ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2015 года по МПК F28D7/06 

Предлагаемое изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.

Известен горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник (см. каталог продукции ОАО «Нефтехиммаш». Аппараты типа ТПГ. Internet: ), содержащий цилиндрический корпус межтрубного пространства с фланцами и со штуцерами входа и выхода сырья (охлаждающей среды) и с эллиптической крышкой, трубный пучок, состоящий из трубной решетки с закрепленными в ней теплообменными трубами с плавающей головкой, распределительную камеру трубного пространства с фланцем и со штуцерами входа и выхода продукта (рабочей среды). Известный теплообменник имеет две стандартные седловые опоры - правую и левую, которые прикреплены к корпусу сварочным соединением.

Известный теплообменник имеет недостатки.

Имеется вероятность увеличения изгибающего момента, создаваемого большим весом левой части аппарата, при температурном расширении корпуса и распределительной камеры. При этом длина левой части известного теплообменника увеличивается, что приводит к увеличению изгибающего момента. Указанное обстоятельство может привести к деформации шпилек верхней части фланцевых соединений и к смятию уплотнительных прокладок. В результате может произойти разгерметизация аппарата и выброс в атмосферу вредных веществ из трубного и межтрубного пространства.

Имеется значительная сложность монтажа и центрирования трубного пучка, корпуса и распределительной камеры, а также герметизации их между собой из-за наличия нескольких фланцевых соединений и уплотнительных прокладок.

Известен горизонтальный кожухотрубчатый теплообменник, принятый за прототип, (см. каталог продукции ОАО «Нефтехиммаш». Аппараты типа ТУ. Internet: ), содержащий цилиндрический корпус межтрубного пространства с фланцем и со штуцерами входа и выхода сырья (охлаждающей среды) и с эллиптической крышкой, трубный пучок, состоящий из кованой трубной решетки, с вваренными и развальцованными в ней U-образными теплообменными трубами, распределительную камеру трубного пространства с фланцем и со штуцерами входа и выхода продукта (рабочей среды). Трубная решетка известного теплообменника не имеет собственного фланца и закреплена между фланцем корпуса и фланцем распределительной камеры с помощью фланцевого разъемного соединения с резьбовыми шпильками и крепежными гайками. Трубная решетка трубного пучка герметизирована двумя уплотнительными прокладками, одна из которых установлена между нею и корпусом, а другая - между нею и распределительной камерой. Известный теплообменник имеет две стандартные седловые опоры - правую и левую, которые прикреплены к корпусу с помощью сварки, при этом левая опора установлена на фундаменте неподвижно, а правая установлена на фундаменте с возможностью перемещения по нему вдоль центральной оси теплообменника.

Известный теплообменник имеет недостатки.

1. Имеется вероятность возникновения предельной деформации уплотнительных прокладок под действием высоких давлений и температур рабочей среды. Указанная деформация может увеличиваться под действием изгибающего момента, создаваемого большим весом распределительной камеры и левой части трубного пучка, расположенных консольно по отношению к левой опоре и к центру масс теплообменника. При температурном расширении корпуса длина левой части известного теплообменника увеличивается, что приводит к увеличению изгибающего момента. Упомянутая деформирующая сила растягивает шпильки верхней части фланцевого соединения и способствует образованию дополнительных изгибных напряжений, возникающих в них. Указанные деформирующие факторы значительно снижают надежность и безопасность работы известного теплообменника, и могут привести к его разгерметизации и выбросу в атмосферу вредных веществ из трубного и межтрубного пространства.

2. Наличие изгибных напряжений в шпильках фланцевого соединения сокращает срок службы этого соединения, а также затрудняет сборку и разборку теплообменника в случае его ремонта.

3. Имеется значительная сложность сборки и центрирования трубного пучка, корпуса и распределительной камеры, а также герметизации их между собой из-за наличия нескольких фланцевых разъемов между ними.

Задача изобретения - повысить надежность и безопасность работы теплообменника, облегчить и упростить его монтаж и демонтаж.

