Патент на изобретение №2306516

(54) КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменным аппаратам, которые могут использоваться в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Технический результат – повышение эффективности работы. Это достигается тем, что кожухотрубный теплообменный аппарат содержит разделенную перегородкой распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, которые фиксируются крепежным элементом типа резьбовой шпильки, расположенными по оси кожуха, линзовый компенсатор и штуцера для межтрубного и трубного пространства. 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 пространства 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. ССР №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 пространства (прототип).

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

Технический результат – повышение эффективности его работы.

Это достигается тем, что в кожухотрубном теплообменном аппарате, содержащем распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, линзовый компенсатор и штуцера для межтрубного и трубного пространства, распределительная камера разделена перегородкой, а перегородки с сегментными вырезами фиксируются крепежным элементом типа резьбовой шпильки, расположенным по оси кожуха, при этом отношение наружного диаметра D_H кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_H/L=0,14…0,26, отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_H кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_H=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_H кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_H/D_y=D_H/D_y1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9…4,0.

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

Кожухотрубный теплообменный аппарат содержит распределительную камеру 2 с крышкой 1, соединенную с кожухом 3, теплообменные трубы 4 длиной L, перегородки 5 с сегментными вырезами, линзовый компенсатор 6, штуцера 7 для межтрубного пространства, штуцера 9 для трубного пространства и крышку 8. Распределительная камера 2 разделена перегородкой 10, а перегородки 5 с сегментными вырезами фиксируются крепежным элементом 11 типа резьбовой шпильки, расположенным по оси кожуха 3, имеющего наружный диаметр D_H. Диаметры условного прохода штуцеров 9 для трубного пространства равны D_y, a штуцеров 7 для межтрубного пространства равны D_y1.

Соотношения параметров описываемого теплообменного аппарата выбраны исходя из следующего:

отношение наружного диаметра D_H кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_H/L=0,14…0,26 – это влияет на производительность аппарата в целом; отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_H кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_H=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_H кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_H/D_y=D_H/ 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 теплообменный аппарат работает следующим образом.

Хладагент поступает и выходит через штуцера 9 для трубного пространства, циркулируя в теплообменных трубах 4, в то время как среда (вода или газ) поступает через штуцера 7 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 и холодильники предложенной конструкции могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть одно-, 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 кожухотрубных 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 теплообменный аппарат, содержащий распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, линзовый компенсатор и штуцера для межтрубного и трубного пространства, отличающийся тем, что распределительная камера разделена перегородкой, а перегородки с сегментными вырезами фиксируются крепежным элементом типа резьбовой шпильки, расположенным по оси кожуха, при этом отношение наружного диаметра D_H 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_H кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_H=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_H 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_H/D_y1 и находится в оптимальном интервале величин 1,9…4,0.

РИСУНКИ