ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2016 года по МПК F28D7/16 

Заявляемое изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для теплообмена жидких сред (вода-вода) в технологических процессах любой отрасли народного хозяйства, преимущественно нефтеперерабатывающей, нефтехимической или смежных с ними областях.

Из уровня техники известен вертикальный теплообменник, содержащий внешнюю трубу с подводящими и отводящими патрубками греющей среды и вставленную в нее внутреннюю трубу с подводящим и отводящим патрубками нагреваемой среды, в межтрубном пространстве внешней трубы установлены вставки, ступенчато расположенные по длине внешней трубы с образованием ходов в межтрубном пространстве и введенные во внутреннюю трубу с перекрытием не менее половины ее сечения, при этом вставки выполнены в виде тепловых труб (патент №2563946 на изобретение «Теплообменник», дата подачи 05.11.2014 г., опубликовано 27.09.2015 г.).

Кроме того, известен кожухотрубный теплообменник, содержащий размещенные в кожухе трубные доски с теплообменными трубами, поперечные решетки в межтрубном пространстве с секторными вырезами и поочередно контактирующие с противоположными кромками последних продольные перегородки, при этом секторные вырезы решеток расположены друг против друга, а перегородки выполнены винтообразной формы (АС №1456741 на изобретение «Кожухотрубный теплообменник», дата подачи 15.05.1987 г., опубликовано 07.02.1989 г.).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому к защите устройству является теплообменник, содержащий корпус с трубным пучком, подключенным к коллекторной камере, в которой установлена успокоительная обечайка, образующая со стенками камеры кольцевую полость, причем днище кольцевой полости выполнено в виде винтовой поверхности и имеет в нижней части сливное отверстие с запорным органом (АС №1054656 на изобретение «Вертикальный пленочный теплообменник», дата подачи 11.06.1983 г., опубликовано 15.11.1983 г.).

Недостатки известных решений обусловлены незначительной эксплуатационной надежностью и, соответственно, коротким сроком службы из-за быстрого износа конструктивных элементов, подвергающихся постоянному разрушающему воздействию абразивной охлаждаемой жидкости, поступающей в устройство под давлением и неравномерно распределяемой по площади.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, включающий корпус с трубными решетками и трубным пучком, связанным с коллекторной камерой, в которой с образованием полости установлена кольцевая обечайка, согласно изобретению кольцевая обечайка выполнена перфорированной и расположена между трубной решеткой и дополнительно смонтированной сепарационно-разделительной решеткой, на которой размещена снабженная турбулизирующими направляющими и отбойным днищем конусная обечайка, образующая со стенками коллекторной камеры полость.

Предлагаемый к защите теплообменник поясняется чертежами, где

фиг. 1 - общий вид вертикального кожухотрубчатого теплообменника в разрезе;

фиг. 2 - 3D-проекция коллекторной камеры в разрезе;

фиг. 3 - схема расположения турбулизирующих направляющих.

Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник состоит из корпуса 1, в котором размещены трубы 2, образующие трубный пучок и закрепленные в трубных решетках, например 3 (верхняя), 4 (нижняя). Трубы пропущены через поперечные перегородки 5, установленные в межтрубном пространстве. Подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляется соответственно через штуцера 6 и 7.

К трубной решетке 3 присоединена коллекторная камера 8, условно разделенная на конусообразную (верхнюю) и кольцевую (нижнюю) части. Камера 8 оснащена штуцером 9, предназначенным для осевого подвода эрозионно-активной охлаждаемой жидкости, и отбойным устройством с элементами сепарации, которое включает отбойное металлическое днище 10, присоединенное к верхнему торцу конусообразной обечайки 11 и изготовленное, например, из углеродистой стали, при этом на поверхность днища нанесена наплавка 12, выполненная в виде полос или сплошного покрытия из износостойкого материала, в частности, марганцовистой стали. Днище может быть выполнено съемным или жестко закрепленным на отбойной конусообразной обечайке 11. Форма днища может быть криволинейной, например сферической, конусной и т.п. или плоской. Обечайка 11 с турбулизирующими направляющими 13 фиксируется на сепарационно-распределительной решетке 14, по всей площади которой выполнены равномерно расположенные сквозные отверстия. Направляющие 13 установлены наклонно с интервалом на внешней поверхности обечайки 11 и выполнены, например, в виде спиралевидных полос. Обечайка 11 размещена на сепарационно-распределительной решетке 14 с образованием отбойной полости со стенками верхней конусообразной части камеры 8. Между трубной и сепарационно-распределительной решетками с образованием успокоительной полости размещена кольцевая перфорированная обечайка 15, диаметр которой соразмерен диаметру трубного пучка. Коллекторная камера 8 оборудована дренажным (сливным) отверстием 16, оснащенным запорной арматурой 17, в качестве которой может быть применен, например, шибер.

