УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ ТРУБНОЙ ДОСКИ И ТРУБ ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 1997 года по МПК F28F19/00 

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для защиты трубной доски и входных и выходных участков труб теплообменников от коррозии.

Известно устройство для защиты трубной доски кожухотрубного теплообменника [1] содержащее плоский экран, в отверстиях которого закреплены втулки, входящие в трубы трубной доски. Втулки установлены с зазором. Зазор между втулкой и входным участком трубы герметизируют, что исключает щелевую коррозию. Втулка со стороны свободного конца снабжена диаметральной перегородкой и имеет в местах соединена с ней надрезы, отогнутые в противоположных сторон перегородки к оси втулки. Это способствует интенсификации теплообмена.

Предлагаемое устройство имеет сложную конструкцию и требует при монтаже дополнительных затрат труда на герметизацию зазоров, что не всегда качественно выполнимо.

Известно также устройство для антикоррозионной защиты теплообменной аппаратуры [2] содержащее гильзы из антикоррозионного материала с буртами, вставленные с зазором в теплообменные трубы так, что бурты закрывают концы труб. Поверхность трубной доски покрыта эластичной пленкой из полимерного антикоррозионного материала, защемленной буртами гильз.

Предлагаемое устройство не исключает кавитацию потока воды на входе в теплообменную трубу, так как кромки гильзы выступают за трубную доску, а сами гильзы имеют прямолинейные входы. Это приводит к коррозии труб и быстрому выходу их из эксплуатации. Кроме того, наличие зазора между гильзой и трубой приводит к щелевой коррозии. Для надежности защемления полимерной пленки требуются дополнительные технические средства.

Наиболее близким по технической сущности является известное устройство для защиты труб от коррозии [3] выполненное в виде размещенной в трубе полой цилиндрической детали с установленной над трубой головкой. Насадка выполнена из антикоррозионного материала, например, из фторопласта или капрона. Головка имеет форму шестигранника. В торце головки со стороны трубы выполнена круговая головка прямоугольного сечения. Внутренняя полость головки имеет форму усеченного конуса, например, с криволинейной образующей, обращенного меньшим основанием навстречу рабочей среде или обращенного большим основанием навстречу рабочей среды.

Такое выполнение насадки позволяет обеспечить защиту теплообменной трубы от контактной и струевой коррозии и равномерную раздачу среды по трубам. Однако, предлагаемая насадка может быть использована в основном для защиты труб от развальцовки.

В случае применения предлагаемой насадки, для развальцованных труб, концы которых выходят за пределы трубной доски, будет образовываться между насадкой и трубой зазор, который приведет к щелевой коррозии. Так как насадка (втулка) на конце имеет фаску, то она создает некий порог турбулентности, который провоцирует возникновения кавитации в полости теплообменной трубы и приводит к ее коррозии. Кроме того, устройство не защищает от коррозии трубную доску.

Цель предлагаемого технического решения заключается в следующем. Как известно, при эксплуатации кожухотрубных теплообменных аппаратов долговечность теплообменных труб недостаточно велика из-за их интенсивной коррозии. Причем наиболее уязвимым для коррозии местом в теплообменнике являются концевые поверхности теплообменных труб, особенно в районе их развальцовки (соединения с трубной доской). Интенсивному коррозионному износу подвергаются также концы труб, выступающие за пределы трубной доски. Корродирует также сама трубная доска. Из-за коррозии происходит разгерметизация полости теплообменника, снижается эффективность его работы, что приводит к выходу теплообменника из действия и дорогостоящему ремонту с заменой теплообменных труб. Разработка эффективных устройств для защиты трубной доски и теплообменных труб теплообменных аппаратов от коррозии является важнейшей задачей теплоэнергетики и энергетического машиностроения. Решение этой задачи с помощью несложных и простых устройств с одновременным обеспечением качественной и эффективной защиты теплообменника от коррозии имеет немаловажное значение в этом вопросе.

Цель изобретения создание устройства, которое бы значительно повысило ресурс, эксплуатационную надежность и защиту теплообменника от коррозии.

Цель достигается тем, что насадка в виде втулки из антикоррозионного материала, имеющей многогранную головку, установлена внутри каждой теплообменной трубы без зазора с натягом, внутренняя поверхность втулки прямолинейна и параллельна оси трубы, а наружная поверхность, втугую прилегающая к внутренней стенке трубы, выполнена с уклоном к оси трубы, за счет чего стенка втулки имеет переменное сечение, уменьшающееся по мере удаления от головки и плавно переходящее в конце втулки на нет, образуя диаметр, равный внутреннему диаметру трубы, а каждая грань многогранной головки снабжена уплотнением в виде легкосминаемого лепестка, установленного в средней части грани перпендикулярно ее плоскости, при этом все грани каждой головки сопряжены с гранями других соседних головок без зазора таким образом, что образуют на трубной доске защитной сплошной экран в виде плоской пластины.

