ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1995 года по МПК F28D7/10 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в различных областях техники, в частности, в энергетике в трубопроводах тепловых и атомных электростанций, в системах химической и нефтеперерабатывающей промышленности и дp.

Известен вертикальный теплообменный аппарат, содержащий размещенные в корпусе с крышками, имеющими патрубки входа и выхода нагреваемой жидкости, верхнюю и нижнюю трубные решетки с закрепленными в них трубами [1]
Недостатком указанного устройства является низкая эксплуатационная надежность при работе с рабочими средами, имеющими разные давления, так как в случае нарушения герметичности одной из труб, либо при появлении утечек в местах крепления труб происходит смешивание рабочих сред, что недопустимо при работе со средами, содержащими опасные для жизни токсичные или радиоактивные вещества, и низкие теплотехнические характеристики из-за использования теплообменной поверхности, не обеспечивающей максимальной тепловой нагрузки.

Целью изобретения является защита рабочих сред от перемешивания при потере герметичности и улучшение теплотехнических характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальный теплообменный аппарат, содержащий размещенные в корпусе с крышками, имеющими патрубки входа и выхода нагреваемой жидкости, верхнюю и нижнюю трубные решетки с закрепленными в них трубами, снабжен распределительной камерой с патрубками для подачи греющего пара и слива конденсата, установленной коаксиально корпусу, на боковой поверхности которого выполнены отверстия и в последних последовательно друг над другом по высоте корпуса и под острым углом к поверхности нижней трубной решетки установлены и герметично закреплены дополнительные трубы, одни концы которых заглушены и размещены в полости корпуса, а другие в полости распределительной камеры, при этом части полости корпуса над нижней трубной решеткой и над дополнительными трубами заполнены теплопроводным материалом, а его незаполненная часть имеет дренажный канал, сообщенный с дренажной линией.

Кроме того, размещенные в распределительной камере концы дополнительных труб выполнены выступающими за наружную поверхность корпуса.

Целесообразно также выполнить длину выступающих концов дополнительных труб, размещенных в распределительной камере, последовательно уменьшающейся по высоте корпуса в направлении к верхней трубной решетке.

При этом на размещенных в распределительной камере выступающих концах дополнительных труб со стороны, обращенной к нижней трубной решетке, выполнены продольные прорези для слива конденсата.

На фиг. 1 схематично изображен вертикальный теплообменный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1 в увеличенном масштабе; на фиг. 4 изображена часть вида теплообменного аппарата, в котором выступающие концы дополнительных труб, размещенные в распределительной камере, имеют разные длины.

Вертикальный теплообменный аппарат содержит корпус 1 с крышками 2 и 3, имеющими патрубок 4 для входа нагреваемой жидкости и патрубок 5 для выхода нагреваемой жидкости. Трубы 6 закреплены в верхней и нижней трубных решетках 7 и 8. На корпусе 1 установлены полый цилиндр 9 с фланцами 10 и 11, образующими распределительную камеру 12 с патрубком 13 для подачи греющего пара и патрубком 14 для слива конденсата греющего пара. На боковой поверхности корпуса 1 выполнены отверстия, в которых друг над другом по высоте корпуса 1 и под острым углом к поверхности нижней трубной решетки 8 герметично закреплены дополнительные трубы 15, одни концы которых размещены внутри корпуса 1 и перекрыты заглушками 16, а другие в полости распределительной камеры 12.

Часть полости корпуса 1 над нижней трубной решеткой 8 и над дополнительными трубами 15 заполнена теплопроводным материалом 17, который выбирают в зависимости от уровня температур в теплообменом аппарате. В качестве теплопроводного материала могут быть использованы, например, свинец, олово, натрий, сплав Розе, сплав д'Арсе, сплав Вуда, органические соединения: нафталин, глицерин и т.п. Характеристики некоторых из них приведены в книге О.Г. Верховцева и др. Практические советы мастеру-любителю. Электротехника, электроника, материалы и их обработка. Л. Энергоатомиздат, 1987, с.138.

Пространство корпуса 1 под верхней трубной решеткой 7 и над теплопроводным материалом 17 сообщено посредством дренажного канала 18 с дренажной линией (на чертеже не показана), в котоpой давление меньше, чем давление нагреваемой жидкости и греющего пара.

Для предотвращения залива конденсатом греющего пара дополнительных труб 15 и обеспечения беспрепятственного прохода греющего пара во внутреннюю полость дополнительных труб 15 их располагают под острым углом к поверхности нижней трубной решетки 8, а также концы их, размещенные в распределительной камере 12, выполняют выступающими за наружную поверхность корпуса 1. Целесообразно для достижения указанной цели выполнять каждый выступающий конец дополнительных труб 15, размещенных в распределительной камере 12, с длиной, уменьшающейся по высоте корпуса 1 в направлении к верхней трубной решетке 7, а также выполнять на каждом из указанных концов дополнительных труб 15 со стороны, обращенной к нижней трубной решетке 8, продольные прорези 19 для слива конденсата греющего пара.

Для устранения температурных деформаций на корпусе 1 размещен компенсационный узел 20.

В нижней части корпуса 1 над нижней трубной решеткой 8 расположены патрубок 21 для сообщения полости корпуса 1, заполненной теплопроводным материалом 17, с емкостью для теплопроводного материала (на чертеже не показана) с целью поддержания расчетного объема теплопроводного материала.

Вертикальный теплообменный аппарат работает следующим образом.

