ГОСТ 14244 · Тип ИН
Испаритель ИН: неподвижные трубные решётки
Конструкция, допустимый ΔT, материалы и ограничения испарителей ИНГ/ИНВ. Когда тип ИН оптимален, а когда нужен ИК или ИУ
Конструкция испарителя ИН
Испаритель ИН (с неподвижными трубными решётками) — наиболее простая конструкция кожухотрубного испарителя. Трубный пучок жёстко закреплён с обеих сторон: обе трубные решётки приварены (или завальцованы) к кожуху. Нет ни компенсатора, ни подвижных элементов.
ИНВ — основные элементы
- Цилиндрический кожух (корпус)
- Трубный пучок (прямые трубки)
- Неподвижная трубная решётка (передняя)
- Неподвижная трубная решётка (задняя)
- Крышки (съёмные — для осмотра)
- Поперечные перегородки (баффлы)
- Штуцер подачи хладагента (нижний)
- Штуцер отвода пара (верхний)
- Штуцеры охлаждаемой среды
- Опоры (для вертикальной установки)
ИНГ — особенности
- Горизонтальная ориентация
- Хладагент — нижняя часть кожуха
- Паровое пространство — верхняя часть
- Седловые опоры под кожухом
- Уклон 1:100 в сторону дренажа
- Воздушник в верхней точке
- Дренаж в нижней точке
- Крышки — разъёмные фланцевые
- Вход охлаждаемой среды — с обеих сторон
Ограничения типа ИН: что важно знать
✓ Допустимые условия
ΔT кожух–пучок ≤ 50°C
Давление ≤ 1,6 МПа
Одинаковые материалы кожуха и трубок
Чистые среды (нет механических загрязнений)
Давление ≤ 1,6 МПа
Одинаковые материалы кожуха и трубок
Чистые среды (нет механических загрязнений)
⚠ Применять с осторожностью
Разные материалы кожуха и трубок
Переменный тепловой режим (пуск–остановка)
ΔT 30–50°C
Умеренно загрязнённая охлаждающая вода
Переменный тепловой режим (пуск–остановка)
ΔT 30–50°C
Умеренно загрязнённая охлаждающая вода
✗ Нельзя применять
ΔT более 50°C
Давление более 1,6 МПа
Механическая чистка межтрубного пространства
Хладагенты с высоким давлением (CO₂, R410A более 3 МПа)
Давление более 1,6 МПа
Механическая чистка межтрубного пространства
Хладагенты с высоким давлением (CO₂, R410A более 3 МПа)
Физика ограничения по ΔT
При нагреве трубок на ΔT = 50°C относительно кожуха (сталь, α = 12×10⁻⁶ 1/К, E = 2×10⁵ МПа, L = 4 м): ΔL = α × L × ΔT = 12×10⁻⁶ × 4000 × 50 = 2,4 мм. Термическое напряжение σ = E × ε = 2×10⁵ × 0,0006 = 120 МПа. Это 50–60% от предела текучести Ст20 (σ_т = 220 МПа) — критически высоко при циклическом режиме.
Материалы для испарителей ИН
| Хладагент | Материал трубок | Материал кожуха | Примечание |
|---|---|---|---|
| R134a, R407C, R22 | Медь М2р, CuNi 90/10 | Сталь 20 | Лучший K (до 2000 Вт/м²·К). Нельзя NH₃ |
| R134a, R407C | Нержавейка 304 | Сталь 20 | При хлоридах Cl⁻ > 50 ppm в воде |
| NH₃ (аммиак) | Сталь 20 | Сталь 20 | Только сталь! Медь несовместима с NH₃ |
| R717 (NH₃) | 304 нержавейка | 304 нержавейка | При агрессивных хлоридах в воде |
| Морская вода | Титан Grade 2 | Сталь + титановое покрытие | Неограниченные хлориды |
Когда выбирать ИН, ИК или ИУ
| Критерий | ИН (неподвижные) | ИК (компенсатор) | ИУ (U-образные) |
|---|---|---|---|
| ΔT до 50°C | Да — оптимально | Да (избыточно) | Да |
| ΔT 50–100°C | Нет | Да — оптимально | Да |
| ΔT более 100°C | Нет | Ограниченно | Да — оптимально |
| Давление более 2,5 МПа | Нет | Нет | Да |
| Механическая чистка трубок | Да (прямые трубки) | Да | Нет (U-изгиб мешает) |
| Минимальная стоимость | Да | Нет (+15–25%) | Средняя |
| Чиллеры HFC до 500 кВт | Оптимально | Применимо | Применимо |
| Нефтехимия, ребойлеры | Нет | Ограниченно | Да |
Типовые типоразмеры ИНВ и ИНГ