Поставленная задача решается тем, что теплообменник, содержащий цилиндрический корпус межтрубного пространства с фланцем и со штуцерами входа и выхода сырья, трубный пучок с теплообменными трубами, закрепленными в трубной решетке, распределительную камеру со штуцерами входа и выхода продукта, согласно изобретению, распределительная камера выполнена жестко прикрепленной к трубной решетке неразъемным соединением, трубная решетка снабжена собственным фланцем для ее присоединения к фланцу корпуса межтрубного пространства с образованием фланцевого разъемного соединения, при этом теплообменник снабжен дополнительной опорой, присоединенной своей верхней частью к трубной решетке с образованием разъемного соединения с ней и установленной своей нижней частью на фундаменте с возможностью перемещения вдоль центральной оси теплообменника для компенсации температурного удлинения корпуса.

К нижней торцевой части дополнительной опоры может быть приварена плоская опорная плита, установленная с возможностью скольжения по неподвижно прикрепленному к фундаменту плоскому подкладному листу.

Разъемное соединение дополнительной опоры с трубной решеткой может быть выполнено в виде болтового или шпилечного соединения.

Технический результат изобретения выражается в повышении герметичности основного фланцевого разъемного соединения, в уменьшении изгибных напряжений в аппарате и в обеспечении сбалансированности веса аппарата относительно центра масс, что позволяет решить задачу повышения надежности и безопасности работы теплообменника и облегчения и упрощения его монтажа и демонтажа.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - схематически показан общий вид теплообменника; на фиг. 2 - схематически показан монтаж трубного пучка; на фиг. 3 - вид теплообменника со стороны распределительной камеры и дополнительной опоры; на фиг. 4 - вид на верхнюю часть фланцевого соединения корпуса и трубной решетки в разрезе (вид Б на фиг. 1); на фиг. 5 - крепление опорного листа дополнительной опоры к трубной решетке (вид В на фиг. 3).

Предлагаемый теплообменник относится к аппаратам высокого давления и устанавливается на специальном фундаменте вне помещения на открытой площадке в горизонтальном положении. Теплообменник содержит цилиндрический корпус 1 межтрубного пространства 2 и неразъемный трубный пучок 3 с трубной решеткой 4 с вваренными и развальцованными в ней U-образными теплообменными трубами (на чертежах не обозначены). Корпус 1 и трубная решетка 4 соединены между собой фланцевым разъемным соединением, состоящим из приваренного к корпусу 1 фланца 5 и выполненного заодно с трубной решеткой 4 фланца 6. Фланцевый разъем соединен с помощью резьбовых шпилек 7 и крепежных гаек 8 (фиг. 4). Корпус 1 закрыт приваренной к нему эллиптической крышкой 9 и имеет штуцер 10 для входа в межтрубное пространство 2 и штуцер 11 для выхода из него сырья (охлаждающей среды). Между корпусом 1 и трубной решеткой 4 установлена кольцевая уплотнительная прокладка (на чертежах не обозначена). К трубной решетке 4 посредством неразъемного соединения, например с помощью сварного кольцевого шва, герметично прикреплена распределительная камера 12, имеющая смотровой люк 13 и штуцеры 14 и 15 для входа и выхода продукта (рабочей среды), соответственно. Для открывания смотрового люка 13 на распределительной камере 12 предусмотрено поворотное устройство 16. Корпус 1 установлен на стандартных седловых опорах - правой опоре 17 и левой опоре 18, которые своей верхней частью, снабженной опорными листами (фиг. 1), приварены к корпусу 1. К нижней торцевой части каждой опоры 17 и 18 приварена плоская опорная плита (на чертежах не обозначена). При этом опорная плита левой опоры 18 установлена неподвижно непосредственно на фундаменте (на чертежах не обозначен), а опорная плита правой опоры 17 установлена на неподвижно прикрепленном к фундаменту подкладном листе с возможностью свободного перемещения (скольжения) по нему вдоль центральной оси теплообменника для компенсации температурного удлинения его корпуса 1. Теплообменник снабжен дополнительной опорой 19, которая выполнена нестандартной, представляет собой сварную конструкцию и состоит из двух внешних ребер, двух внутренних вертикальных ребер, соединенных между собой вертикально расположенным центральным ребром, к которому они приварены (на фиг. 3 названные ребра и опорный лист обозначены позицией 19). К верхней части названных ребер 19 приварен опорный лист 19, выгнутый по форме цилиндрической поверхности нижней части трубной решетки 4. Своим опорным листом 19 опора 19 неподвижно присоединена к трубной решетке 4 с образованием разъемного соединения. Это разъемное соединение может быть выполнено в виде болтового или шпилечного соединения с резьбовыми болтами (на чертежах не показаны) или резьбовыми шпильками 20 с крепежными гайками (на чертежах не обозначены) и втулками 21 (см. фиг. 3 и 5). К нижней торцевой части опоры 19 приварена плоская опорная плита (на чертежах не обозначена), установленная на неподвижно прикрепленном к фундаменту подкладном листе с возможностью свободного перемещения (скольжения) по нему вдоль центральной оси теплообменника для компенсации температурного удлинения корпуса 1 (см. фиг. 3). Для обеспечения возможности транспортирования теплообменника, а также для его монтажа и демонтажа предусмотрены строповые устройства 22.

