ПАРОЖИДКОСТНОЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 1997 года по МПК F28D7/00 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в других отраслях, изготавливающих или применяющих теплообменное оборудование, рассчитанное на осуществление паро-конденсатных режимов.

Известны подогреватели низкого давления (ПНД) систем регенерации паротурбинных установок тепловых и атомных электростанций, содержащих вертикальный корпус с камерой нагреваемой жидкости, теплообменную поверхность, трубную решетку, патрубки и перегородки (см. отраслевой каталог "Теплообменное оборудование паротурбинных установок ", часть 1, ЦНИИТЭИТяжмаш, Москва, 1989, с. 42-51, с. 53-62, с. 68-69). В этих ПНД происходит теплообмен между конденсирующимся паром, поступающим в подогреватель из отборов турбины, и питательной водой, направляемой через ПНД в парогенератор.

Недостатками этих ПНД являются вынужденные тепловые потери и эрозионный износ трубопроводов и арматуры при сливе конденсата греющего пара в емкости, находящиеся под меньшим давлением.

Известен ПНД, содержащий корпус с камерой нагреваемой жидкости, теплообменную поверхность, трубную решетку, перегородки и охладитель конденсата (ОК), заключенный в кожух для организации теплообмена и переохлаждения конденсата, нижняя часть которого заглублена под уровень конденсата. В ОК включена поверхность части первого "холодного" хода питательной воды. Конструктивное решение такого подогревателя осуществлено, например, в ПН-350-26-7-11 и ПН-550-25-6-11 (см. отраслевой каталог "Теплообменное оборудование паротурбинных установок", часть 1, ЦНИИТЭИТяжмаш, Москва, 1989, с.52 и 67).

В этих ПНД скапливающийся в нижней части корпуса конденсат направляется в ОК, совершая подъемное движение, проходит теплообменную поверхность, охлаждается и через штуцер отводится из ПНД. Тепловая эффективность подогревателей с ОК повышается, при снижении давления конденсата в сливных трубопроводах и арматуре предупреждается его вскипание и, как следствие, ликвидируется эрозионный износ. Подъем конденсата осуществляется за счет части располагаемого перепада между давлениями в корпусе и в конденсатоприемной емкости, который в реальных тепловых схемах составляет до 0,3 МПа. В результате, в процессе эксплуатации кожух ОК испытывает наружное давление. В случае отсутствия исходной плотности кожуха ОК или разуплотнения его в процессе эксплуатации подъем конденсата прекращается, ОК выключается из работы, снижается тепловая нагрузка и эффективность ПНД. При этом отвод конденсата из подогревателя начинает производится только через штуцер в нижнем днище.

Недостатком этих ПНД со встроенным ОК является пониженная надежность их кожухов вследствие значительных напряжений в сварных швах приварки плоских стенок кожухов между собой и к элементам каркаса трубной системы, а также недоступности контролю и ремонту части сварных швов, обращенных вовнутрь трубчатки.

Известен вертикальный парожидкостный теплообменник (см. а.с. N 813110, кл. F 28 D 7/00, F 22 D 1/32, 1978), содержащий камеру распределения и сбора жидкости, вертикальный корпус, внутри которого расположен трубный пучок, трубную решетку и встроенный охладитель конденсата. Такое конструктивное решение подогревателя применено, например, в ПН-1900-32-6-11 (см. журнал "Энергомашиностроение ", N 5, 1984, с.11-12, рис.1) и в ПН-2300-25-7-11 (см. Труды ЦКТИ, выпуск 180 "Результаты исследований, разработки и освоения новых теплообменных аппаратов для электростанций", Ленинград, 1980, с.8, рис. 2 "в"). Кожуха в этих ПНД (рис. 1, поз. 17 в указанном источнике ПН-1900 и рис. 2 "в", поз. 16 в указанном источнике ПН-2300) имеют сложный профиль, являются сварными и состоят из большого количества плоских стальных листов. Расчеты показывают, что в угловых сварных соединениях таких кожухов при перепадах давления в 0,15 МПа (в ПН-1900-32-7-11) возникают напряжения до 50 МПа, что в условиях резких колебаний давления представляется опасным для сохранения их целостности и плотности. Кроме того, собственно сварная конструкция из отдельных листов (суммарная протяженность всех сварных швов кожуха ОК П-1900-32-7-11 Составляет около 70 м ) не является технологичной, а более 80% сварных швов после набивки ПНД трубами оказываются в зонах, недоступных для осмотра, ремонта и контроля.

