Теплообменники ТОС относятся к кожухотрубным теплообменникам с неподвижными трубными решетками и трубной системой оригинальной конструкции из профилированных труб и предназначены для передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному. В качестве теплоносителей могут использоваться вода, пар, слабоагрессивные водные растворы и другие технологические жидкости с различными физическими характеристиками.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТОС:

Теплообменники ТОС применяются в тепловых схемах теплоэнергетических установок для подогрева или охлаждения питьевой, технической, химочищенной воды, конденсата, химических реагентов, других жидкостей с различными физическими свойствами, на различных энергетических объектах, а также в системах отопления и горячего водоснабжения объектов жилищно-коммунального хозяйства. Помимо энергетики теплообменники ТОС также применимы в большинстве других отраслях промышленности, например, таких как пищевой, нефтехимической, в системах кондиционирования и холодильных системах, в системах утилизации избытков промышленного тепла, а также в многих других областях.

Интенсификация теплообмена в аппаратах ТОС достигается комплексом технических приемов, включающих в себя:

использование теплообменных трубок из нержавеющей стали, небольшого диаметра и тонкостенных, что позволяет значительно снизить массу теплообменника;
использование максимально высокой плотности набивки теплообменных трубок в трубном пучке, позволяющей обеспечить наибольшую плотность укладки теплообменной поверхности внутри корпуса аппарата для снижения его габаритов;
использование трубок со специальным профилем, обеспечивающим турбулизацию пристенного слоя потока жидкости для максимального увеличения коэффициента теплопередачи, что позволяет получать наибольшую мощность теплосъема при наименьшей площади теплообменной поверхности;
использование специальной технологии закрепления тонкостенных сильфонных трубок в трубных решетках, позволяющей менять каждую отдельную трубку в трубном пучке (при исполнении с неподвижными трубными решетками).
использование специальной технологии производства композитных трубных решеток, позволяющей сконструировать особо плотный и нерегулярный трубный пучок (при исполнении с подвижными трубными решетками).
использование специальной конструкции промежуточных опор трубок в корпусе аппарата, позволяющей обеспечить продольное движение теплоносителя с высокой скоростью при низком гидравлическом сопротивлении трубного пучка.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ТОС:

Принцип действия теплообменника ТОС основан на интенсификации процесса теплообмена за счет разрушения вязкого ламинарного пограничного подслоя с обеих сторон теплообменной поверхности.

Разрушение или значительное уменьшение толщины вязкого ламинарного пограничного подслоя происходит вследствие искусственной турбулизации потока в пристенной области за счет использования теплообменных трубок с профилированной поверхностью (сильфонных трубок).При движении теплоносителей реализуется противоток, что позволяет увеличить средний температурный напор и повысить удельную тепловую мощность теплообменника.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛООБМЕННИКОВ СИЛЬФОННЫХ ТОС:

Увеличенная в 3-3,5 раза теплопередача (за счет тонкостенных профилированных теплообменных трубок).
Уменьшенные массогабаритные характеристики за счет интенсивного теплообмена).
Простота ремонта и техобслуживания (замена любой трубки в трубном пучке всего за 15 минут).
Высокая коррозионная стойкость (трубки изготовлены из нержавеющей стали).
Снижение накипеобразования (эффект самоочистки трубного пучка).
Повышенная надежность и срок службы 30 лет.
Малое гидравлическое сопротивление.
Расширенный модельный ряд
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИЛЬФОННЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ТОС:

Теплообменник ТОС функционирует следующим образом: греющая среда через верхний патрубок поступает в верхнюю половину межтрубного пространства. В межтрубном пространстве греющая среда движется вдоль трубок в направлении трубной решетки, где через прорези в разделительной пластине попадает в соседнюю половину межтрубного пространства и так же движется в направлении трубной решетки. Из межтрубного пространства греющая среда отводится через нижний патрубок. Нагреваемая среда через патрубок в задней крышке теплообменника поступает в трубное пространство. В трубном пучке нагреваемая среда движется в направлении передней крышки. Из теплообменника нагреваемая среда отводится через верхний патрубок в передней крышке.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ТОС.

