Их конструкция была изобретена около века назад и с тех пор кардинально не менялась. Открытия в сфере теплофизики пока не позволяют сделать теплообменники кожухотрубные столь же компактными, какими могут быть современные гаджеты. Тем не менее, эти агрегаты успешно справляются со своей функцией и обеспечивают безопасность многих предприятий химической и нефтехимической промышленности.
Их конструкция представляет собой кожух, в котором закреплены трубы. Теплообменные процессы происходят в них за счет обмена температур между теплоносителями, которые движутся в трубном и межтрубном пространстве. Чтобы дополнительно повысить тепловую эффективность подобных агрегатов, используются перегородки. За счет этого увеличивается теплообменная поверхность и повышается интенсивность теплообмена.
Чтобы подобрать теплообменники нужной конструкции предварительно проводится тепловой расчет. Он показывает, будет ли агрегат с заданной длиной труб работать с нужной тепловой эффективностью. Нужно учитывать, что на тепловую эффективность данного вида теплообменного оборудования влияет все, что связано с параметрами труб: их диаметр, длина и способ расположения. Однако при изменении каждого из этих параметров могут возникать и побочные эффекты. Например, при уменьшении диаметра труб тепловая эффективность увеличивается. Но увеличивается и степень загрязнения труб и образования отложений. В результате первоначально мы получаем эффект повышения интенсивности теплообмена, а затем – его снижения за счет снижения теплопередачи стенок труб, на которых образовываются отложения. Поэтому при проведении расчетов нужно учесть все факторы и подобрать оптимальную длину труб и их диаметр.
При выборе количества труб в трубном пучке нужно учитывать, что чем больше труб будет крепиться в решетке агрегата, тем менее надежной будет их фиксация. Поэтому рекомендуется увеличивать количество труб лишь незначительно, чтобы не жертвовать механической стабильностью агрегата.
При выборе конструкции кожухотрубных теплообменников нужно также учитывать, что интенсивность протекания теплообменных процессов в них будет зависеть от степени турбулентности потока. В связи с этим иногда выбирают агрегаты с вертикальным расположением труб, чтобы получить дополнительные факторы закручивания потока теплоносителя и повышения эффективности его работы.