ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ПОГРУЖНОГО ТИПА Российский патент 2005 года по МПК F28D7/02 

Заявляемое изобретение относится к атомной энергетике и предназначено для использования в системе очистки газов на АЭС, в частности в конструкциях теплообменников, предназначенных для охлаждения газа и конденсации находящейся в нем в виде пара влаги.

Как известно, в процессе эксплуатации АЭС происходит образование парогазовой смеси, содержащей радиоактивные газообразные продукты деления, которую выбрасывают в атмосферу. Но перед ее выбросом в атмосферу парогазовую смесь подвергают очистке от радиоактивных газообразных продуктов деления. Поскольку фильтры очистки чувствительны к влаге и температуре, парогазовую смесь необходимо охладить, а имеющуюся в ней влагу необходимо конденсировать. Для охлаждения парогазовой смеси применяют теплообменные аппараты. Так как парогазовая смесь содержит радиоактивные газообразные продукты деления, теплообменные аппараты должны соответствовать нормам и правилам безопасной эксплуатации атомных энергетических установок, в частности, подвергаться периодической проверке при эксплуатации.

Известна конструкция теплообменника (п. DE №4018569, публ. 12.12.91 г.), содержащая пучок теплообменных труб, закрепленных концами в трубной доске, и примыкающие к трубным доскам входной и выходной коллекторы среды трубного пространства. Трубы пучка выполнены U-образными, а обе ветви и участок гиба каждой трубы расположены наклонно к горизонтальной плоскости с обеспечением слива среды теплообменных труб. Теплообменные трубы и трубная доска расположены в кожухе, а входной и выходной коллекторы среды трубного пространства с подводящими и отводящими патрубками расположены в полукруглой крышке, закрепленной на кожухе.

Известен теплообменник (п. US №5255737, публ. 20.07.93 г.), содержащий кожух и пучок теплообменных труб, закрепленных концами в трубной доске, зафиксированной в средней части кожуха. По торцам кожуха расположены полукруглые крышки для впуска охладителя по теплообменным трубам через трубные доски. На продольной оси полукруглых крышек расположены подводящий и отводящий патрубки для трубной среды. Для впуска охлаждающей межтрубной среды в кожухе имеются подводящий и отводящий патрубки, диаметрально расположенные на кожухе.

Вышерассмотренные конструкции теплообменников для компенсации линейного расширения теплообменных труб требуют наличия специальных средств, которые с одной стороны усложняют конструкцию теплообменника, а с другой стороны понижают ее надежность, поскольку вводят в теплообменник средство, которое может выйти из строя и которое нужно также контролировать. Кроме того, в теплообменниках с трубными досками интенсивность отвода тепла от теплообменных труб понижена, что обуславливается самой конструкцией. В таких теплообменниках затруднен контроль качества сварных швов в местах стыковки теплообменных труб с трубными досками.

Эти недостатки частично отсутствуют в теплообменниках, у которых теплообменные трубы выполнены в виде змеевика. Змеевик по сути представляет собой витую пружину, а поэтому компенсация линейного расширения теплообменных труб осуществляется за счет перемещения (сближения - удаления) витков змеевика относительно друг друга. В теплообменных трубах в виде змеевика путь прохождения охлаждаемого газа значительно длиннее аналогичного пути в теплообменниках с трубными досками. Поэтому отвод тепла в таких теплообменниках происходит более интенсивно.

Известен теплообменник (а.с. SU №1223010, публ. 07.04.86 г.), содержащий кожух с соосно размещенным внутри него трубчатым змеевиком пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси.

Известен теплообменник (а.с. SU №1372173, публ. 07.02.88 г.), содержащий кожух с соосно размещенным внутри него трубчатым змеевиком пространственно-спирального типа, навитого вокруг горизонтальной оси.

