжена продольной перегородкой для разделения ходов; крышки выполняют эллиптическими или плоскими (при диаметре до 800 мм)          - поперечные перегородки, установленные в межтрубном пространстве аппарата и предназначенные для организации движения теплоносителей в пространстве между трубами.    Элементы теплообменника (кожух; распределительная камера и крышки) закрепляются при помощи фланцевых соединений или сварки.    Теплообменники различают по числу ходов теплоносителя, по трубам. Выпускают одноходовые, а также двух, четырех- и шестиходовые теплообменники.     Теплообменники типа Н относят к аппаратам жесткой конструкции. Трубы жестко скреплены с трубной решеткой, а трубная решетка жестко связана с корпусом. Используют несколько вариантов крепления трубной решетки и корпуса. Крепления осуществляются по- средством фланцевого соединения, либо путем сварки.     При использовании первого варианта, аппарат можно легко собрать и разобрать для очистки, и замены труб. Недостаток этого способа, в том, что при выходе прокладки из строя возможно смешение теплоносителей протекающих по трубам и в межтрубном пространстве. Это может привести к аварийной ситуации. При работе теплообменных аппаратов для достижения максимального обмена необходимо обеспечить минимальный зазор между внутренней стенкой аппарата и трубным пучком. Для этого в аппараты возможна установка специальных заполнителей, это могут быть приваренные к корпусу продольные пластины или глухие трубы.     Преимущества теплообменников данного типа: простота конструкции и сравнительно небольшая стоимость.     Недостатки: 1) Невозможность очистки наружной поверхности труб от загрязнений, поскольку трубные решетки жестко связаны с корпусом. Поэтому в межтрубные пространства рекомендуется направлять чистый теплоноситель.     2) В связи с жесткостью конструкции возможно возникновение температурных напряжений в корпусе и трубах аппарата. Возникающие напряжения могут привести к устойчивой деформации, вплоть до разрушения аппарата.     Во избежание этого теплообменники типа Н рекомендуется использовать при разности сред не более 50°С. Для предотвращения возникновения температурных деформаций необходимо соблюдать порядок пуска. Сначала теплоноситель следует направить в межтрубное пространство, а после выравнивания температуры кожуха и труб теплоноситель направляют в трубы. Если разница температур теплообменных сред больше 50°С, то рекомендуется использовать теплообменники с компенсацией температурных напряжений. Здесь выделяют аппараты с частичной компенсацией (аппараты типа К и ПК) и выделяют аппараты с полной компенсацией (теплообменники типа У, П).

Теплообменники с компенсатором на кожухе (К)     В аппаратах данного типа на корпусе устанавливают расширители или компенсаторы. Их вваривают между двумя частями корпуса. А для уменьшения гидравлического сопротивления дополнительно приваривают обтекатели или распределители потока. Обтекатели или распределители приваривают со стороны входа теплоносителя в межтрубное пространство. В аппаратах типа К используют несколько типов компенсаторов, это: линзовые компенсаторы, компенсаторы из двух полусферических элементов; из плоских параллельных колец; тороидальные.     Наличие компенсатора на кожухе препятствует температурной деформации при расширении и сжатии труб. Количество компенсирующих элементов будет определяться разницей температур теплообменивающих средств.     Наиболее распространены линзовые компенсаторы: одно или многолинзовые. Их изготавливают двумя способами: либо путем откатки коротких цилиндрических обечаек, либо сваривают из двух полулинз, выполненных путем штамповки. Тороидальные компенсаторы выполняются из труб, поэтому они просты в изготовлении и дешевые. Недостатком является тяжелые условия работы сварного шва.     При использовании расширителей компенсация температурных напряжений обеспечивается за счет установки гибких элементов в кожухе аппарата, в месте ввода теплоносителя в межтрубное пространство. Преимущества: отсутствуют застойные зоны в межтрубном пространстве, что увеличивает эффективность теплообменников. Для увеличения равномерности потока устанавливают распределители потока. Использование теплообменников с компенсаторами позволяет увеличить температуру сред до 70 градусов. Область применения аппаратов ограничивается давлением (избыточное давление не больше 2 МПа).