Конструкция ТОС имеет ряд принципиальных нововведений и усовершенствований, благодаря которым обладает существенными преимуществами как перед традиционными кожухотрубными, так и перед пластинчатыми теплообменниками.

Аппараты ТОС являются кожухотрубными теплообменными аппаратами со сверхкомпактным нерегулярным трубным пучком, собранным из особотонкостенных труб. При этом стенка теплообменной трубки имеет в разрезе профиль, близкий к синусоидальному. Такой профиль, помимо прочего, придает теплообменной трубке пружинящие свойства, что делает её нечувствительной к гидроударам и температурным расширениям. Все вышеперечисленное позволило существенно увеличить коэффициент теплопередачи и одновременно уменьшить массу как трубного пучка, так и теплообменника в целом.

В теплообменниках ТОС за счет применения профильной поверхности тонкостенных трубок происходит разрушение вязкого ламинарного пристенного пограничного слоя и обеспечивается (по сравнению с традиционными теплообменниками) более интенсивный теплообмен, а эффект самоочистки, происходящий при этом, снижает процесс отложения накипи на теплообменных поверхностях.Сильфонные теплообменники ТОС могут конструироваться на любое заданное гидравлическое сопротивление каждой из обменивающихся теплом сред. Теплообмен в данных теплообменниках характеризуется высокими значениями коэффициента теплопередачи.

Теплообменники ТОС выпускаются в трех модификациях: ТОС(Н) с неподвижными трубными решетками,ТОС(П) с подвижными трубными решетками и ТОС(Т) в тонкостенном исполнении.

Особенностью аппаратов типа ТОС(Н) является то, что трубные решетки приварены к кожуху неподвижно и не имеют возможности перемещаться при температурных расширениях. Для компенсации температурных расширений в таких аппаратах применяются гофрированные сильфонные трубки специального профиля, которые при температурных расширениях не передают на трубные решетки механические напряжения.

Теплообменник ТОС содержит трубный пучок, разделенный на два хода, с патрубками подвода греющей среды в межтрубное пространство. К трубному пучку при помощи фланцевых соединений присоединяются задняя крышка с патрубками подвода нагреваемой среды в трубное пространство и передняя крышка с патрубком выхода нагретой среды из трубного пространства. Трубный пучок имеет в своем составе переднюю трубную решетку, заднюю трубную решетку, кожух, приваренный к трубным решеткам, перегородку, разделяющую межтрубное пространство, а также теплообменные трубки.

Сильфонные трубки в данной модификации теплообменников ТОС закреплены в трубных решетках разъемно, путем сминания нескольких гофр с обоих концов трубки внутри посадочного отверстия в трубной решетке. Уплотнение достигается с помощью термостойких силиконовых колец, надетых на сминаемые участки трубок.

При использовании специального приспособления можно всего за нескольких минут заменить любую сильфонную трубку непосредственно на объекте эксплуатации. Приспособление для замены трубок может приобретаться заказчиком теплообменника ТОС(Н) отдельно или комплектно при заказе оборудования.

Процедура замены трубки очень проста и подробно описана в Руководстве по эксплуатации на теплообменник ТОС данной модификации.

Для крепления теплообменника к раме на корпусе имеются две опоры с отверстиями под болты. Теплообменники ТОС могут устанавливаться как горизонтально, так и вертикально. Основным является горизонтальное расположение аппарата. В случае необходимости вертикального размещения аппарат оснащается опорами для вертикального расположения, что оговаривается при заказе дополнительно. В пароводяном режиме по межтрубному пространству, при вертикальном расположении, аппарат выполняется одноходовым, а при горизонтальном креплении - двухходовым. Как при вертикальном, так и при горизонтальном креплении аппарата патрубок подвода пара в межтрубное пространство располагается сверху, а патрубок отвода конденсата – снизу. При изготовлении трубного пучка, в зависимости от предполагающихся условий эксплуатации используются либо коррозионностойкая сталь марки 12Х18Н10Т, либо 08Х18Н9Т, либо их заменители. Фланцы крышек и обечайки изготавливаются из черной стали, однако если предпола­гается эксплуатация аппарата на агрессивных или пищевых средах предпочтительным является исполнение аппарата полностью из антикоррозионностойкой стали, что оговаривается при заказе.