В обеих конструкциях теплообменников змеевики выполнены в виде спирали, навитой из цельной трубки, что позволяет исключить контроль самого змеевика. Однако такая спираль может быть навита только из трубки относительно небольшого диаметра. Вышеуказанные теплообменники могут быть применены для охлаждения газа в небольших объемах и конденсации, содержащейся в нем влаги в виде пара. Поэтому известные конструкции не могут быть применены в системе очистки газа на АЭС.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является (а.с. RU №1384905, публ. 15.05.88 г.) теплообменный аппарат погружного типа, содержащий кожух и размещенный внутри него трубчатый змеевик, снабженный подводящими и отводящими патрубками соответственно для межтрубной и трубной сред. Известный теплообменник предназначен для конденсации влаги из пара. Пар подают через подводящий патрубок в змеевик, а в кожух подают нагретую воду. В известном теплообменном аппарате змеевик выполнен из трубок небольшого диаметра, а поэтому он не может быть применен в системе очистки газа на АЭС, где требуется очистить большие объемы газа, которые требуют наличия больших проходных сечений труб змеевика. Змеевик из навитых труб для этого случая изготовить просто невозможно. Существует определенный предел диаметров труб, из которых можно навить змеевик. Кроме того, такой змеевик имел бы очень большие габариты, что автоматически привело бы к неоправданному увеличению размеров теплообменного аппарата или к увеличению их количества, а следовательно, к размерам площадей для их размещения на АЭС.

В основу изобретения была поставлена задача разработать конструкцию теплообменного аппарата, которая обеспечивала бы его простой контроль.

Технический результат от использования изобретения состоит в обеспечении быстрого доступа к местам контроля без длительного выведения теплообменного аппарата из рабочего цикла.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в теплообменном аппарате погружного типа, содержащем кожух и размещенный внутри него трубчатый змеевик, снабженный подводящими и отводящими патрубками соответственно для межтрубной и трубной сред, согласно изобретению кожух выполнен из трех разъемных секций, в средней секции которого зафиксирован трубчатый змеевик и размещены диаметрально подводящий и отводящий патрубки для трубной среды, при этом змеевик выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов, расположенных в концевых съемных секциях кожуха, причем ветви отводов развернуты относительно друг друга с образованием змеевика пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси.

Технический результат достигается также за счет того, что трубчатый змеевик со стороны съемных секций кожуха имеет наружные обводы, повторяющие их внутренний профиль, и установлен по отношению к вышеуказанным съемным секциям с зазором.

Технический результат достигается также за счет того, что подводящий и отводящий патрубки для межтрубной среды расположены в съемных секциях кожуха, при этом монтажные плоскости патрубков параллельны продольной оси кожуха.

Благодаря тому, что змеевик выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов, ветви которых развернуты относительно друг друга, созданный змеевик пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси, вытянут в направлении одной его оси и имеет узкую форму в направлении двух других его осей. Такая конструкция змеевика удобна для его размещения и фиксации в средней секции кожуха. Размещение отводов в съемных секциях кожуха обеспечивает при удалении этих секций простой доступ к местам стыковки отводов с трубами для контроля их состояния. Выполнение трубчатого змеевика со стороны съемных секций кожуха с наружными обводами, повторяющими их внутренний профиль, позволило дополнительно увеличить поверхность охлаждения для трубной среды и одновременно дополнительно развести в пространстве места стыковки соседних труб с отводами, что дополнительно способствует упрощению процесса контроля мест стыковок. Расположение подводящего и отводящего патрубков для межтрубной среды в съемных секциях кожуха так, что их монтажные плоскости параллельны продольной оси кожуха, способствует быстрому отделению съемных секций кожуха, так как упростило отсоединение патрубков от магистралей подвода и отвода межтрубной среды.

Эти и другие особенности и преимущества заявляемого изобретения приводятся ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

фиг.1 - общий вид теплообменного аппарата в частичном разрезе;

фиг.2 - разрез А-А;

фиг.3 - пространственное изображение змеевика теплообменного аппарата при удаленном кожухе.