Сопоставительный анализ позволяет сделать вывод, что предложенное устройство отличается от известных тем, что втулка установлена внутри теплообменной трубы без зазора с натягом; что стенка втулки имеет переменное сечение, уменьшающееся по мере удаления от головки и плавно переходящее в конце втулки на "нет"; что каждая грань многогранной головки имеет уплотнение в виде легкосминаемого лепестка; что все грани головок сопряжены между собой таким образом, что образуют на трубной доске защитный экран в виде сплошной плоской пластины.

Совокупность всех этих отличительных признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационной надежности и эффективности защиты от коррозии в целом теплообменника и отдельных его узлов (трубной доски и теплообменных труб).

Установка втулки (насадки) без зазора с натягом обеспечивает плотное прилегание втулки к внутренней поверхности трубы, тем самым исключается щелевая коррозия. Сама же втулка, размещенная внутри трубы, защищает ее расширенную вальцевкой часть от коррозии.

Плавное скругление входной кромки втулки стабилизирует структуру потока на входе в трубу, устраняя этим резкий перепад давления воды на входе, т.е. турбулентное завихрение из-за внезапного расширения (при выходе воды из трубы) или внезапного сужения (при входе воды в трубу). Благодаря тому, что стенка втулки имеет переменное сечение, плавно переходящее в конце втулки на нет, устраняется скачкообразный вход воды в полость теплообменной трубы, исключается турбулентное завихрение, что исключает возникновение кавитационных процессов и, следовательно, предотвращает коррозию.

Лепестки на гранях головок выполняют роль уплотнений, которые обеспечивают надежное сопряжение граней головок между собой, так как при установки насадок лепестки сминаются и заполняют зазоры между гранями. Благодаря этому обеспечивается герметизация сопряженных граней, образуется герметичный сплошной экран, тем самым исключается попадание турбулентного потока охлаждающей воды под экран, т. е. исключается контакт потока воды с трубной доской и обеспечивается ее надежная защита от коррозии.

Простота конструкции, несложная технология изготовления насадок и их монтаж, получение надежной и эффективной защиты теплообменника от коррозии обеспечивают возможность широкого использования предлагаемого устройства в теплоэнергетике и других отраслях промышленности.

На фиг.1 представлено предлагаемое устройство (разрез); на фиг.2 - насадки в сборе, образующие экран (план); на фиг.3 насадка, общий вид; на фиг.4 то же, (план); на фиг.5 схема истечения потока воды в трубе без насадки; на фиг.6 схема истечения потока воды в трубе с насадкой.

Устройство содержит насадку 1, выполненную в виде размещенной в каждой теплообменной трубе 2 теплообменника цилиндрической втулки 3 из антикоррозионного материала, преимущественно из полимера или пластмассы. В готовом виде она должна быть достаточно эластична, гибка и прочна. Втулка 3 имеет отбуртовку в виде многогранной головки 4 (например, шестигранник). По всему периметру головки 4 в средней части каждой грани, перпендикулярное ее плоскости расположены уплотнительные лепестки 5, которые эластичны и легко сминаются при постановке насадок. Входные кромки втулки 3 имеют плавное закругление. Головка 4 втулки 3 имеет цилиндрический кольцевой прилив 6, высота которого колеблется от 6 до 10 мм. Длина втулки 3 выбрана таким образом, чтобы отношение ее к внутреннему диаметру трубы 2 было равно или больше 5. Внутренняя поверхность стенки втулки 3 прямолинейна, а наружная поверхность выполнена с уклоном в сторону конца втулки 3. Благодаря этому втулка 3 имеет переменное сечение, уменьшающееся по мере удаления от головки 4 и плавно переходящее в конце втулки 3 на нет. Диаметр конца втулки 3 равен внутреннему диаметру трубы 2.

Втулка 3 устанавливается в трубе 2 без зазора с натягом (втугую), за счет чего она плотно прилегает к трубе 2.

Установку насадок 1 производят вручную с помощью оправки. Насадки 1 заводят в каждую трубу 2 теплообменника. В результате втулка 3 устанавливается вплотную к трубе 2 и закрывает расширенную вальцовкой часть трубы. При этом кольцевой прилив 6 охватывает развальцованный конец 7 трубы 2, выступающий над трубной доской 8. Своей кольцевой поверхностью прилив 6 плотно прижимается к трубной доске 8. В результате постановки насадки 1 прилив 6 надежно охватывает конец 7 трубы 2 с наружной стороны, исключая контакт его поверхности с потоком охлаждающей воды. За счет плотного прижатия прилива 6 к трубной доске 8 также исключается проникновение в этом месте потока воды к поверхности конца 7 трубы 2.

