На НПЗ, как правило, применяются теплообменные аппараты поверхностного типа, которые по способу компоновки в них теплообменной поверхности подразделяются на следующие виды: 1) типа «труба в трубе»; 2) кожухотрубчатые; 3) пластинчатые; 4) воздушного охлаждения.

Теплообменники «труба в трубе» подразделяются на неразборные и разборные, однопоточные и многопоточные. В случае необходимости аппараты могут быть скомпонованы и изготовлены в виде блоков.

Пример условного обозначения теплообменника типа «труба в трубе»:

ТТОН-2-57/108-6,3/4,0 ,
6-Г-М1-У

где ТТОН – неразборный однопоточный элемент теплообменника типа «труба в трубе»; 2 – исполнение 2 (со съемными двойниками); 57/108 – диаметры теплообменных (в числителе) и кожуховых (в знаменателе) теплообменных труб, МПа; 6 – длина труб, м; Г – гладкие трубы; М1 – материальное исполнение (сталь 20); У – климатическое исполнение.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты в зависимости от назначения и конструктивного исполнения подразделяются на следующие типы: аппараты с неподвижными трубными решетками (тип Н) – теплообменники (ТН), холодильники (ХН), конденсаторы (КН), испарители (ИН); аппараты с температурным компенсатором на кожухе (тип К) – теплообменники (ТК), холодильники (ХК), конденсаторы (КК), испарители (ИК); аппараты с плавающей головкой (тип П) – теплообменники (ТП), холодильники (ХП), конденсаторы (КП), испарители (ИП); аппараты с U-образными трубами (тип У) – теплообменники (ТУ)  и испарители (ИУ); испарители термосифонные с неподвижными трубными решетками (ИНТ) и с компенсатором на кожухе (ИКТ); аппараты для повышенных температур и давлений (ТПК).

Аппараты типа Н применяются в тех случаях, когда разность температур кожуха и труб не превышают 15-18°С (конкретные указания  см. соответствующие ТУ). Аппараты типа К следует использовать в тех случаях, когда выдерживаются указанные ниже условия:                      

Для аппаратов, работающих при повышенных температурах и давлениях (ПК), допускается следующая разность удлинения кожуха и труб, ∇l:           

Кожухотрубчатые аппараты могут быть сблокированы. Пример условного обозначения кожухотрубчатого теплообменного аппарата: 1000ТПГ-1,6-М1-25Г-6-К-2-У, где 1000 – диаметр кожуха, мм; Т – теплообменник; П – с плавающей головкой; Г – горизонтальный; 1,6 – условное давление в трубах и кожухе, МПа; М1 – шифр материального исполнения; 25 – диаметр теплообменных труб, мм; Г – трубки гладкие; 6 – длина труб, м; К – расположение труб по вершинам квадрата;
2 – количество ходов по трубному пространству; У – климатическое исполнение.

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты изготавливаются российскими заводами – Тамбовским заводом «Комсомолец», ПО «Стронг» (г. Санкт-Петербург); предприятиями, расположенными на Украине – ОАО «Павлоградхиммаш», Снежнянским заводом химического машиностроения, Черновицким машиностроительным заводом.

В пластинчатых теплообменных аппаратах площадь поверхности теплообмена образуется набором тонких штампованных теплопередающих пластин с гофрированной поверхностью. Аппараты подразделяются на группы по степени доступности для механической очистки и осмотра поверхности теплообмена. У разборных теплообменников пластины отделены одна от другой прокладками, у полуразборных сварены попарно и доступ возможен только со стороны хода одной из рабочих сред. У неразборных теплообменников пластины сварные и доступа в каналы для их механической очистки нет. Площадь поверхности теплообмена пластинчатых теплообменников составляет 1 – 800 м2.

Границы применения различных типов пластинчатых теплообменников приводятся ниже:  

Пластины могут быть изготовлены из углеродистых сталей, коррозионно-стойких сплавов, титана.

Пластинчатые теплообменники изготавливаются и поставляются российскими предприятиями – ЗАО «РИДАН» и ОАО «Машимпекс», украинским ОАО «Павлоградхиммаш», белорусским НПО «Вогез». На российских предприятиях также применяются пластинчатые теплообменники, изготовленные компаниями «Альфа-Лаваль» (Швеция), «Альборн» (Германия), СВЕП (Швеция).