Теплообменный аппарат 1 (фиг.1 и 2) погружного типа содержит кожух 2 и размещенный внутри него трубчатый змеевик 3. Кожух 2 выполнен из трех разъемных секций. В средней секции 4 кожуха зафиксирован трубчатый змеевик 3 и расположены диаметрально подводящий 5 и отводящий 6 патрубки для трубной среды. Змеевик 3 выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб 7, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов 8 (фиг.3). Эти отводы 8 расположены в съемных секциях 9 кожуха 2. Благодаря размещению отводов в съемных секциях кожуха обеспечивается быстрый и удобный подход для контроля к местам соединения U-образных отводов с трубами путем отделения съемных секций кожуха от ее средней части. Ветви 10 U-образных отводов 8 (фиг.3) развернуты относительно друг друга с образованием змеевика пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси 11. Поэтому трубчатый змеевик вытянут в направлении только одной оси, а его ширина определяется расстоянием между концами ветвей U-образных отводов 8. Высота змеевика определяется количеством ветвей змеевика, необходимых для получения требуемой степени охлаждения и конденсации влаги, содержащейся в газе, продуваемого через трубы змеевика. Такая конструкция змеевика удобна для его размещения и фиксации в средней секции кожуха, а теплообменный аппарат имеет форму, удобную для транспортировки и монтажа на месте установки.

Трубчатый змеевик 3 со стороны съемных секций 9 кожуха имеет наружные обводы 12, повторяющие их внутренний профиль, и установлен по отношению к вышеуказанным съемным секциям 9 с зазором 13. Это позволило дополнительно увеличить поверхность охлаждения для трубной среды и одновременно развести в пространстве места стыковки соседних труб с отводами, что дополнительно способствует удобству доступа к местам контроля стыковки ветвей U-образных отводов с трубами. Благодаря тому, что трубы расположены горизонтально, место их стыковки с ветвями U-образных отводов осуществляется по окружности. Это позволяет упростить процесс изготовления кромок под сварку (получаются методом простой расточки), а также получить простой стык под сварку с последующей формы сварного шва, который легко проконтролировать.

Подводящий 14 и отводящий 15 патрубки для межтрубной среды расположены в съемных секциях 9 кожуха 2. Монтажные плоскости 16 подводящих 14 и отводящих 15 патрубков параллельны продольной оси 17 кожуха 2. Благодаря этому создаются условия для быстрого отделения съемных секций кожуха от его средней секции, поскольку упрощено отсоединение (присоединение) патрубков от магистралей подвода и отвода межтрубной среды. После удаления монтажных болтов (не показаны) съемная секция кожуха перемещается вдоль продольной оси теплообменного аппарата. Поэтому разборки магистрали (не показана) подвода или отвода межтрубной среды не потребуется. С учетом того, что теплообменный аппарат является оборудованием, смонтированным на АЭС, это также способствует повышению удобства контроля.

Изобретение предназначено для охлаждения газа и конденсации находящейся в нем в виде пара влаги и может быть использовано в атомной энергетике. Аппарат содержит кожух и размещенный внутри кожуха трубчатый змеевик. Кожух выполнен из трех секций, в средней части которой зафиксирован трубчатый змеевик и размещены расположенные диаметрально подводящий и отводящий патрубки для трубной среды. Змеевик выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов, расположенных в концевых съемных секциях кожуха, при этом ветви отводов развернуты относительно друг друга с образованием змеевика пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси. Подводящий и отводящий патрубки для межтрубной среды расположены в концевых съемных секциях кожуха, при этом их монтажные плоскости параллельны продольной оси кожуха. Изобретение обеспечивает быстрый доступ к местам контроля без длительного выведения теплообменного аппарата из рабочего цикла. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1.Теплообменный аппарат погружного типа, содержащий кожух и размещенный внутри него трубчатый змеевик, снабженный подводящими и отводящими патрубками соответственно для межтрубной и трубной сред, отличающийся тем, что кожух выполнен из трех разъемных секций, в средней секции которого зафиксирован трубчатый змеевик и размещены расположенные диаметрально подводящий и отводящий патрубки для трубной среды, при этом змеевик выполнен в виде прямых горизонтально расположенных труб, соседние концы которых соединены между собой с помощью U-образных отводов, расположенных в концевых съемных секциях кожуха, причем ветви отводов развернуты относительно друг друга с образованием змеевика пространственно-спирального типа, навитого вокруг вертикальной оси.2.Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что трубчатый змеевик со стороны съемных секций кожуха имеет наружные обводы, повторяющие их внутренний профиль, и установлен по отношению к вышеуказанным съемным секциям с зазором.3.Теплообменный аппарат по п.1, отличающийся тем, что подводящий и отводящий патрубки для межтрубной среды расположены в съемных секциях кожуха, при этом монтажные плоскости патрубков параллельны продольной оси кожуха.