| Маркировка | D кожуха, мм | L трубок, м | Число трубок | F, м² | Q ориент., кВт |
|---|---|---|---|---|---|
| ИНВ-159-1,0-М | 159 | 2,0 | 30–40 | 4–6 | 20–40 |
| ИНВ-219-1,0-М | 219 | 3,0 | 60–80 | 10–15 | 50–90 |
| ИНВ-273-1,6-М | 273 | 3,0 | 90–120 | 15–22 | 80–130 |
| ИНВ-325-1,6-М | 325 | 4,0 | 130–170 | 25–35 | 130–200 |
| ИНВ-400-1,6-М | 400 | 4,0 | 200–260 | 40–55 | 200–320 |
| ИНВ-400-1,6-М | 400 | 6,0 | 200–260 | 60–80 | 320–480 |
| ИНВ-500-1,6-М | 500 | 6,0 | 350–450 | 100–130 | 550–780 |
Q ориентировочная для охлаждения воды, K=1000 Вт/м²·К, LMTD≈7 К, трубки 20×2 мм
Подбор испарителя ИН/ИК/ИУ
Определим оптимальный тип, рассчитаем площадь, подготовим КП и чертежи
Запросить подборЧасто задаваемые вопросы
ИН — кожухотрубный испаритель с неподвижными трубными решётками. Обе решётки жёстко закреплены в кожухе — трубный пучок не может перемещаться при тепловом расширении. Простейшая и самая дешёвая конструкция. ИНГ — горизонтальный, ИНВ — вертикальный.
Для ИН с одинаковыми материалами кожуха и трубок допустимый температурный перепад ΔT ≤ 40–50°C. При разных материалах (например, кожух — сталь 20, трубки — нержавейка) — ΔT ещё меньше из-за разных коэффициентов теплового расширения. При ΔT более 50°C возникают опасные термические напряжения.
При нагреве трубки удлиняются относительно кожуха (или наоборот). Если оба конца зафиксированы, возникают осевые напряжения. При ΔT = 60°C для стали напряжение достигает около 144 МПа — близко к пределу текучести. Многократные циклы нагрева–охлаждения ведут к усталостному разрушению сварных швов и развальцовки трубок.
Механическая чистка прутковым ёршиком или гидроструйным оборудованием возможна при прямолинейных трубках (ИН, ИК). Необходимо снять крышку одной стороны. Межтрубное пространство при ИН механически не чистится — только CIP-промывкой через штуцеры.
ИНВ (вертикальный): хладагент поступает снизу и поднимается вверх, обеспечивая естественную циркуляцию. Паровое пространство в верхней части кожуха. Компактная установка — меньше занимает площади. Предпочтителен для затопленных испарителей в чиллерах. ИНГ (горизонтальный) применяют при ограничениях по высоте помещения.
Для хладагентов R134a, R407C, R410A: трубки — медь М2р или нержавейка 304 с накатным профилем для интенсификации теплообмена; кожух — сталь 20 или 09Г2С. Медные трубки дают лучший коэффициент теплопередачи (K до 2000 Вт/м²·К), нержавеющие — при агрессивной воде.
Поперечные перегородки (баффлы) в межтрубном пространстве направляют поток хладагента поперечно трубкам, увеличивая коэффициент теплоотдачи и обеспечивая равномерный контакт хладагента с поверхностью трубок. Шаг перегородок: 0,2–1,0 диаметра кожуха.
ИН выпускаются на рабочее давление: 0,6; 1,0; 1,6 МПа. Давление ограничено кольцевым сварным швом крышки с кожухом. Для давлений 2,5 МПа и выше применяют ИУ (U-образные трубки) или ИП (плавающая головка) с фланцевой крышкой.
Число трубок определяется диаметром кожуха и расположением трубок в решётке (шаг, схема — квадрат или треугольник). Ориентировочно для ИНВ-325: 130–170 трубок 20×2 мм. Точное значение — из каталога производителя или проектного расчёта по ГОСТ 14244.
Ориентировочная стоимость испарителя ИНВ-325-1,6-М (сталь 20, площадь 25–35 м²) — 400 000–700 000 рублей. Нержавеющий ИНВ-325-1,6-ХХ — 700 000–1 200 000 рублей. Финальная цена зависит от площади теплообмена, материалов, комплектности (с/без крышек, патрубков, опор). Запросите КП у S22.