Теплообменники с U-образными трубами (тип У).     Трубный пучок данного аппарата выполнен из U-образных труб, закрепленных в одной трубной решетке и помещенных в кожух. Ввод и вывод поток в трубы осуществляется через распределительную камеру, разделенную продольной перегородкой. Т.о. аппарат выполняется двух ходовым по трубным пространствам и одноходовым - по межтрубному. Каждая труба в аппарате данного типа может удлиняться независимо от других труб и от кожуха, т.о. обеспечивается полная компенсация температурных напряжений. Температурные напряжения могут возникнуть в трубной решетке, за счет разницы температур теплоносителя на входе и на выходе из труб. Поэтому для аппаратов данного типа разница температур по ходам не должна превышать 100 градусов.     В аппаратах типа У при креплении трубной решетки к корпусу и распределительной камере может использовать шпилька со стопором, что позволяет отсоединить распределительную решетку без нарушения соединения трубной решетки с корпусом.     Преимущества теплообменников данного типа: полная компенсация температурных напряжений и возможность извлечения трубного пучка, для очистки и замены труб.     Недостатки: в аппаратах данного типа невозможно очистить поверхность труб механическим способом, поэтому используют гидромеханическую очистку, очистку водяным паром, а также горячими нефтепродуктами или различными химическими реагентами;           - невозможность замены отдельных труб аппарата кроме крайних. Это связано со сложностью размещения труб в аппарате, особенно при большом их количестве.           - плохое заполнение труб связанное с их изгибом.           - возможность разгерметизации угла соединения труб с трубной решеткой, в связи с возникновением изгибающих напряжений, вызванных большой массой труб, заполненных средой; во избежание этого в аппарате диаметром более 800 мм используют роликовые опоры для поддержания трубного пучка.     В связи с отмеченными недостатками аппараты типа У находят ограниченное применение.

Теплообменники с плавающей головкой (П).     В аппарате данного типа трубный пучок закреплен в двух трубных решетках. Одна решетка неподвижно связана с корпусом, а другая закрыта крышкой и образует плавающую головку, которая может перемещается внутри аппарата. В связи с этим в данных аппаратах достигается полная компенсация температурных напряжений. Во избежание возникновения изгибающих напряжений неподвижной трубной решетки, также как и в предыдущих аппаратах используют роликовую опору для поддержания трубного пучка (для аппарата диаметром больше 800 мм).     Плавающие головки можно выполнять цельными или разрезными. Разрезные головки устанавливают в аппаратах диаметром более 1000 мм и при разнице температур на входе и на выходе более 100°С.     Размещение плавающей головки в корпусе может быть выполнено также в двух вариантах:     1) когда диаметр кожуха и крышки одинаков. Это конструкция проста в использовании и удобна при монтаже и демонтаже аппарата. Но в этом случае получается большой зазор между трубным пучком и кожухом аппарата, что приводит к ухудшению условий теплообмена.     2) когда диаметр кожуха меньше диаметра крышки. Это позволяет уменьшить зазор между кожухом и трубками на ширину фланца плавающей головки. При этом появляются трудности при демонтаже аппарата. В этом случае для извлечения трубного пучка используют несколько вариантов креплений трубной решетки и плавающей головки. Наиболее часто используемые варианты - это применение разрезных фланцев и разрезных фланцевых скоб.     Аппараты с плавающей головкой часто используют в виде испарителей с паровым пространством. Для обеспечения достаточной поверхности испарения трубный пучок размещают в кожухе большего диаметра. При этом диаметр самого трубного пучка значительно меньше кожуха.     Уровень жидкости в аппарате поддерживается при помощи регулирующей перегородки. Расстояние от перегородки до корпуса составляет 30% от диаметра кожуха. Трубный пучок размещают в аппарате через штуцер расположенный в крышке, и поддерживается на опорах. В аппаратах данного типа можно размещать несколько трубных пучков в одном корпусе.

Теплообменники с плавающей головкой и компенсатором на ней (ПК).     В аппаратах данного типа обеспечивается частичная компенсация температурных напряжений. Для этого на плавающей головке устанавливают компенсатор, размещаемый внутри удлиненного штуцера, расположенного на крышке аппарата. Аппараты данного типа являются одноходовыми. Направление движения теплоносителей противоточное. Аппараты данного типа используют при повышенном давлении (5-10 МПа). Компенсатор противоположным концом соединен со штуцером расположенным на крышке. Конструкция аппарата позволяет извлекать трубный пучок для очистки труб и проверки их состояния. Компенсатор отличается от того, что используется в аппаратах типа К, большим числом гофр и меньшей толщиной стенки. Ограничение использования, это перепад давления не более 2,5 МПа. Поэтому при пуске аппарата теплоноситель одновременно подают в трубы и межтрубное пространство.