Особенностью аппаратов типа ТОС(П) является то, что в них трубные решетки закреплены подвижно с возможностью осевого перемещения, что в принципе исключает температурные напряжения в кожухе и в трубках. Конструкция теплообменников данной модификации позволяет легко извлекать трубный пучок из корпуса для проведения технического обслуживания. Уплотнение трубных решеток в корпусе аппаратов ТОС(П) обеспечивается за счет сальниковой набивки в виде шнура из терморасширенного графита квадратного сечения размером 6 х 6 мм, который укладывается в паз и зажимается фланцами типа «шип-паз», обеспечивая уплотнение.

Трубный пучок в теплообменниках ТОС(П) изготавливается из гладких трубок 8х0,5 мм ( D нар. х стенка), имеющих спиральную накатку. Трубные решетки изготавливаются из нержавеющей стали. Крепление трубок в трубных решетках обеспечивается неразъемно при помощи высокотемпературного эпоксидного компонента с максимальной рабочей температурой до 200°С, который под давлением закачивается в уплотняющий зазор между трубкой и трубной решеткой. В данных аппаратах нет возможности заменить каждую трубку в отдельности, но есть возможность либо заглушить часть трубок, либо легко заменить весь трубный пучок целиком.

Особенностью аппаратов типа ТОС(Т) является исполнение с максимально облегченным корпусом, который изготовлен из тонкостенной трубы из нержавеющей стали, либо из титанового сплава, поэтому в процессе эксплуатации необходимо соблюдать осторожность и избегать вмятин и других нарушений обечайки корпуса. Трубный пучок теплообменников ТОС(Т) представляет собой систему определенным образом расположенных тонкостенных трубок 8х0,3 мм, имеющих спиральную накатку. Конструкция ТОС(Т), также как и конструкция ТОС(П), позволяет извлекать трубный пучок из корпуса. Уплотнение трубных решеток в корпусе аппаратов ТОС(Т) обеспечивается за счет кольцевых прокладок квадратного сечения из резины EPDM с максимальной рабочей температурой до 150°, либо из термостойкой силиконовой резины с максимальной рабочей температурой до 300°С. Трубки, также как и в аппаратах ТОС(П), неразъемно закрепляются в трубных решетках, изготовленных из специального композитного материала с максимальной рабочей температурой до 150°С, или в комбинированных трубных решетках, изготовленных из металла и композитного материала с максимальной рабочей температурой до 300°С. Ремонт трубного пучка осуществляется так же, как в аппаратах типа ТОС(П).

При изготовлении корпусов теплообменных аппаратов могут быть использованы углеродистые стали марок ст.20, 09Г2С, 16ГС, либо аустенитные коррозионностойкие стали марок 08X18Н9, 12X18Н10Т, 08X17Н1ЗМ2Т, либо титановые сплавы 7М, 1М, ВТ1-0. Корпуса аппаратов ТОС(Н) и ТОС(П) могут быть выполнены как из углеродистой стали, так и из коррозионностойкой стали, что оговаривается при заказе. Базовым является изготовление корпуса ТОС(Н) и ТОС(П) из углеродистой стали. Корпус аппаратов ТОС(Т) может быть выполнен либо из коррозионностойкой стали, либо из титановых сплавов, что также оговаривается при заказе. Базовым является изготовление корпуса ТОС(Т) из коррозионностойкой стали.

Для изготовления трубного пучка в зависимости от предполагающихся условий эксплуатации заказчик может выбрать и согласовать с нами как аустенитные коррозионностойкие стали марок 08X18Н9, 12X18Н10Т, 08X17Н1ЗМ2Т и другие, так и титановые сплавы 7М, 1М, ВТ1-0. Если предпола­гается использование аппарата для сред с содержанием хлор-ионов менее 100 мг/л, то обычно допустимо использование трубок из стали 08Х18Н9 (аналог AISI 304). При концентрации хлор-ионов от 100 до 150 желательно использование стали не хуже 12Х18Н10Т (аналог AISI 321), а если содержание хлор-ионов от 150 до 250 мг/л, то как правило нужно использовать сталь 08X17Н1ЗМ2Т (аналог AISI 316). При концентрации хлор-ионов более 250 мг/л необходимо использовать титановые теплообменники.

