ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1995 года по МПК F28D7/12 F28F9/18 

Изобретение относится к химической аппаратуре для проведения процессов, протекающих с участием жидких и газообразных веществ и с поглощением или выделением тепла.

Известны теплообменники различных конструкций, предназначенные, в частности, для проведения химических процессов в одной или обеих средах, обменивающихся теплом.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является известный теплообменник, содержащий корпус с крышкой, первую и вторую трубные решетки, параллельно расположенные на одном из торцов корпуса и образующие между собой камеру для одной из теплообменивающихся сред, футеровку, расположенную на внутренних поверхностях корпуса, крышки и первой трубной решетки, наружные трубы, соединенные сваркой с втулками одними концами, а другими заглушенными концами помещенные в корпус, причем втулки приварены к футеровке первой решетки, внутренние трубы, коаксиально размещенные внутри наружных труб и закрепленные во второй трубной решетке, штуцеры ввода и вывода рабочих сред, при этом первая трубная решетка для обеспечения ремонтопригодности выполнена из двух концентрических частей, а ее футеровка соединена по периметру с наружной из этих двух частей.

Обеспечивая ремонтопригодность аппарата, данная конструкция тем не менее имеет следующие недостатки: сложность конструкции аппарата и необходимость демонтажа центральной части трубной решетки для обслуживания сварных соединений наружных труб с втулками; невысокая эксплуатационная надежность в связи с расположением деталей крепления частей трубной решетки внутри аппарата, что усугубляется их контактом с рабочей средой; недостаточная жесткость первой трубной решетки (по сравнению с монолитной), что создает более высокие напряжения изгиба в сварных соединениях втулок с футеровкой и с наружными трубами.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение ее надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с крышкой, первую и вторую трубные решетки, установленные параллельно одна другой на одном из торцов корпуса и образующие между собой камеру для теплоносителя, футеровку, расположенную на внутренних поверхностях корпуса, крышки и первой трубной решетки, наружные трубы, которые со стороны открытых концов соединены сварными швами с втулками, расположенными коаксиально этим трубам и связанными сварными швами с футеровкой первой трубной решетки, а вторыми заглушенными концами помещены в корпус, внутренние трубы, коаксиально размещенные внутри наружных труб и закрепленные во второй трубной решетке, патрубки ввода и вывода рабочих сред, первая трубная решетка выполнена монолитной, а втулки, к которым приварены наружные трубы, проходят через отверстия в первой трубной решетке и соединены сварными швами также с поверхностью первой трубной решетки, обращенной к ее футеровке.

Выполнение в предложенной конструкции втулок, проходящими насквозь через отверстия в первой трубной решетке, и приварка этих втулок к трубной решетке только с одного торца исключает возникновение температурных напряжений (особенно на пусковом режиме) между втулками и трубной решеткой, а выполнение этого соединения со стороны футеровки разгружает сварное соединение втулки с футеровкой. Конструкция позволяет обеспечить надлежащую ремонтопригодность аппарата при выполнении первой трубной решетки монолитной, что упрощает конструкцию аппарата в целом и повышает ее эксплуатационную надежность.

На фиг. 1 изображен продольный разрез общего вида предлагаемого теплообменника; на фиг. 2 - часть разреза общего вида в другом варианте.

В соответствии с фиг. 1 теплообменник включает вертикальный футерованный корпус 1, футерованную крышку 2, расположенные внутри корпуса теплообменные элементы, состоящие из двух концентрически расположенных труб 3 и 4. Наружные трубы 3 приварены к промежуточным втулкам 5, которые, в свою очередь, приварены к первой трубной решетке 6 со стороны футеровки и к футеровке 7 с обеспечением конструктивного зазора между сварными швами втулка - футеровка и втулка - трубная решетка. Для ввода и вывода рабочих сред имеются штуцеры 8-11. Вторая трубная решетка 12 соединена с внутренними трубами 4 теплообменных элементов и уплотнена между корпусом 1 и нижней крышкой 13. Расположение сварных соединений наружных теплообменных труб с втулками со стороны поверхности первой трубной решетки, обращенной к трубному пространству, обеспечивает свободный доступ к этим швам.

