ПАРОЖИДКОСТНЫЙ БАРАБАН ДЛЯ КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2020 года по МПК F22B21/30 F28D7/06 

Настоящее изобретение относится к кожухотрубному теплообменнику и, более конкретно, к кожухотрубному теплообменнику, имеющему парожидкостный барабан, работающий в условиях естественной циркуляции.

Горячие текучие среды в энергетической и обрабатывающей промышленности часто охлаждают с помощью теплообменников, в которых испарение охлаждающей текучей среды происходит в результате непрямого теплообмена между горячей и холодной текучими средами. Испарение позволяет получать высокие общие коэффициенты теплопереноса и, следовательно, уменьшать поверхность теплопереноса и рабочие температуры металла. Яркими примерами таких теплообменников являются котлы–утилизаторы или котлы, работающие на технологическом газе, где газ, имеющий высокую температуру, охлаждают испарением воды.

Когда теплообменник используется для непрямого охлаждения горячей текучей среды испарением охлаждающей текучей среды, для безопасной и стабильно работы обычно необходимо обеспечить:

– непрерывную циркуляцию охлаждающей текучей среды в теплообменнике;

– отделение полученного пара от жидкости;

– сохранение объема охлаждающей текучей среды в случае аварийной остановки.

Циркуляция охлаждающей текучей среды в теплообменнике необходима, чтобы избежать застоя пара, снижения характеристик теплопереноса и возможного перегрева. Циркуляция охлаждающей текучей среды может быть естественной или принудительной. Для последующих операций обычно бывает необходима сепарация пара и жидкости. Пар можно использовать для технологических или бытовых целей, а жидкость часто повторно подают в теплообменник. Наконец, удерживаемый объем охлаждающей текучей среды в жидком состоянии обычно необходим для обеспечения хорошего смачивания теплообменных горячих поверхностей во время аварийной остановки, когда возникает дефицит охлаждающей текучей среды.

Для обеспечения циркуляции охлаждающей текучей среды для сепарации паровой и жидкой фаз, а также для сохранения удерживаемого объема, обычно вместе с теплообменником устанавливают парожидкостный барабан. Такой барабан может устанавливаться как внутри, так и снаружи корпуса теплообменника. Если барабан установлен снаружи от корпуса теплообменника, он является камерой с собственным давлением. Поэтому барабан соединен с теплообменником трубами, приходящими к теплообменнику и отходящими от него, или посредством отверстий в силовых стенках, общих для теплообменника и барабана.

Парожидкостный барабан, отделенный от корпуса теплообменника по существу является камерой давления, отличающейся уровнем жидкости, по меньшей мере одним впускным отверстием для парожидкостной смеси, приходящей из теплообменника, по меньшей мере одним выпускным отверстием для жидкости, и по меньшей мере одним выпускным отверстием для пара. Почти всегда барабан также имеет впуск для свежей охлаждающей текучей среды, которая часто находится в жидкой фазе, которая замещает по меньшей мере часть охлаждающей текучей среды, выходящей из барабана в состоянии пара.

В общепринятой конфигурации внутри барабана имеется одна или более разделительная стенка, которая формирует в барабане по меньшей мере две секции – первая для парожидкостной смеси, а вторая для жидкости. На своем верхнем конце разделительная стенка открыта. Поэтому эти две секции сообщаются через верхнее отверстие разделительной стенки. Верхнее отверстие действует как переливная перегородка и может снабжаться устройствами для сепарации пара и жидкости, такими как отбойники или циклоны.

Первая секция, или секция для парожидкостной смеси, сообщается с трубами, приходящими от теплообменника и, следовательно, эта первая секция получает парожидкостную смесь. Вторая секция, или секция для жидкости, характеризуется уровнем жидкости, который находится ниже верхнего конца разделительной стенки или переливной перегородки, и сообщается с выпускными трубами, транспортирующими жидкость к теплообменнику или на другое оборудование. Парожидкостная смесь, выгруженная в первую секцию барабана, движется к переливной перегородке. На переливной перегородке, где могут быть установлены сепарирующие устройства для улучшения сепарации пара и жидкости, пар и жидкость сбрасываются во вторую секцию. Жидкость падает вниз, к уровню жидкости, а пар движется вверх выше уровня жидкости и к выпускному соединению для пара, обычно установленному наверху камеры барабана. На выпускном соединении для пара могут быть установлены дополнительные сепарирующие устройства для тонкой сепарации пара и жидкости.

Циркуляция парожидкостной смеси из теплообменника в барабан и циркуляция жидкости из барабана в теплообменник может происходить естественно или принудительно. В случае естественной циркуляции барабан устанавливают в приподнятом положении относительно теплообменника. Парожидкостная смесь движется вверх из теплообменника в барабан, а жидкость движется вниз из барабана в теплообменник за счет разницы в плотности в восходящем и нисходящем контурах. Подъем барабана относительно теплообменника создает статический напор для естественной циркуляции.