Кроме того, корпус 1 снабжен штуцером 18, предназначенным для отвода эрозионно-активной жидкости.

Осуществление изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Для наибольшей эффективности работы теплообменника схема движения охлаждаемой и охлаждающей жидкостей организована в противоточном направлении.

Осуществляют осевую подачу охлаждаемой жидкости в коллекторную камеру 8 через штуцер 9, при этом жидкость попадает на отбойное днище 10 и отбрасывается от него, после чего, закручиваясь на турбулизирующих направляющих 13, по касательной движется по стенкам конусной обечайки 11. Происходит разбивание поступающего потока жидкости, его равномерное распределение и направление на периферию, что позволяет уменьшить негативное воздействие гидратной пульпы на конструктивные элементы. Турбулизация потока способствует отделению включений, содержащихся в охлаждаемой жидкости, что также снижает ее отрицательное влияние на устройство и его элементы. При этом шлам крупной фракции осаждается в полости между стенками камеры 8 и перфорированной кольцевой обечайкой 15. Шлам мелкой фракции отделяется от охлаждаемой жидкости при ее прохождении через перфорированную обечайку 15 и сепарационно-распределительную решетку 14, а охлаждаемая жидкость поступает в теплообменные трубы 2, движется вниз и отводится через штуцер 18.

Охлаждающая жидкость через штуцер 6 поступает в межтрубное пространство, движется снизу вверх между поперечными перегородками 5 и отводится через штуцер 7.

По мере накопления включений, содержащихся в охлаждающей жидкости и откладывающихся в кольцевой полости между перфорированной обечайкой 15 и стенками камеры 8, открывается запорный орган (шибер) 17 и шлам вымывается из теплообменника через сливное отверстие 16, после чего запорный орган закрывается.

Сепарация охлаждаемой среды - гидратной пульпы от включений, уменьшение напора потока, а также его равномерное распределение значительно снижают эрозийные процессы внутри устройства, в частности в местах крепления труб и трубных решеток, что приводит к повышению эксплуатационной надежности и, как следствие, увеличению срока службы.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для теплообмена жидких сред (вода-вода) в технологических процессах любой отрасли народного хозяйства, преимущественно нефтеперерабатывающей, нефтехимической или смежных с ними областях. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник содержит корпус с трубными решетками и трубным пучком, связанным с коллекторной камерой, в которой с образованием полости установлена кольцевая обечайка, причем кольцевая обечайка выполнена перфорированной и расположена между трубной решеткой и дополнительно смонтированной сепарационно-разделительной решеткой, на которой размещена снабженная турбулизирующими направляющими и отбойным днищем конусная обечайка, образующая со стенками коллекторной камеры полость. Техническим результатом является повышение эксплуатационной надежности теплообменника. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, включающий корпус с трубными решетками и трубным пучком, связанным с коллекторной камерой, в которой с образованием полости установлена кольцевая обечайка, отличающийся тем, что кольцевая обечайка выполнена перфорированной и расположена между трубной решеткой и дополнительно смонтированной сепарационно-разделительной решеткой, на которой размещена снабженная турбулизирующими направляющими и отбойным днищем конусная обечайка, образующая со стенками коллекторной камеры полость.

2. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на отбойном днище выполнена наплавка.

3. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 2, отличающийся тем, что наплавка выполнена из износостойкого материала.

4. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 3, отличающийся тем, что в качестве износостойкого материала используют, например, марганцовистую сталь.

5. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что стенки коллекторной камеры, образующие полость с конусной обечайкой, выполнены конусными.

6. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что диаметр кольцевой перфорированной обечайки равен диаметру трубного пучка.

7. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что отбойное днище имеет криволинейную форму.

8. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что отбойное днище выполнено плоским.

9. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что турбулизирующие направляющие выполнены в виде спиралевидных полос.

10. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 2, отличающийся тем, что наплавка выполнена сплошной.

11. Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник по п. 2, отличающийся тем, что наплавка выполнена в виде полос.