Предлагаемый теплообменник эксплуатируется следующим образом.

Теплообменник в собранном состоянии монтируют в горизонтальном положении на опорах 17, 18 и 19, установленных на специальном фундаменте. После выверки аппарата на фундаменте и затвердения бетонной подливки регулировочные болты и фундаментные болты (на чертежах не показаны и не обозначены), предназначенные для присоединения опорных плит опор 17 и 19 к подкладным листам, а опоры 18 - непосредственно к фундаменту, на время установки аппарата на фундамент удаляются, а после его установки на фундаменте - завинчиваются в свои установочные отверстия в подкладных листах и на фундаменте. Отверстия в опорных плитах под фундаментные болты для опор 17 и 19 выполнены овальными (на чертежах не показаны и не обозначены) для обеспечения возможности продольного перемещения опорных плит опор 17 и 19 относительно своих фундаментных болтов. Фундаментные болты для опор 17 и 19 снабжены контргайками и не затягиваются полностью, а устанавливаются с зазором 1…2 мм. Подкладные листы под опоры 17 и 19 перед установкой аппарата на фундамент смазываются графитовой смазкой, что обеспечивает свободное скольжение по ним опорных плит опор 17 и 19. Опорная плита опоры 18 закрепляется фундаментными болтами на фундаменте неподвижно. В период работы теплообменника рабочая среда (продукт), входящая в трубный пучок 3 через штуцер 14 и выходящая из него через штуцер 15, имеет температуру, составляющую 408°C и 363,6°C соответственно. Температура сырья, выполняющего роль охлаждающей среды, входящей через штуцер 10 в межтрубное пространство 2 и выходящей из него через штуцер 11, составляет 282,7°C и 340,4°C соответственно. В связи с этим металл корпуса 1, трубного пучка 3 и распределительной камеры 12 нагревается, и происходит его температурное расширение, которое наиболее значительно проявляется в их удлинении в осевом направлении как в правую, так и в левую сторону от неподвижно установленной опоры 18. Компенсация этого удлинения происходит за счет свободного перемещения (скольжения) опорных плит опор 17 и 19 по своим подкладным листам вдоль центральной оси теплообменника. При этом наличие дополнительной опоры 19 предотвращает разбалансировку веса теплообменника и возникновение повышенных изгибных напряжений в шпильках 7 фланцевого разъемного соединения как в период его работы, так и в период его остановки. Исключается также деформация кольцевой уплотнительной прокладки между корпусом 1 и трубной решеткой 4. При этом снижается вероятность разгерметизации межтрубного пространства 2 за счет того, что трубная решетка 4 снабжена собственным фланцем 6, непосредственно соединенным с фланцем 5 корпуса 1 через уплотнительную прокладку. Герметичность трубного пространства обеспечивается тем, что распределительная камера 12 приварена непосредственно к трубной решетке 4 сплошным сварным кольцевым швом. В случае необходимости ремонта трубного пучка 3 работу теплообменника останавливают, гайки 8 откручивают и шпильки 7 вынимают из отверстии фланцев 5 и 6. После этого ослабляют крепежные гайки на шпильках 20 (фиг. 5), вывинчивают шпильки 20 из трубной решетки 4, и освобождают опорный лист опоры 19 от связи с трубной решеткой 4. После этого с помощью специального оборудования вынимают трубный пучок 3 из корпуса 1 (фиг. 2) и производят его внешний осмотр и внутренний осмотр через люк 13, открываемый поворотным устройством 16 (фиг. 3). После ремонта трубный пучок 3 помещают в корпус 1, а трубную решетку 4 устанавливают на опорном листе опоры 19. Затем с помощью резьбовых шпилек 20 с крепежными гайками и втулками 21 неподвижно прикрепляют опору 19 к трубной решетке 4. Так как опора 19 имеет возможность перемещения вдоль оси теплообменника, то это позволяет свободно совместить фланцы 5 и 6 и осуществить сборку фланцевого соединения с помощью шпилек 7 и крепежных гаек 8. При этом на шпильках 7 не могут возникнуть изгибные напряжения, так как левая часть теплообменника надежно опирается на опору 19, чем обеспечивается равномерное прижатие уплотнительных поверхностей кольцевой прокладки между корпусом 1 и трубной решеткой 4 и достигается надежная герметизация межтрубного пространства 2.