Аппараты воздушного охлаждения (АВО) предназначены для конденсации и охлаждения парообразных, газообразных и жидких сред с температурой от –40 °С до +300°С и давлением до 6,3 МПа. Аппараты подразделяются на типы по расположению теплообменных секций: горизонтальные – малопоточные АВМ-Г, собственно горизонтальные АВГ, для вязких сред АВГ-В, для высоковязких сред АВГ-ВВП, трехконтурные АВГ-Т; вертикальные – малопоточные АВМ-В, зигзагообразные с одним (АВЗ) и двумя (АВЗ-Д) вентиляторами, а также на группы: по количеству рядов труб в секции (4,6,8), по числу ходов в трубном пространстве (1,2,3,4,6,8), по коэффициенту оребрения труб (7,8; 9; 14,6; 22), по материалу (биметаллические и монометаллические), по длине труб (1,5; 3; 4; 6; 8 м).

Особенности аппарата отражаются в его условном обозначении. Например,

АВЗ-22-Ж-16-Б1-ВЗТ-Ц С, 
6-4-6

где АВЗ – тип аппарата; 22 – коэффициент оребрения; Ж – наличие жалюзи; 16 – условное давление в аппарате, кг/см2; Б1 – материальное исполнение; ВЗТ – исполнение электродвигателя; Ц – исполнение механизма поворота лопастей вентилятора; С – северное исполнение; 6 – число рядов труб в аппарате; 4 – число ходов по трубам; 6 – длина трубы, м.

Аппараты воздушного охлаждения выпускаются российскими заводами – ОАО «Борхиммаш», Бугульминским механическим заводом, ОАО «Уралхиммаш» – и Коростеньским заводом химического машиностроения на Украине.

Расчет  теплообменных аппаратов состоит из следующих операций: 1)определение тепловой нагрузки, Вт (ккал/ч); 2)определение средней разности температур; 3) расчет коэффициента теплопередачи, Вт/(м2·К) или ккал/(м2·ч·°С); 4) определение поверхности теплопередачи, м2; 5) определение числа теплообменников выбранного типа, необходимого для регенерации тепла потоков.

Тепловую нагрузку, Q, находят по выражению Q = Gг (qг1 – q г2)h = Gх(qх1 – q х2) ,
где Gг ,Gх – расход горячего и холодного теплоносителя; qг1 ,qг2 – энтальпия горячего теплоносителя при температурах входа и выхода; qх1, qх2-энтальпия холодного теплоносителя при температурах входа и выхода; h - к.п.д. теплообменного аппарата (принимается равным 0,95-0,97)

Среднюю разность температур t находят:
а) в случае противотока и прямотока по выражениям:
t = (rt б + rtм)/2 (при rt б/rtм≤2) 
t = (rt б + rtм)/2,3 lg (rt б / rtм) (при rt б/rtм≥2),
где   rt б , rtм  - наибольшая и наименьшая разности температур между потоками у концов теплообменного аппарата;

б)  в случае смешанного и перекрестного токов, которые имеют место в многоходовых теплообменниках, по выражению t = et₁, где e - поправочный коэффициент, а t₁ – разность температур, вычисленная для противотока. Значения коэффициента e можно найти из справочников.

Коэффициент теплопередачи через стенку рассчитывается по формуле:

            К = 1/[(1/a1) + r1 + (d/l) + r2 + (1/a2) ] .
где a1 , a2 – коэффициенты теплоотдачи от охлаждаемого потока к стенке и от стенки к нагреваемому потоку, Вт/(м2·К) или ккал/(м2·ч·°С); r1 , r2 – сопротивления загрязнения со стороны охлаждаемого и нагреваемого потоков, м2·К/Вт или м2·ч·°С/ккал; d - толщина стенки трубы, м; l - коэффициент теплопроводности материала трубы, Вт/(м·К) или ккал/(м·ч·°С).

Коэффициент теплопроводности различных материалов составляет: 

Формулы для расчета коэффициентов теплоотдачи приведены в справочниках, данные по абсолютным значениям сопротивлений загрязнения – в табл. 14.

Таблица 14

Термические сопротивления загрязнений

¹ В числителе при температуре ниже 50°С, в знаменателе - выше 50°С.
² В числителе при температуре ниже 150°С, в знаменателе - выше 150°С.

В табл. 15 представлены ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи в теплообменных аппаратах технологических установок по переработке нефти.

Таблица 15

Ориентировочные значения коэффициентов теплопередачи