Нагреваемая жидкость подается в трубы 6 через патрубок 4 и выводится через патрубок 5. Греющий пар подается в распределительную камеру 12 через патрубок 13, откуда он поступает в полость дополнительных труб 15. Нагреваемая жидкость при движении по трубам 6 отбирает тепло от греющего пара, которое передается от стенок дополнительных труб 15 к стенкам труб 6 через расплавленный теплопроводный материал 17, которым заполнена полость корпуса 1 над нижней трубной решеткой 8 и над дополнительными трубами 15. Образующийся конденсат греющего пара беспрепятственно за счет соответствующего конструктивного выполнения концов дополнительных труб 15, размещенных в распределительной камере 12, поступает в нижнюю часть камеры 12 и через патрубок 14 сливается.

В случае потери герметичности труб 6 или 15, а также при возникновении утечек нагреваемой жидкости или греющего пара в местах соединения труб 6 и 15 соответственно с трубными решетками 7 и 8 и корпусом 1 не происходит смешивания нагреваемой жидкости и греющего пара, так как в теплообменном аппарате пространство корпуса 1 над нижней трубной решеткой 8 и над дополнительными трубами 15 заполнено теплопроводным материалом 17, препятствующим смешиванию рабочих сред, а также предусмотрено сообщение пространства корпуса 1 под верхней трубной решеткой 7 и над теплопроводным материалом 17 с дренажной линией, давление в которой меньше, чем давление нагреваемой жидкости и греющего пара.

Для обеспечения возможности отключения аварийных дополнительных труб 15 путем установки в них заглушек, в цилиндре 9 можно выполнить ремонтные люки (на чертеже не показаны) и герметично закрыть их крышками.

Наименование теплопроводного материала и температуру его плавления выбирают так, чтобы он находился в расплавленном состоянии при работе теплообменного аппарата. В таком случае при разрыве труб рабочая среда попадает в расплавленный теплопроводный материал и выходит через него в дренажную линию. При этом исключается нежелательное взаимодействие рабочих сред, например питьевой воды, греющим паром, содержащим опасные для жизни токсичные или радиоактивные вещества.

В предложенном вертикальном теплообменном аппарате поверхности теплообмена спроектированы так, что они работают с максимальной тепловой нагрузкой. Это достигается путем соответствующего конструктивного выполнения аппарата, а также использованием теплопроводного материала, выполняющего функцию средства, препятствующего перемешиванию рабочих сред и служащего одновременно поверхностью теплообмена.

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого вертикального теплообменного аппарата возникает за счет предотвращения нежелательного проникновения одной рабочей среды, обладающей токсичными или радиоактивными свойствами, в другую в случае потери герметичности теплообменных поверхностей, а также за счет передачи максимальной тепловой нагрузки, что улучшает теплотехнические характеристики и одновременно повышает надежность и эффективность его эксплуатации.

Использование: в различных областях энергетики, в частности, в трубопроводах тепловых и атомных электростанций. Сущность изобретения: теплообменник снабжен полым цилиндром. Он установлен в корпусе и образует с ним камеру с патрубками для подачи греющего пара и слива его конденсата. На боковой поверхности корпуса выполнены отверстия. В них друг над другом по высоте корпуса и под острым углом к поверхности верхнего торца нижней трубной решетки герметично закреплены дополнительные трубы. Одни концы дополнительных труб размещены внутри корпуса и заглушены. Другие концы размещены в камере. Полость корпуса над нижней трубной решеткой и над дополнительными трубами заполнена теплопроводным материалом. Пространство корпуса под верхней трубной решеткой и над теплопроводным материалом сообщено с дренажной линией. Концы дополнительных труб, размещенные в камере, выступают за наружнюю поверхностью корпуса. Выступающие концы дополнительных труб, размещенные в камере, имеют длину, уменьшающуюся по высоте корпуса в направлении к верхней трубной решетке. На них могут быть выполнены продольные прорези для слива конденсата греющего пара со стороны, обращенной к нижней трубной решетке. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий размещенные в корпусе с крышками, имеющими патрубки входа и выхода нагреваемой жидкости, верхнюю и нижнюю трубные решетки с закрепленными в них трубами, отличающийся тем, что, с целью защиты рабочих сред от перемешивания при потере герметичности и улучшения теплотехнических характеристик путем передачи максимальной тепловой нагрузки, он снабжен распределительной камерой с патрубками для подачи греющего пара и слива его конденсата, установленной коаксиально корпусу, на боковой поверхности которого выполнены отверстия и в них последовательно одна над другой по высоте корпуса и под острым углом к поверхности нижней трубной решетки установлены и герметично закреплены дополнительные трубы, одни концы которых заглушены и размещены в полости корпуса, а другие в полости распределительной камеры, при этом часть полости корпуса над нижней трубной решеткой и над дополнительными трубами заполнена теплопроводным материалом, а его незаполненная часть снабжена дренажным каналом, сообщенным с дренажной линией. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что размещенные в распределительной камере концы дополнительных труб выполнены выступающими за наружную поверхность корпуса. 3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что длина выступающих концов дополнительных труб, размещенных в распределительной камере последовательно уменьшается по высоте корпуса в направлении к верхней решетке. 4. Аппарат по пп.1-3, отличающийся тем, что на размещенных в распределительной камере выступающих концах дополнительных труб со стороны, обращенной к нижней трубной решетке, выполнены продольные прорези для слива конденсата.