По сравнению с прототипом предлагаемый теплообменник имеет преимущества.

1. Является более надежным и безопасным в эксплуатации.

2. Позволяет увеличить диапазон температур рабочей среды.

3. Позволяет увеличить срок своей эксплуатации и облегчить монтаж и демонтаж трубного пучка.

4. Обеспечивает работоспособность в сейсмичных условиях эксплуатации.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.

Технический результат изобретения выражается в уменьшении изгибных напряжений в аппарате и в обеспечении сбалансированности веса аппарата относительно центра масс.

В отличие от прототипа распределительная камера предлагаемого теплообменника выполнена жестко прикрепленной к трубной решетке посредством неразъемного соединения, например сплошным сварным кольцевым швом, обеспечивающим его полную герметичность. Трубная решетка снабжена собственным фланцем для ее непосредственного присоединения к фланцу корпуса межтрубного пространства с образованием фланцевого разъемного соединения. Теплообменник снабжен дополнительной опорой, присоединенной своей верхней частью к трубной решетке посредством резьбового шпилечного соединения. Дополнительная опора установлена своей нижней частью на фундаменте с возможностью перемещения вдоль центральной оси теплообменника для компенсации температурного удлинения корпуса. Предложенный теплообменник обеспечивает повышение надежности и безопасности работы, повышение срока безремонтной эксплуатации. 2 з.п. ф-лы., 5 ил.

1. Теплообменник, содержащий цилиндрический корпус межтрубного пространства с фланцем и со штуцерами входа и выхода сырья, трубный пучок с теплообменными трубами, закрепленными в трубной решетке, распределительную камеру со штуцерами входа и выхода продукта, отличающийся тем, что распределительная камера выполнена жестко прикрепленной к трубной решетке неразъемным соединением, трубная решетка снабжена собственным фланцем для ее присоединения к фланцу корпуса межтрубного пространства с образованием фланцевого разъемного соединения, при этом теплообменник снабжен дополнительной опорой, присоединенной своей верхней частью к трубной решетке с образованием разъемного соединения с ней и установленной своей нижней частью на фундаменте с возможностью перемещения вдоль центральной оси теплообменника для компенсации температурного удлинения корпуса.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что к нижней торцевой части дополнительной опоры приварена плоская опорная плита, установленная с возможностью скольжения по плоскому подкладному листу, закрепленному на фундаменте.

3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что разъемное соединение дополнительной опоры с трубной решеткой выполнено в виде болтового или шпилечного соединения.