Предлагаемое изобретение повышает несущую способность (прочность), технологичность, ремонтопригодность, длительную плотность кожухов ОК и в результате обеспечивает тепловую эффективность парожидкостного теплообменника и надежность трубопроводов и арматуры на линиях слива конденсата.

Вертикальный парожидкостный теплообменник по а.с. N 813110 со встроенным ОК содержит корпус с распределительно-сборной камерой нагреваемой жидкости, теплообменную поверхность, ОК образованный частью теплообменной поверхности, размещенной в сварном из стальных листов кожухе и подключенной к распределительно-сборной камере нагреваемой жидкости, трубную решетку и перегородки, отличается тем, что листы кожуха изогнуты (свальцованы или отштампованы), внутренний изогнутый лист выполнен цельным по всей высоте кожуха, наружный состоит из частей, равным количеству перегородок, прочно и плотно соединены с трубой решеткой, перегородками и между собой.

Сопоставительный анализ предлагаемого теплообменника с прототипом показывает, что отличается тем, что кожух ОК выполнен из изогнутых листов, внутренний лист выполнен цельным по всей высоте кожуха, наружный изогнутый лист состоит из частей, равным количеству перегородок, прочно и плотно соединены с трубной решеткой, перегородками и между собой, имеют повышенную несущую способность и плотность, что соответствует критерию "Новизна".

При сравнении заявляемого технического решения с аналогичными решениями в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены в них, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: фиг. 1 парожидкостный теплообменник; фиг. 2 разрез по A-A фиг. 1; фиг. 3 охладитель конденсата парожидкостного теплообменника; фиг. 4 - разрез по Б-Б фиг. 3; фиг.5 узел крепления внутреннего кожуха охладителя конденсата; фиг.6 узел крепления наружного кожуха охладителя конденсата.

Теплообменник содержит вертикальный корпус 1 с распределительно-сборной камерой нагреваемой жидкости 2, теплообменную поверхность 3, набранную из "U" образных труб, имеющую несколько ходов по нагреваемой жидкости, например, четыре (I, II, III IV), размещенную в кожухе 4. Трубы поверхности 3 закреплены в трубной решетке 5 и дистанционированы перегородками 6. Подвод греющего пара производится через патрубок 7. Направление движения пара по ходам теплообменной поверхности 3 организовано стенками 8. Конденсат греющего пара, часть несконденсирующегося пара и неконденсирующиеся газы удаляются через отверстия 9 в перегородках 6. Подвод и отвод нагреваемой жидкости осуществляется через патрубки 10 и 11. Для переохлаждения конденсата греющего пара в теплообменнике установлен ОК 12, образованный частью теплообменной поверхности 3 1-ого "холодного" хода нагреваемой жидкости, размещенной в кожухе 13. Листы кожуха 13 выполнены изогнутыми (свальцованы или отштампованы), внутренний из которых 14 цельным по всей высоте кожуха, наружный 15 состоит из частей равным количеству перегородок 16. Изогнутые листы 14 и 15 прочно и плотно путем сварки соединены с трубной решеткой 5, перегородками 6 и 16 и меду собой. Перегородки 16 организуют смешанное омывание конденсатом греющего пара теплообменной поверхности ОК 12. Для достижения максимальной тепловой эффективности ОК 12 и организации поперечного омывания конденсатом его теплообменной поверхности поток конденсата направляется через отверстия 17 в перегородках 16, а в "холостой" части объема кожуха 13 устанавливается "вытеснитель" 18. Нижняя часть кожуха 13 ОК 12 заглублена под уровень конденсата ▿ в корпусе 1. Выход конденсата из теплообменника происходит через штуцер 19 при включенном ОК 12 или через штуцер 20 при отключенном ОК 12 в трубопровод 21. Переключения выхода конденсата осуществляется клапанами 22.