В общедоступной литературе описано много парожидкостных барабанов. Например, в US 2372992, US 2402154, US 2420655, US 2550066, US 2806453, US 5061304, US 4565554 раскрываются соответствующие варианты барабанов, установленных в генерирующих пар установках, где водяные трубы, непрямо получающие теплоту от горячей текучей среды и в которых происходит испарение воды, непосредственно соединены с барабаном. Испарительные водяные трубы выпускают смесь предпочтительно в пароводяную секцию барабана, которая отделена от водяной секции барабана одной или более стенкой. Затем смесь обрабатывают сепарирующими устройствами. Сепарированная вода выпускается из пароводяной секции в водяную секцию барабана, а сепарированный пар движется в верхнюю часть барабана, к соединению для выпуска пара. Водяная секция барабана, характеризующаяся уровнем воды, соединена с большими трубами, которые также именуют опускными трубами, часто устанавливаемыми снаружи камеры для горячей текучей среды.

В частности, в документе US 2372992 описан котел–утилизатор, характеризующийся верхним и нижним барабанами, соединенными испарительными водяными трубами (подъемными трубами) и опускными трубами, установленными в кожухе, в котором течет горячий топочный газ. Опускные трубы, приносящие воду из верхнего барабана в нижний барабан, имеют ограниченный теплоперенос относительно подъемных труб.

В документе US 3114353 описан парогенератор, содержащий вертикальный парогенератор кожухотрубного типа, с прямыми трубами, с верхней и нижней трубными решетками, с верхней камерой давления, соединенной с верхней трубной решеткой, работающей как парожидкостный барабан, и с нижней камерой давления, соединенной с нижней трубной решеткой, работающей как вторичная жидкостная камера или как жидкостный барабан. Верхняя камера, или парожидкостный барабан, имеет внутреннюю стенку, формирующую две секции, парожидкостную секцию и жидкостную секцию, характеризующуюся уровнем жидкости. Парожидкостная секция верхнего барабана собирает парожидкостную смесь непосредственно из теплообменных трубок парогенератора. Парожидкостная секция верхнего барабана подает жидкость в нижний жидкостный барабан парогенератора по большой опускной трубе, которая заключена в трубный пучок, снабженный муфтой для ограничения кипения жидкости, текущей в опускную трубу.

В другой конфигурации, описанной в US 2016/0097375, барабан является камерой давления, соединенной с трубной решеткой парогенератора кожухотрубного типа с теплообменными трубками байонетного типа. Паровой барабан внутри разделен стенкой на две секции. Первая секция, сообщающаяся с одним трубчатым каналом, собирает пароводяную смесь, образующуюся в теплообменнике, а вторая секция, сообщающаяся с другим трубчатым каналом, работает как резервуар для воды и подает воду в трубки парогенератора. Пароводяная смесь транспортируется из первой секции барабана на сепарирующие устройства, установленные внутри второй секции барабана, по трубам, расположенным снаружи камеры парового барабана.

В US 2373564 описан водяной водотрубный котел–утилизатор кожухотрубного типа с двумя кожухами, соединенными с общей трубной решеткой на противоположных сторонах, и с U–образными трубами, соединенными с трубной решеткой. В нижнем кожухе находятся трубы, а верхний кожух служит резервуаром для воды и пространством для сепарации пара (барабаном). Верхний кожух содержит перегородку, погруженную в воду, присутствующую в верхнем кожухе. Верхний кожух разделен на одну нижнюю пароводяную часть, и одну верхнюю паровую часть, разделенные интерфейсом пар–жидкость. Уровень воды в верхнем кожухе является общим для впускных и выпускных концов U–образных труб.

Краткое описание изобретения

Основной целью настоящего изобретения, таким образом, является создание альтернативного варианта кожухотрубного теплообменника, имеющего парожидкостный барабан, способного:

– собирать парожидкостную смесь, образующуюся в трубках теплообменника;

– осуществлять сепарирование пара и жидкости;

– обеспечивать удерживаемый объем жидкости;

– подавать жидкость в трубки теплообменника;

– работать в условиях естественной циркуляции.

Эта цель, согласно настоящему изобретению, достигается с помощью кожухотрубного теплообменника, имеющего парожидкостный барабан, и способа эксплуатации кожухотрубного теплообменника, как указано в приложенной формуле.

Более конкретно, эти цели достигаются с помощью кожухотрубного теплообменника, содержащего кожух, охватывающий множество U–образных труб трубного пучка. Каждая труба имеет первый трубчатый участок трубы и второй трубчатый участок, которые гидравлически соединены U–образным коленом. Открытые концы каждой трубы соединены с трубной решеткой и трубы расположены вертикально и отходят вниз относительно трубной решетки. Кожух имеет по меньшей мере одно впускное сопло для впуска первой текучей среды и по меньшей мере одно выпускное сопло для выпуска первой текучей среды. Камера давления соединена с трубной решеткой на противоположной стороне кожуха и над этим кожухом. Камера давления имеет множество сопел для впуска и выпуска по меньшей мере второй текучей среды. Эта вторая текучая среда течет в условиях естественной циркуляции в трубах для осуществления непрямого теплообмена с первой текучей средой и испарения во время теплообмена. Камера давления содержит направляющий кожух, первый конец которого герметично соединен с трубной решеткой или первыми трубчатыми участками, а второй конец, противоположный первому, открыт. Направляющий кожух делит камеру давления на первую секцию, охватываемую направляющим кожухом и сообщающуюся с первыми трубчатыми участками, и вторую секцию, сообщающуюся со вторыми трубчатыми участками. Первая секция и вторая секция сообщаются друг с другом посредством открытого конца направляющего кожуха. Первая секция имеет уровень жидкости, расположенный ниже открытого конца, и имеет паровую камеру, расположенную над уровнем жидкости.

