Паяные ТО19 марта 2026 г.7 мин

Испаритель ИУ с U-образными трубками

Испаритель ИУ — кожухотрубный аппарат с U-образными трубками, в котором одна среда кипит, получая тепло от другой. U-образный пучок компенсирует температурные деформации и подходит для режимов, где важны прочность и компактное размещение труб.

Инженеры S22 · подбор и поставка теплообменников

Нужен быстрый подбор? Напишите в чат

Проконсультируем и ответим 24/7 примерно за минуту.

ИВ

Инженер-теплотехник

Online · ответ ~1 минута

Подберите теплообменник под мою задачу

Спросить инженера

Отправляя вопрос, вы даёте согласие на обработку персональных данных — политика конфиденциальности

до 6,3 МПарабочее давление ИУ

1 решёткаоба конца трубок в одной

273–800 ммдиаметры кожуха

R≥1,5dмин. радиус U-изгиба

Конструкция ИУ: U-трубки и одна трубная решётка

Четыре горизонтальных кожухотрубных теплообменника с фланцами на тёмном фоне

Ключевая особенность испарителя ИУ — трубки изогнуты в форме буквы U. Оба конца каждой трубки закреплены в одной трубной решётке. Противоположный конец пучка (зона U-изгиба) не закреплён и может свободно перемещаться при тепловом расширении.

Это решает проблему термических напряжений без компенсатора: трубки расширяются, изменяя форму U-петли, но не создавая осевых сил на решётке. Термокомпенсация — конструктивно встроенная.

Схема U-образного трубного пучка

U-пучок: один конец свободен
Решётка — только слева

①

Одна трубная решётка — оба конца трубок в ней. Нет второй решётки и второй крышки. Только одно фланцевое соединение высокого давления.

②

Свободный конец пучка — зона U-изгиба перемещается без ограничений. При нагреве трубки на ΔT = 150°C: ΔL = 12×10⁻⁶ × 3000 × 150 = 5,4 мм — пучок «дышит».

③

Внешние трубки — наибольший радиус изгиба, наименьшее утонение стенки при гибке. Внутренние трубки — наименьший R, выше риск овализации.

④

Нет механической чистки трубок изнутри — U-изгиб непроходим для ёршика. Только химическая промывка CIP через штуцеры.

Почему ИУ — при высоком давлении

В испарителях ИН и ИК обе крышки приварены к кожуху. Кольцевой сварной шов крышки — слабое место при высоком давлении: расчётное давление ограничено 1,6 МПа.

В испарителе ИУ имеется только одна крышка — на стороне трубной решётки. Крышка крепится на болтовых фланцах. Фланцевое соединение надёжно рассчитывается на давление 2,5; 4,0; 6,3 МПа и выше. Со стороны U-изгиба крышки нет вовсе — только кожух, без торцевого узла высокого давления.

CO₂ (R744) — почему требует ИУ

Критическое давление CO₂ = 73,8 бар (7,38 МПа). В трансритических CO₂-системах давление на высокой стороне: 85–120 бар. Испаритель на стороне высокого давления должен выдерживать 12 МПа с запасом. ИУ с трубками 16×2 мм из нержавейки 316L и фланцевой крышкой PN100 — стандартное решение для CO₂-чиллеров супермаркетов и промышленных СО₂-систем.

Ограничение: нельзя механически чистить U-изгиб

Главный недостаток ИУ — недоступность U-изгиба для механической чистки. Прямые участки трубок теоретически можно чистить со стороны трубной решётки, но только до начала изгиба (обычно 150–300 мм). Вся длина U-петли недоступна для ёршика или гидроструйного устройства.

Что можно чистить в ИУ

Межтрубное пространство — CIP через штуцеры
Прямые участки трубок (только до изгиба)
Внутреннее пространство крышки — после вскрытия
Наружная поверхность U-пучка — при извлечении пучка

Что нельзя чистить в ИУ

U-изгиб трубок — механически недоступен
Трубки изнутри по всей длине (не прямые)
Нельзя применять онлайн-шарики для автоматической чистки
Высокое загрязнение трубок = высокий риск снижения K

Вывод: ИУ применяют там, где загрязнение трубок минимально: хладагент (чистый, без взвесей) — в трубах, охлаждаемая среда — в кожухе (где чистка доступнее). При высоком загрязнении трубной стороны — предпочтительнее аппарат с плавающей головкой (ИП).

