Патент на изобретение №2306515

(54) КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

(57) Реферат:

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменным аппаратам. Технический результат – повышение эффективности их работы. Это достигается тем, что кожухотрубный теплообменник содержит распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, и штуцера для межтрубного и трубного пространства. Распределительная камера разделена перегородкой, а со стороны, противоположной распределительной камере, в крышке кожуха размещена плавающая головка. При этом отношение наружного диаметра кожуха к длине теплообменных труб в данном аппарате составляет 0,14…0,26; отношение диаметра теплообменных труб к наружному диаметру кожуха равно 0,02…0,14; общее количество теплообменных труб находится в интервале 13…1701; поверхность теплообмена при длине теплообменных труб, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в интервале 1,0…961 м²; площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в интервале 30…1640 м²; площадь сечения потока между перегородками находится в интервале 50…1870 м²; площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в интервале 40…3750 м²; отношения наружного диаметра D_H кожуха к диаметрам условного прохода штуцеров для трубного и межтрубного пространств соответственно равны и находятся в интервале 1,9…4,0. 1 ил.

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменным аппаратам, которые могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники – для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для этих аппаратов может составлять 20…60 град, в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является кожухотрубный теплообменный аппарат по а.с. СССР №1451519, F28D 7/00, содержащий распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, линзовый компенсатор и штуцера для межтрубного и трубного пространств (прототип).

Недостатком известного кожухотрубного теплообменного аппарата является сравнительно невысокая эффективность его работы.

Технический результат – повышение эффективности его работы.

Это достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, и штуцера для межтрубного и трубного пространства, распределительная камера разделена перегородкой, а со стороны, противоположной распределительной камере, в крышке кожуха размещена плавающая головка, при этом отношение наружного диаметра D_н кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_н/L=0,14…0,26, отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_н кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_н=0,02…0,14, общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13…1701, поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в оптимальном интервале величин 1,0…961 м², площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30…1640 м², площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50…1870 м², площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40…3750 м², отношения наружного диаметра D_н кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_н/D_y=D_н/D_y1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9…4,0.

На чертеже представлен кожухотрубчатый двухходовый (по трубному пространству) теплообменник, выполняющий функции холодильника.

Кожухотрубный теплообменник содержит распределительную камеру 2 с крышкой 1, соединенную с кожухом 3 диаметром D_н, теплообменные трубы 4 длиной L, перегородки 5 с сегментными вырезами, штуцера 6 для межтрубного пространства, штуцера 7 для трубного пространства и крышку 8 кожуха, внутри которой размещена крышка 9 плавающей головки. Распределительная камера 2 разделена перегородкой 10. Диаметры условного прохода штуцеров 7 для трубного пространства равны D_y, а штуцеров 6 для межтрубного пространства равны D_y1.

Незакрепленная на кожухе 3 вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой 9, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует плавающую головку. Предложенная конструкция исключает температурные напряжения в кожухе 3 и трубах 4.

Соотношения параметров описываемого теплообменника выбраны исходя из следующего:

отношение наружного диаметра D_н кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_н/L=0,14…0,26. Это влияет на производительность аппарата в целом; отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_н кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_н=0,02…0,14, этим диапазоном обусловлена эффективность тепломассообмена; общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13…1701; поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в оптимальном интервале величин 1,0…961 м². Этим диапазоном обусловлена эффективность тепломассообмена; площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30…1640 м², площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50… 1870 м², площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40…3750 м² этими диапазонами обусловлено минимальное гидравлическое сопротивление аппарата при сохранении высокой эффективности тепломассообмена, отношения наружного диаметра D_н кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_н/D_y=D_н/D_y1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9…4,0, этими диапазонами обусловлено минимальное гидравлическое сопротивление аппарата при сохранении высокой эффективности тепломассообмена.

Кожухотрубный теплообменик работает следующим образом.

Хладагент поступает и выходит через штуцера 7 для трубного пространства, циркулируя в теплообменных трубах 4, в то время как среда (вода или газ) поступает через штуцера 6 для межтрубного пространства и циркулирует с внешней стороны теплообменных труб 4. Перегородки 5 с сегментными вырезами, установленные в кожухе 3, направляют поток среды, который несколько раз меняет свое направление.

Теплообменники предложенной конструкции могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть двух-, четырех- и шестиходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников также и из латуни. Распределительные камеры и крышки холодильников выполняют из углеродистой стали.

Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор 6) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1,6…8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

Формула изобретения

Кожухотрубный теплообменник, содержащий распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, и штуцера для межтрубного и трубного пространств, отличающийся тем, что распределительная камера разделена перегородкой, а со стороны, противоположной распределительной камере, в крышке кожуха, размещена плавающая головка, при этом отношение наружного диаметра D_н кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_н/L=0,14…0,26, отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_н кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_н=0,02…0,14, общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13…1701, поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в оптимальном интервале величин 1,0…961 м², площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30…1640 м², площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50…1870 м², площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40…3750 м², отношения наружного диаметра D_Н кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_н/D_y=D_н/D_y1 и находятся нв оптимальном интервале величин 1,9…4,0.

РИСУНКИ