ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2000 года по МПК F28D7/00 

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя разнотемпературными средами путем передачи тепла через стенку и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности.

Известен теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубки ввода и вывода межтрубной среды, распределительную камеру, расположенную в торце кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды, трубную решетку и продольную перегородку, причем последняя делит кожух на равные объемы и имеет уплотнительный элемент между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха (1). Данная конструкция кожухотрубного теплообменника не эффективна в эксплуатации из-за слабого уплотнения между перегородкой и кожухом теплообменника.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции является теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные решетки по длине пучка и продольные перегородки по оси коллекторной камеры и кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха (2).

Недостатком данной конструкции теплообменника является относительно невысокую эффективность теплообмена из-за наличия байпасных зон между корпусом теплообменника и пучком.

Технической задачей является повышение эксплутационных характеристик теплообменника.

Поставленная задача достигается тем, что трубный пучок теплообменника снабжен корсетом, плотно облегающим поверхность пучка, а торец корсета прикреплен к трубной решетке пучка, причем в корсете симметрично продольной перегородки выполнены два выреза с общей осью симметрии для прохода межтрубной среды.

Один из вырезов в корсете может быть выполнен в проекционной плоскости патрубка ввода или вывода межтрубной среды.

Оба выреза в корсете могут быть выполнены противорасположенно относительно патрубков ввода и вывода межтрубной среды.

Оба выреза в корсете могут быть выполнены в проекционных плоскостях патрубков ввода и вывода межтрубной среды.

Вертикальные перегородки целесообразно выполнять в виде отдельных втулок, зафиксированных между собой соединительными элементами.

Целесообразно корсет со стороны трубок пучка оснастить частично или полностью теплоизоляционным элементом.

Корсет частично или полностью может быть выполнен из низкотеплопроводного материала.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемого теплообменника.

На фиг. 2 дано вертикальное сечение теплообменника.

На фиг. 3 даны варианты схем организации движения потоков в заявляемом теплообменнике.

Теплообменник состоит из кожуха 1 с патрубками ввода 2 и вывода 3 межтрубной среды. В торце кожуха 1 установлена коллекторная камера 4 с патрубками ввода 5 и вывода 6 трубной среды. В коллекторной камере 4 установлена глухая перегородка 7. Между кожухом 1 и камерой 4, а также в противоположном торце кожуха 1 установлены коллекторные трубные решетки 8 и 9, в которых герметично закреплены теплообменные трубки 10. Трубки 10 разделены между собой по оси кожуха 1 продольной перегородкой 11, одним концом жестко прикрепленной к решетке 8, расположенной между кожухом 1 и камерой 4, а другой конец перегородки 11 не доходит до второй трубной решетки 9, образуя проход 12 для протока межтрубной среды. Торцы перегородки 11 снабжены гибкими листами 13, отогнутыми по образующей внутренней поверхности кожуха 1 и плотно прилегающими к ней. Для повышения конструкционной жесткости узла уплотнения возможно использование жесткой ленты 14 и/или стержней 15. Перегородка 11 снабжена теплоизоляционным элементом 16.

Расстояние между теплообменными трубками 10 в предлагаемой конструкции регулируется путем смежной установки в вертикальной плоскости сечения теплообменного пучка втулок 17. Ряды втулок 17, имитирующие вертикальные решетки, фиксируются между собой соединительными элементами 18.

Теплообменные трубки 10 зафиксированы в пучке корсетом 19. Причем сам корсет 19 закреплен по торцу к коллекторной трубной решетке 9. Фиксация корсета 18 к трубной решетке осуществляется либо жестко при помощи сварки, либо на шпильках через уплотнительные элементы (на фиг.1 не показано). Для обеспечения большей конструкционной жесткости трубного пучка теплообменника поверх корсета пучок стягивают ленточными бандажами 20.

В корсете 19 симметрично относительно перегородки 11 выполнены два выреза 21 и 22 для прохода межтрубной среды. Как показано на фиг. 3, расположение вырезов 21, 22 в корсете 19 друг относительно друга может быть различным и обосновывается существующим положением патрубков 2 и 3 на кожухе 1 теплообменника, а также физико-химическими свойствами межтрубной среды. В зависимости от взаимного расположения вырезов 21 и 22 корсет 19 может быть снабжен частично (наполовину) и/ли полностью теплоизоляционным элементом 23. Корсет 19 может частично (наполовину) или полностью изготавливается из низкотеплопроводного материала.

Теплообменник работает следующим образом.

Межтрубная среда через штуцер 2 поступает в кожух 1 теплообменника, проходит пространство между кожухом 1 и корсетом 19 (фиг.3, вариант 2) и равномерно поступает через вырез 21 в межтрубное пространство теплообменника. Двигаясь вдоль трубок 10, межтрубная среда равномерно перераспределяется, проходя равные втулки 17. Пройдя таким образом весь объем межтрубного пространства, межтрубная среда выводится через вырез 22 корсета 19 и далее по пространству между кожухом 1 и корсетом 19 выводится из теплообменника через штуцер 3. Трубная среда через штуцер 5 поступает в коллекторную камеру 4 и далее, пройдя весь объем в полости трубок 10, через штуцер 6 выводится из теплообменника.

Наличие корсета 19 обуславливает гарантированное безбайпасное прохождение межтрубной среды в объеме пучка теплообменных труб. Кроме того, корсет 19 является хорошим распределительным элементом, позволяющим обеспечить равномерную подачу межтрубной среды в теплообменный пучок и равномерный вывод ее (без образования воронки) из теплообменного пучка.

Таким образом, конструкция заявляемого кожухотрубного теплообменника по сравнению с известными конструкциями обладает более высокими эксплутационными характеристиками, т.к. в заявляемой конструкции исключены байпасные зоны и качественно решен вопрос равномерного распределения потока на входе и выходе трубного пучка.

Список литературы
1. Справочник по теплообменникам - Пер. с англ., Энергоатомиздат, т.2, с.285.

2. Патент Российской Федерации N 2059958, МКИ F 28 D 7/00.

Изобретение предназначено для применения в теплообменных процессах между двумя разнотемпературными средами путем передачи тепла через стенку и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой промышленностях. Теплообменник содержит трубный пучок, снабженный корсетом, плотно облегающим поверхность пучка, причем торец корсета герметично прикреплен к трубной решетке пучка, а в корсете симметрично продольной перегородки выполнены два выреза с общей осью симметрии для прохода межтрубной среды. Данное изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики теплообменника, а именно надежность и эффективность. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные решетки по длине пучка и продольные перегородки по оси коллекторной камеры и кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха, отличающийся тем, что трубный пучок теплообменника снабжен корсетом, плотно облегающим поверхность пучка, а торец корсета герметично прикреплен к трубной решетке пучка, причем в корсете симметрично продольной перегородке выполнены два выреза с общей осью симметрии для прохода межтрубной среды. 2. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что один из вырезов в корсете выполнен в проекционной плоскости патрубка ввода или вывода межтрубной среды. 3. Кожухотрубный теплообменник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что оба выреза в корсете выполнены противоположно расположенными относительно патрубков ввода и вывода межтрубной среды. 4. Кожухотрубный теплообменник по пп.1 - 3, отличающийся тем, что оба выреза в корсете выполнены в проекционных плоскостях патрубков ввода и вывода межтрубной среды. 5. Кожухотрубный теплообменник по пп.1 - 3, отличающийся тем, что корсет снабжен частично или полностью теплоизоляционным элементом. 6. Кожухотрубный теплообменник по пп.1 - 5, отличающийся тем, что вертикальные перегородки выполнены в виде отдельных втулок, зафиксированных между собой соединительными элементами.