Работает парожидкостный теплообменник следующим образом.

Нагреваемая жидкость поступает в теплообменник через патрубок 10 распределительно-сборной камеры нагреваемой жидкости 2, проходит 1-ым ходом ОК 12, далее II-ым, III-им, IV-ым ходами теплообменной поверхности 3, поступает в камеру 2 и отводится из теплообменника через патрубок 11. Греющий пар поступает в теплообменник через патрубок 7 и направляется на теплообменную поверхность 3, заключенную в кожух 4, сначала на IV-ый, III-ий, потом на II-ой и I-ый ходы и конденсируется на ее трубах. Движение конденсирующегося пара направляется стенками 8, разделяющими ходы. Конденсат стекает через отверстия 9 в перегородках 6 в нижнюю часть корпуса 1 и образует уровень D. Далее конденсат поступает в ОК 12 через заглубленную под уровень D нижнюю часть кожуха 13 ОК 12. Пройдя ОК 12 и переохладившись, конденсат выходит из теплообменника через штуцер 19. Подъем конденсата по теплообменной поверхности ОК 12 происходит вследствие перепада между давлением в корпусе 1 теплообменника и в отводящем конденсат трубопроводе 21. При возникновении неплотности в кожухе 13 ОК 12 конденсат из корпуса 1 удаляется путем переключения клапанов 22 через штуцер 20.

В предлагаемой конструкции кожуха ОК в результате изменения формы стенок и исключения (сокращения) плоских элементов несущая способность его существенно увеличивается. Так, по расчетам оценкам форма кожуха из гнутых (вальцованных или штампованных) листов вместо прямо- или многоугольной с плоскими листами снижает напряжения в угловых сварных соединениях не менее, чем в два раза. Жесткость изогнутых листов кожуха также повышает его сопротивление резким изменениям перепадов давления (гидроударам) в переходных режимах, например, при переключении арматуры.

Предлагаемая конструкция кожуха обеспечивает повышенную технологичность и ремонтопригодность. Суммарная протяженность сварных швов в кожухах ОК ПН-1900-32-6-11 новой конструкции уменьшена почти в пять раз. Практически все сварные швы, которые могут оказаться поврежденными в процессе эксплуатации, становятся доступными для осмотра, ремонта и контроля.

Использование: в теплоэнергетике и других отраслях, изготовляющих или применяющих теплообменное оборудование, рассчитанное на осуществление пароконденсатных режимов. Сущность изобретения: теплообменник содержит вертикальный корпус 1 с распределительно-сборной камерой нагреваемой жидкости 2, теплообменную поверхность 3, охладитель конденсата 12, образованный частью теплообменной поверхности 3, размещенной в кожухе 13, выполненным из листов 14 и 15 изогнутой формы, и подключенной к распределительно - сборной камере 2 нагреваемой жидкости, трубную решетку 5 и перегородками 6 и 16. Изогнутые листы 14 и 15 собраны таким образом, что внутренний лист 14, являясь цельным по всей высоте кожуха 13, и наружный 15, состоящий из частей, равных количеству перегородок 16, соединены сваркой между собой, с перегородкой 16 и трубной решеткой 5. 6 ил.

Парожидкостный теплообменник, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с расположенной в его верхней части распределительно-сборной камерой нагреваемой жидкости, подключенную к ней теплообменную поверхность с вертикально расположенными стенками, трубную решетку и поперечные перегородки, а также охладитель конденсата, образованный участком теплообменной поверхности и кожухом, собранным из отдельных листов, отличающийся тем, что листы в поперечном сечении имеют изогнутую форму, причем один из листов, расположенный ближе к оси корпуса, выполнен цельным и имеет высоту, превышающую расстояние между трубной решеткой и нижней перегородкой, а лист, расположенный со стороны корпуса, выполнен составным из частей, количество которых равно количеству поперечных перегородок, причем все листы жестко скреплены с трубной решеткой перегородками и между собой.