Совершенствование конструкции кожухотрубчатого теплообменного аппарата

   Кожухотрубчатые теплообменные аппараты остаются ключевыми элементами в различных отраслях промышленности благодаря надежности и универсальности конструкции. Однако их эксплуатация сопряжена с проблемами, такими как гидравлические удары, вызванные скоплением конденсата в межтрубном пространстве. Рассмотрена нестабильная работа теплообменника, спроектированного для химического предприятия по индивидуальному проекту, в котором предусмотрено горизонтальное расположение аппарата в связи с техническими требованиями. Предложенный поставщиком вариант основывается на классическом горизонтальном теплообменном аппарате с плавающей головкой по проекту АО «ВНИИНефтеМаш». Конструкция поперечных перегородок с горизонтальными вырезами приводит к накоплению конденсата и гидроударам.

   Новизна предложенного решения заключается в изменении ориентации вырезов в перегородках с горизонтальной на вертикальную, что обеспечивает естественный сток конденсата и устраняет причину гидравлических ударов.

   Моделирование в ПО KOMPAS-Flow подтвердило надежность работы устройства: отсутствие застойных зон в модернизированной конструкции, а расчеты в HTRI X-Changer Suite подтвердили его энергоэффективность и работоспособность.

   Актуальность решения обусловлена распространенностью горизонтальных кожухотрубчатых аппаратов, работающих с пароводяными смесями.

   Предложенный подход может быть адаптирован для аналогичных устройств, что повысит их надежность, снизит вибрационные нагрузки и продлит срок службы. Результаты исследований подтверждают эффективность синергии конструктивных и гидродинамических методов оптимизации, что соответствует современным тенденциям в проектировании теплообменного оборудования. В перспективе предполагается апробация модернизированной конструкции на производстве и распространение решения на другие типы теплообменников, что будет способствовать повышению безопасности и эффективности промышленных процессов.

1. Спирягин В. В., Чмыхало М. Н., Ерофеев А. И. Влияние конструкционных, технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность теплообменных аппаратов. Русский инженер 2020, 4 (69): 36 – 39.

2. Шарафутдинов Л. Р. Исследование кожухотрубчатых теплообменников с эксплуатационными повреждениями и дефектами кожуха. Вестник науки 2023, 3, 5 (62): 760 – 766.

3. Дюжев А. В. Кожухотрубчатые теплообменники. Научному прогрессу – творчество молодых 2022, 1: 260 – 262.

4. Федосов Д. П., Дементьев Ю. Ю. Модернизация теплообменных аппаратов реакторов в целях повышения устойчивости труб к нагрузке. Актуальные проблемы гуманитарных и социально-экономических наук 2022, 3 (89): 99 – 101.

5. Семенцова А. М. Расчёт гидравлического удара с использованием программы STAR-CCM+. Инновации. Наука. Образование 2021, 26: 1739 – 1744.

6. Шашкин В. Ю., Кускарбекова С. И., Шашкин А. В. Совершенствование конструкции регенеративных аппаратов доменного дутья путем расчетов потоков теплоносителя по каналам насадки воздухонагревателя. Надежность и безопасность энергетики 2024, 17 (2): 112 – 118. – DOI: 10.24223/1999-5555-2024-17-2-112-118.

7. Баринов Д. Я. Моделирование теплообмена при течении газа в канале переменного сечения. Авиационные материалы и технологии 2025, 1 (78): 111 – 121. – DOI: 10.18577/2713-0193-2025-0-1-111-121.

8. Разработка системы химической очистки воды для паровой установки, применяемой в нефтепромысле. А. А. Ершов, С. И. Кускарбекова, Д. У. Зулкарнаев, К. В. Осинцев. Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии 2023, 16 (8): 912 – 921.

9. Галковский В. А., Колесов Н. А. Оценка эффективности методов теплового расчета кожухотрубчатых теплообменных аппаратов. Естественные и технические науки 2024, 6 (193): 316 – 319.

10. Нафиков А. С., Еговцева В. А. Промышленное применение интенсификации в теплообменниках. Научный аспект 2023, 34 (12): 4295 – 4304.