Теплообменники ТОС(П) и ТОС(Т) выпускаются с диаметрами корпуса Dy 25, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250 мм. Длина данных теплообменников – не более 4000 мм. Максимальная температура сред в теплообменниках ТОС(П) составляет 200ºС, а рабочее давление – 2,5 МПа. В теплообменниках ТОС(Т) максимальная температура сред 150 либо 300ºС в зависимости от материала трубной решетки и уплотнения, а рабочее давление - 1,6 МПа.

Теплообменники ТОС(Н) выпускаются с диаметрами корпуса Dy 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800 мм.

Длина данных теплообменников – не более 4000 мм. Максимальная температура сред в теплообменниках ТОС(Н) составляет 250ºС, а рабочее давление - 1,6 МПа.

В диапазоне мощностей от 0,1 до 10 Гкал/ч могут применяться теплообменники ТОС(П) и ТОС(Т), а в диапазоне

от 1 до 100 Гкал/ч могут применяться теплообменники ТОС(Н).

Учитывая, что в аппаратах используются тонкостенные профилированные трубки малого диаметра (как правило, толщина стенки составляет 0,3-0,5 мм), очистка их от отложений механическим способом не рекомендуется. Следует применять химическую очистку и следить за тем, чтобы в процессе эксплуатации не создавать условия, способствующие активному образованию отложений. Целесообразно, чтобы теплоноситель, циркулирующий по замкнутому контуру, прошел химподготовку или имел специальные присадки (например, сополимеры или комплексоны), предотвращающие образование накипи. Механическая очистка может применяться с соблюдением дополнительных мер предосторожности для предотвращения разрушения стенки трубок.

При эксплуатации техническое состояние аппарата может ухудшаться по причине образования накипи или вследствие механических загрязнений. Работы по обслуживанию и ремонту должны выполняться по объективным показателям. В частности, если приборами зафиксирован рост гидравлического сопротивления теплообменника при одновременном снижении тепловой мощности, необходимо выполнить химическую очистку аппарата, которую нужно вести в точном соответствии с правилами, изложенными в Руководстве по эксплуатации.

В качестве реагентов, применяемых для очистки от отложений, могут применяться горячие содовые растворы(каустическая или кальцинированная сода), сульфаминовая кислота и другие принятые вещества. Для очистки от отложений труб из нержавеющей стали не применять соляную кислоту ни в каком виде – ни разбавленную, ни ингибированную, ни пассивированную и т.д., равно как и не применять растворы, ее содержащие. Для химочистки в этом случае следует пользоваться не хлорсодержащей кислотой.

Предпочтительной для очистки от накипных отложений является использование сульфаминовой кислоты. При этом применяется 10%, лучше подогретый до 35-40°С, раствор. Как правило, очистку можно осуществлять, не извлекая трубный пучок из корпуса аппарата, а прокачивая раствор через него. В случае, когда это не может быть выполнено, осуществляют разборку аппарата, извлекают трубный пучок и помещают его в ванну с соответствующим реагентом. После завершения химочистки пучок должен быть промыт потоком воды.



В зависимости от используемой рабочей среды, расположения, материала корпуса, числа ходов потока в трубной системе теплообменники ТОС изготавливаются в следующих модификациях:

- по рабочей среде: ВВ - водо-водяные, ПВ – пароводяные;

- по расположению: Г – горизонтальные, В - вертикальные;

- по материалу корпуса: ст. – стальные, нж.– нержавеющая сталь;

- по числу ходов потока в трубной системе: I – одноходовые, II - двухходовые, IV – четырехходовые.

В зависимости от производительности по теплоносителю теплообменники ТОС изготавливаются десяти базовых типоразмер.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АППАРАТОВ ТОС.

Расчетное давление - не более 1,6 МПа;

Рабочая температура - не более 250ºС;

Площадь поверхности нагрева - от 0,1 до 250 м²;

Максимальный расход рабочей среды - до 500 т/ч;

Минимальная разница температур греющей и нагреваемой среды - 5ºС;