Применение: CO₂, пропан, нефтехимические ребойлеры

CO₂ (R744) — трансритические системы

Давление высокой стороны: 85–120 бар
Материал трубок: нержавейка 316L, 1.4404
Фланцы: PN100 (10 МПа)
Применение: CO₂-чиллеры, супермаркеты, логистика
Типоразмер: ИУ-273, ИУ-325
Газоохладитель CO₂ — тоже ИУ или витой аппарат

Пропан R290 и нефтехимия

Давление пропана при +50°C: 16,8 бар; при +100°C: 38 бар
Ребойлеры: рабочее давление 4,0–6,3 МПа
Материалы: 316L, Incoloy 825, Ti Grade 2
Применение: НПЗ, нефтехим. комплексы, ГПЗ
Среда в трубках: хладагент / пар / конденсат
Типоразмер: ИУ-400 – ИУ-800

Особенности проектирования: радиус изгиба и разводка пучка

Проектирование U-пучка требует соблюдения ряда норм:

Минимальный радиус изгиба: R_мин = 1,5d (наружный диаметр трубки). При d = 20 мм — R ≥ 30 мм. Рекомендуется R ≥ 2d для снижения наклёпа и утонения стенки.
Утонение стенки при гибке: на внешней стороне изгиба стенка утоняется. Допустимое утонение — не более 15% номинальной толщины. При необходимости — заказывают трубки с увеличенной толщиной стенки.
Разводка трубок в решётке: шаг в треугольной или квадратной разбивке. U-трубки занимают два отверстия в решётке. Наружные петли — наибольшего диаметра, внутренние — наименьшего.

Почему нет крышки на стороне U-изгиба?

Со стороны U-изгиба у ИУ нет торцевой крышки. Кожух в этой зоне — просто цилиндр с эллиптическим или полусферическим днищем. Это значительно упрощает конструкцию и снижает стоимость по сравнению с аппаратами с плавающей головкой, где нужна сложная герметизирующая система.

Материалы для нефтехимии: 316L, Incoloy 825, Ti Grade 2

Нержавейка 316L (1.4404)

Стойкость к хлоридам до 200 ppm Cl⁻
Стойкость к H₂SO₄ разб., органическим кислотам
Температура: -196°C...+450°C
Применение: фармация, пищепром, нефтехим.
Цена: базовая для нержавейки

Incoloy 825 (UNS N08825)

Ni-Fe-Cr-Mo сплав с Cu и Ti
Стойкость к H₂SO₄, HCl, H₂S, морской воде
Пригоден при кислотах высокой концентрации
Применение: НПЗ, ГПЗ, кислотные среды
Цена: в 3–4 раза дороже 316L

Титан Grade 2 (ВТ1-0)

Неограниченные хлориды — идеал для морской воды
Стойкость к HNO₃, щелочам, органическим средам
Лёгкий (плотность 4,5 г/см³ vs 8,0 у нержавейки)
Применение: морская вода, хлорщелочь, азотная к-та
Цена: в 5–8 раз дороже 316L

Сталь 09Г2С (кожух)

Кожух и кожухотрубные решётки при T до -70°C
Хладостойкость — ударная вязкость при низких T
Применение: аммиачные и CO₂-системы
Стандартный выбор для наружного корпуса ИУ при NH₃/CO₂
Цена: базовая

Таблица давлений хладагентов: зачем нужен ИУ

Давление насыщения основных хладагентов

Хладагент	P при +40°C, МПа	P при +60°C, МПа	Тип испарителя
R134a	1,02	1,68	ИН или ИК (≤1,6 МПа)
R407C	1,82	2,97	ИУ при P>1,6 МПа
R410A	2,42	3,93	ИУ (обязателен)
NH₃ (R717)	1,55	2,33	ИХ или ИУ при P>1,6 МПа
Пропан R290	1,37	2,11	ИУ при высоком T
CO₂ (R744) транскрит.	7,2–12,0	до 12,0	ИУ (обязателен)
R32	2,49	4,00	ИУ (обязателен)
R22 (старый)	1,53	2,43	ИУ при P>1,6 МПа

Сравнение ИН, ИК, ИУ по 9 параметрам

Параметр	ИН	ИК	ИУ
Макс. давление	1,6 МПа	1,6 МПа	6,3+ МПа
Термокомпенсация	Нет	Компенсатор	U-изгиб (встроена)
Мех. чистка трубок	Да	Да	Нет
Кол-во решёток	2	2	1
CO₂, R410A, R32	Нет	Нет	Да
Стоимость (относит.)	1,0	1,15–1,25	1,2–1,5
Извлечение пучка	Нет	Нет	Да (после снятия крышки)
Нефтехимия, ребойлеры	Нет	Нет	Да
Чиллеры HFC ≤500 кВт	При ΔT≤50°C	Оптимально	При P>1,6 МПа

Типоразмеры ИУ: диаметры 273–800 мм, давление 2,5–6,3 МПа

Ø273F: 10–20 м²
до 6,3 МПа
CO₂, пропан

Ø325F: 18–35 м²
до 6,3 МПа
CO₂, R410A

Ø400F: 30–60 м²
до 4,0 МПа
нефтехим.

Ø500F: 55–100 м²
до 4,0 МПа
ребойлеры

Ø600F: 80–150 м²
до 2,5 МПа
нефтехим.

Ø800F: 140–250 м²
до 2,5 МПа
крупные ребойл.