При постановке насадок 1 на свое место грани головок 4 сопрягают друг с другом. При этом уплотнительные лепестки 5 сминаются и заполняют зазоры между гранями. Образуется их надежное уплотнение. В результате, благодаря плотному прилеганию головок 4 друг к другу всеми своими гранями, образуется герметичный сплошной экран (фиг.2), надежно защищающий трубную доску 8 от контакта с охлаждающей водой, предотвращая этим коррозию.

Надежность удержания насадок 1 на трубах 2 обеспечивают за счет постановки втулок 3 с натягом, а также за счет плотной посадки приливов 6 на концы 7 труб 2.

Пробная установка насадки на одной из труб конденсатора КСК-35 холодильной установки показала, что насадка достаточно надежно удерживается на своем посадочном месте, самопроизвольное выпадание из трубы не наблюдается.

В случае, когда концы 7 труб 2 не выходят за трубную доску 8, насадки 1 могут быть выполнены без кольцевых приливов 6, но при этом должны обязательно присутствовать головки 4 с лепестками 5.

Во время работы теплообменника охлаждающая вода поступает в область трубной доски 8 и проходит через теплообменные трубы 2. При этом поток воды не контактирует с трубной доской 8, т.к. последняя закрыта экраном. Вода также не контактирует с концевыми участками 7 труб 2, т.к. они надежно закрыты насадками 1. При входе в теплообменную трубу 2 поток охлаждающей воды на своем пути не встречает каких-либо препятствий, т.к. входные кромки втулок имеют плавное закругление. По мере дальнейшего продвижения по теплообменной трубке 2 поток воды также не встречает препятствий, т.к. стенка втулки 3 гладкая, прямолинейная, сходящая в конце ее на нет. Поток, без каких-либо завихрений, истекает по трубе 2 и также без завихрений выходит на другом ее конце (фиг.6). В случае отсутствия насадки 1 в трубе 2 в потоке воды на входе выходе трубы 2, возникают кавитационные процессы (фиг.5). Благодаря насадкам 1 в трубе 2 не наблюдаются кавитационные процессы, тем самым исключаются коррозионные разрушения.

Таким образом, в сравнении с известными предложенное техническое решение обеспечивает более надежную и эффективную защиту не только теплообменных труб, но и трубной доски теплообменника.

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: устройство содержит насадку, выполненную в виде размещенной в каждой теплообменной трубе 2 теплообменника втулки 3 из антикоррозийного материала, которая установлена в трубе 2 без зазора 4 с натягом. Втулка 3 имеет шестигранную головку 4, по всему периметру которой в средней части каждой грани перпендикулярно ее плоскости расположены уплотнительные легкосминаемые лепестки 5. Головка 4 снабжена кольцевым приливом, который плотно охватывает концевую часть 7 трубы 2, выступающую за трубную доску 8. Втулка 3 выполнена с переменным сечением, уменьшающимся по мере удаления от головки 4 и плавно переходящим в конец втулки 3 на нет. При постановке насадок в трубы 2 грани головок 4 сопрягаются друг с другом. Лепестки 5 сминаются, заполняют зазоры между гранями, образуя надежное уплотнение. В результате все головки 4 плотно прилегают друг к другу, образуя герметичный сплошной экран, надежно защищающий трубную доску 8 от контакта с охлаждающей водой, предотвращая этим коррозию. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для защиты от коррозии трубной доски и труб теплообменника с преимущественно выступающими над поверхностью доски развальцованными входными или выходными концами, содержащее насадку в виде размещенных в трубах втулок из антикоррозионного материала, имеющих каждая отбортовку в форме многогранной головки, отличающееся тем, что втулки установлены в трубах без зазора с натягом на развальцованных участках последних, причем внутренняя поверхность каждой втулки выполнена прямолинейной и параллельной оси трубы, а ее наружная поверхность выполнена с уклоном к этой оси, за счет чего стенка втулки имеет переменное сечение, уменьшающееся от ее головки и переходящее в конце тела втулки на нет, образуя диаметр, равный внутреннему диаметру трубы, при этом все грани головки каждой втулки снабжены уплотнением в виде легкосминаемых лепестков, заполняющих зазоры между смежными гранями соседних головок, отверстие каждой втулки со стороны головки выполнено с закругленной кромкой, головка со стороны тела втулки имеет кольцевой прилив в виде выступа, с натягом охватывающего с наружной стороны выступающий над трубной доской конец трубы, а втулки соседних труб гранями головок сопряжены одна с другой с образованием на трубной доске сплошного защитного экрана. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение длины втулки к внутреннему диаметру трубы равно или больше 5. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что легкосминаемые лепестки расположены по всему периметру головок втулок в средней части каждой их грани перпендикулярно ее плоскости. 4. Устройство по пп. 1 3, отличающееся тем, что головка каждой втулки выполнена преимущественно в виде шестигранника.