В варианте конструкции, изображенном на фиг. 2, поверхность первой трубной решетки 6 для большей надежности защищена коррозинно-стойкой наплавкой 14, к которой в этом случае и приварены втулки 5, а вторая трубная решетка 12 приварена к нижней крышке 13, что уменьшает количество уплотнительных поверхностей.

Во всех вариантах выполнения предложенной конструкции, благодаря тому, что футеровка 7 первой решетки выполнена из листа, создается конструктивный зазор между сварным швом втулка - решетка и сварным швом втулка - футеровка, что создает возможность контроля на герметичность сварных швов втулка - футеровка как в процессе изготовления, так и в процессе эксплуатации.

Теплообменник предназначен для проведения внутри его корпуса химических процессов с участием коррозионно-активных жидкостей и газов при повышенных температурах и давлениях, при одновременном подводе или отводе тепла через теплообменные трубы с помощью теплоносителя. Теплообменник может, в частности, быть использован в качестве реактора синтеза меламина из карбамида в присутствии аммиака при температурах 350-450^оС и давлениях 50-300 кгс/см². Коррозионность среды требует применения сплавов на основе никеля или титана.

При работе теплообменника в качестве реактора синтеза меламина через штуцер 9 в корпус 1 вводят расплав карбамида и аммиак. Внутри корпуса протекает процесс синтеза меламина, и продукты реакции (меламин, аммиак, двуокись углерода) выводятся через штуцер 10.

Теплоноситель вводиться через штуцер 8, он проходит по внутренним трубам 4, по кольцевому пространству между внутренними трубами и наружными трубами, через камеру, образованную трубными решетками 6 и 12, и выводится через штуцер 11.

При необходимости ремонта сварных соединений труб 3 с втулками 5 разъединяют фланцевое соединение, снимают крышку 13, извлекают решетку 12 вместе с трубами 4 и создают свободный доступ к указанным сварным соединениям.

Аналогичный порядок действий имеет место при необходимости замены одной или нескольких труб 3.

В случае, если появляется пропуск через сварное соединение втулки 5 с футеровкой 7, доступ к такому сварному соединению обеспечивается удалением части труб 3.

Конструкция теплообменника согласно изобретению позволяет по сравнению с прототипом повысить эксплуатационную надежность, упростить обслуживание и сократить трудозатраты на ремонт.

Повышение эксплуатационной надежности обеспечивается за счет снижения напряжений в сварных соединениях втулок с футеровкой и с наружными трубами, так как первая трубная решетка в монолитном исполнении имеет большую жесткость чем трубная решетка из двух частей (центральная и периферийная); исключения крепежа, соединяющего обе части трубной решетки.

Сокращение времени на ремонт обеспечивается тем, что для доступа к сварным соединениям теплообменные трубы - втулки исключаются операции по демонтажу и монтажу центральной части трубной решетки.

Сущность изобретения: упрощение конструкции и повышение надежности обеспечивается установкой втулок 5 в отверстиях первой трубной решетки 6 и дополнительного их соединения с ней сварными швами, расположенными со стороны футеровки 7. 2 ил.

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий корпус с крышкой, первую и вторую трубные решетки с отверстиями под трубы, установленные параллельно одна другой на одном торце корпуса и образующие между собой камеру для теплоносителя, футеровку, расположенную на внутренних поверхностях корпуса, крышки и первой трубной решетки, наружные трубы, заглушенные с одного торца и соединенные открытыми торцами с помощью сварных швов с торцами охватывающих их втулок, которые аналогично соединены с футеровкой первой трубной решетки, внутренние трубы, размещенные внутри наружных труб и закрепленные в отверстиях второй трубной решетки, и патрубки для ввода и вывода рабочих сред, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, первая трубная решетка выполнена монолитной, а втулки установлены в ее отверстиях и соединены с ней сварными швами, расположенными со стороны футеровки.