Q ориентировочная: K=900–1400 Вт/м²·К (зависит от хладагента и скоростей). Длина прямого участка 1,5–4 м.

Подбор испарителя ИУ для высокого давления

Рассчитаем ИУ под CO₂, пропан, R410A или нефтехимическую среду — КП и чертежи

Запросить КП на ИУ

Часто задаваемые вопросы

ИУ — кожухотрубный испаритель, в котором трубки изогнуты в форме буквы U. Оба конца каждой трубки крепятся в одной трубной решётке — противоположный конец пучка свободен. При нагреве трубки расширяются, свободно перемещаясь за счёт изгиба U-петли. Термические напряжения практически отсутствуют.

В испарителях ИУ имеется только одна трубная решётка с одной торцевой крышкой. Крышка крепится на фланцах — это прочный разъёмный узел, выдерживающий давление 2,5–6,3 МПа и более. У ИН и ИК крышки приварены к кожуху, что ограничивает давление до 1,6 МПа. Именно поэтому ИУ — стандартный выбор для CO₂, пропана и нефтехимических ребойлеров.

Стандартные испарители ИУ по ГОСТ 14244 выпускаются на рабочее давление 2,5; 4,0 и 6,3 МПа. Специальные исполнения — до 10 МПа и выше. Давление ограничено прочностью фланцевого соединения крышки и толщиной стенки трубок, но не геометрией пучка.

Нет. Механическая чистка ёршиком или гидроструйным прутком через U-изгиб невозможна: трубка не прямая, инструмент не проходит через петлю. Это главный недостаток ИУ. Внутреннюю (трубную) сторону можно чистить только химически (CIP) через штуцеры.

CO₂ (R744) — природный хладагент с нулевым потенциалом глобального потепления (GWP=1). Критическое давление CO₂ = 73,8 бар. В трансритических системах давление высокого давления достигает 90–120 бар (9–12 МПа). Это в 6–8 раз выше, чем у R134a. Только ИУ с фланцевой крышкой и усиленными трубками выдерживает такое давление.

Минимальный радиус изгиба U-трубки по нормам — не менее 1,5d (d — наружный диаметр трубки). При трубке 20×2 мм: R_мин = 1,5 × 20 = 30 мм. На практике применяют R ≥ 2–3d для снижения деформаций при гибке. Крайние (наружные) трубки пучка имеют наибольший радиус, внутренние — наименьший.

Для нефтехимических применений: трубки из нержавейки 316L (стойкость к хлоридам и сероводороду H₂S), Incoloy 825 (Ni-Fe-Cr сплав, стойкий к H₂SO₄, HCl, морской воде), титан Grade 2 (морские и хлоридные среды). Кожух: сталь 09Г2С, 12Х18Н10Т или углеродистая сталь с покрытием.

В ИУ термокомпенсация достигается U-изгибом трубок — нет подвижных уплотнений. В аппарате с плавающей головкой один конец пучка (плавающая головка) свободно скользит в кожухе — пучок можно извлечь целиком для чистки. ИУ дешевле плавающей головки, но не позволяет механически чистить изогнутую часть трубок.

Испарители ИУ выпускаются с диаметрами кожуха 273, 325, 400, 500, 600, 700 и 800 мм. Рабочее давление: 2,5; 4,0; 6,3 МПа. Площадь теплообмена — от 10 до 250 м². Длина прямого участка трубки (половина петли) — 1,5–4 м. Специальные исполнения — до 800 мм и более по запросу.

Ориентировочная стоимость ИУ-500 (нержавейка 316L, давление 4,0 МПа, площадь 60–90 м²) — 2 500 000–4 000 000 рублей. Исполнение из Incoloy 825 или Ti Grade 2 — в 2–3 раза дороже. Стоимость зависит от давления, материала, площади и срочности. Запросите КП у S22.

Особенности конструкции ИУ

Трубки закреплены в решётке и собраны в пучок внутри кожуха. Изгиб позволяет трубам свободно расширяться, однако внутреннюю поверхность U-образного участка сложнее осматривать и очищать, чем прямые трубки.

при подборе проверяют давление, температуры и состав кипящей среды;
контролируют герметичность трубной решётки и отсутствие смешения контуров;
для загрязняющихся продуктов заранее предусматривают способ промывки.

Вопросы и ответы

Для чего в испарителе используют U-образные трубки?

Они компенсируют разницу температурного расширения между трубным пучком и кожухом, снижая напряжения в конструкции.

Где применяют испарители ИУ?

В технологических установках, включая процессы нефтехимии и другие системы, где требуется испарение среды при повышенной нагрузке.

Как проверяют испаритель?

Проверяют герметичность, состояние трубной решётки, чистоту каналов и соответствие материалов рабочей среде.

Можно ли заменить ИУ пластинчатым аппаратом?

Только после проверки давления, фазового перехода, загрязняемости и требований к обслуживанию. Эти аппараты не являются взаимозаменяемыми без перерасчёта.