Патент на изобретение №2334187

(54) ТЕПЛООБМЕННИК

(57) Реферат:

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках с U-образными и прямыми трубами в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности для подогрева и охлаждения жидких и газообразных сред. Теплообменник содержит кожух с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубной решетке, поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве. Кожух снабжен патрубками ввода и вывода межтрубной среды, а к его фланцу прикреплена коллекторная камера с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенная с одним из торцов кожуха, прилегающим к трубной решетке, и снабженная патрубками ввода и вывода трубной среды. Согласно изобретению перед патрубком вывода в кожухе установлена сплошная поперечная перегородка, а за патрубком вывода – дополнительные поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, причем сплошная перегородка снабжена перепускными каналами, имеющими выход в последней перегородке перед трубной решеткой. При таком выполнении повышается интенсивность теплообмена за счет ликвидации застойных зон. 1 ил.

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках с U-образными и прямыми трубами в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности для подогрева и охлаждения жидких и газообразных сред.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру, соединенную с одним из торцов кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку и продольные теплоизолированные перегородки, установленные по оси коллекторной камеры и кожуха (патент РФ №2282808, МПК F28D 17/16, опубл. 27.08.2006, бюл. №24).

В известной конструкции межтрубная среда движется вдоль трубок пучка теплообменных труб, и интенсивность теплообмена без специальных мер, усложняющих конструкцию и увеличивающих гидросопротивление (например, установка турбулизаторов), невелика. Кроме того, в районе входного и выходного патрубков со стороны трубной решетки известного теплообменника существуют застойные зоны, обусловленные необходимостью размещения патрубков на определенном расстоянии от фланца кожуха теплообменника (ГОСТ 12815-80, ГОСТ 12821-80) и требованиями по соблюдению расстояния между швами патрубков и швом фланца кожуха (ОСТ 29291-94).

Наиболее близким по технической сущности является кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком U-образных теплообменных труб, закрепленных в трубной решетке и пронизывающих поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенную с одним из торцов кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды (П.И.Бажан, Г.Е.Каневец, В.М.Селиверстов. Справочник по теплообменным аппаратам. – М.: Машиностроение, 1989, стр.10, рис.1.3 «в»).

Данный теплообменник из-за поперечного обтекания трубок повышает интенсивность теплообмена между межтрубной средой и стенками трубок трубного пучка, но обладает теми же недостатками, что и аналог, обусловленными наличием застойных зон или зон с низкими скоростями течения межтрубной среды в пространстве между выходным патрубком и трубной решеткой. Кроме того, в некоторых случаях целесообразно по конструктивным соображениям или для удобства обслуживания размещать выходной патрубок на некотором удалении от фланца, но ни аналог, ни прототип такими возможностями не обладают.

Задачей изобретения является ликвидация застойных зон в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника с поперечными перегородками, а следовательно, повышение интенсивности теплообмена и кпд теплообменника. Дополнительно решается задача расширения технических возможностей по монтажу практически на любом уровне кожуха входных и выходных патрубков для подвода и вывода межтрубной среды. Эта возможность позволит упростить монтаж и обслуживание теплообменников.

Задача решается путем изменения конструкции известного теплообменника.

Предлагаемый теплообменник содержит кожух с пучком теплообменных труб, например U-образных, закрепленных в трубной решетке и пронизывающих поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве. Кожух снабжен патрубками ввода и вывода межтрубной среды, а к его фланцу прикреплена коллекторная камера с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенная с одним из торцов кожуха, прилегающим к трубной решетке, и снабженная патрубками ввода и вывода трубной среды. Согласно изобретению перед патрубком вывода в кожухе установлена сплошная поперечная перегородка, а за патрубком вывода – дополнительные поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, причем сплошная перегородка снабжена перепускными каналами, имеющими выход в последней перегородке перед трубной решеткой.

Сущность решения поясняется чертежом.

На приведенном чертеже изображен продольный разрез теплообменника.

Теплообменник состоит из трубной решетки 1 с установленными в ней теплобменными трубами 2, составляющими пучок U-образных теплообменных труб. Пучок теплообменных труб заключен в кожух 3, имеющий крышку 4 с входным патрубком 5 и фланец 6. На цилиндрической части кожуха 3 смонтирован выходной патрубок 7. В кожухе с равномерным шагом установлены поперечные перегородки 8, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, существенно повышающие эффективность теплообмена и удлиняющие путь межтрубной среды. Непосредственно перед выходным патрубком 7 установлена сплошная перегородка 9, снабженная перепускными каналами для межтрубной среды в виде труб 10. Эти трубы имеют выход в последней перегородке перед трубной решеткой. Трубная решетка 1 с пучком труб 2 установлена и уплотнена между фланцем 6 кожуха 3 и фланцем 11 коллекторной камеры 12 с помощью шпилек 13 с гайками 14. Продольная перегородка 15 разделяет коллекторную камеру на две полости – входную 16 и выходную 17, с патрубками соответственно входным 18 и выходным 19 для трубной среды. Перепускными каналами (трубами 10) целесообразно сообщать тупиковую зону перед сплошной перегородкой 9 с тупиковой зоной перед трубной решеткой 1, но эта задача технологически и конструктивно не всегда осуществима.

Теплообменник работает следующим образом.

Рабочая среда (трубная среда), например подогреваемый природный газ, через патрубок 18 подается во входную полость 16 коллекторной камеры 12 и далее через трубную решетку 1 по теплообменным трубам 2, заполняющим полость кожуха 3, через другую половину трубной решетки поступает в выходную полость 17 коллекторной камеры 12, откуда через выходной патрубок 19 отводится, например, к газовому редуктору для понижения давления до заданного уровня. В процессе движения по теплообменным трубам 2 газ нагревается до необходимой температуры, исключающей замерзание влаги на деталях редуктора. Теплообменные трубы 2, по которым движется подогреваемый газ, нагреваются теплоносителем (межтрубной средой), поступающим через входной патрубок 5 при обтекании им трубок 2. Поток теплоносителя движется в полости кожуха 3 зигзагообразно между поперечными перегородками 8. Дойдя до сплошной перегородки 9, теплоноситель по трубам 10 устремляется к плоскости трубной решетки 1 и попадает в полость между последней перегородкой 8 и трубной решеткой 1. Из этой полости теплоноситель также зигзагообразно, но в противоположном направлении, движется к выходному патрубку 7. Процесс теплообмена между рабочим телом и теплоносителем идет интенсивно во всем объеме кожуха теплообменника, т.к., в отличие от известных решений, в полости под выходным патрубком установлены, как и в остальном объеме кожуха, поперечные перегородки, обеспечивающие движение теплоносителя поперек теплообменных трубок.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб, закрепленных в трубной решетке, поперечными перегородками, создающими поперечные потоки в межтрубном пространстве, и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенную с одним из торцов кожуха, прилегающим к трубной решетке, и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды, отличающийся тем, что перед патрубком вывода в кожухе установлена сплошная поперечная перегородка, а за патрубком вывода дополнительные поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, причем сплошная перегородка снабжена перепускными каналами, имеющими выход в последней перегородке перед трубной решеткой.

РИСУНКИ