Эти цели также достигаются благодаря способу эксплуатации кожухотрубного теплообменника, содержащего кожух, охватывающий множество U–образных труб трубного пуска, в котором каждая труба имеет первый участок трубы и второй участок трубы, гидравлически соединенные U–образным коленом, в котором открытые концы каждой трубы соединены с трубной решеткой и трубы расположены вертикально и отходят вниз относительно трубной решетки, в котором кожух содержит по меньшей мере впускное сопло и по меньшей мере выпускное сопло, и в котором камера давления соединена с трубной решеткой, расположенной на противоположной стороне кожуха и над кожухом, при этом камера давления содержит сопло для впуска жидкости и сопло для выпуска пара, в котором камера давления содержит направляющий кожух, который своим первым концом герметично соединен с трубной решеткой или с первыми трубчатыми участками, а второй конец, противоположный первому концу открыт, в котором направляющий кожух делит камеру давления на первую секцию, охватываемую направляющим кожухом и сообщающуюся с первыми трубчатыми участками труб, и вторую секцию, сообщающуюся со вторыми трубчатыми участками, в котором первая секция и вторая секция сообщаются друг с другом через открытый конец направляющего кожуха, и в котором в первой секции имеется паровая камера. Способ содержит этапы, на которых:

– впускают первую текучую среду через впускное сопло кожуха;

– впускают вторую текучую среду через сопло для впуска жидкости камеры давления;

– пропускают вторую текучую среду по трубам в условиях естественной циркуляции для осуществления непрямого теплообмена с первой текучей средой и испарения второй текучей среды во время теплообмена;

– создают уровень жидкости второй текучей среды ниже открытого конца в первой секции, и над этим уровнем жидкости расположена камера давления;

– выпускают испарившуюся вторую текучую среду через сопло для выпуска пара камеры давления,

– выпускают первую текучую среду через выпускное сопло кожуха.

Более подробно, камера давления, соединенная с трубной решеткой кожухотрубного теплообменника по настоящему изобретению, характеризуется следующими техническими признаками:

Барабан является камерой давления, соединенной с трубной решеткой кожухотрубного теплообменника, расположенной на противоположной стороне кожуха;

– теплообменник имеет U–образные трубы и, предпочтительно трубы имеют два участка;

– теплообменник имеет вертикальное расположение с отходящим вниз трубным пучком;

– барабан разделен на две секции, где одна секция сообщается с первым трубчатым участком, а другая секция сообщается со вторым трубчатым участком;

– горячая текучая среда и охлаждающая текучая среда текут, соответственно, в межтрубном пространстве и во внутритрубном пространстве теплообменника;

– охлаждающая текучая среда непрямо принимает теплоту от горячей текучей среды;

– охлаждающая текучая среда испаряется во время теплопереноса и течет в условиях естественной циркуляции.

Другие отличительные признаки настоящего изобретения указаны в зависимых пунктах формулы, которые образуют неотъемлемую часть настоящего описания.

Краткое описание чертежа

Признаки и преимущества парожидкостного барабана для кожухотрубного теплообменника по настоящему изобретению будут более понятны из нижеследующего, не ограничивающего описания иллюстративного примера со ссылками на приложенный чертеж, на котором схематически показан предпочтительный вариант кожухотрубного теплообменника, оснащенного таким парожидкостным барабаном.

Подробное описание предпочтительных вариантов

На чертеже показан кожухотрубный теплообменник, оснащенный парожидкостным барабаном по настоящему изобретению. Кожухотрубный теплообменник 10 имеет кожух 12, охватывающий множество U–образных труб 14 трубного пучка. Каждая труба 14 содержит первый участок или ветвь 16 и второй участок или ветвь 18, которые гидравлически соединены друг с другом соответствующим U–образным коленом 20. Оба открытых конца каждой трубы 14 соединены с трубной решеткой 22. Трубы 14 трубного пучка и, таким образом, теплообменник 10 расположены вертикально, при этом трубы 14 отходят от трубной решетки 22 вниз.

Первая текучая среда 24, типично горячая текучая среда, течет в межтрубном пространстве теплообменника 10, входя в кожух 12 и выходя из кожуха 12 через по меньшей мере одно впускное сопло 26 и по меньшей мере одно выпускное сопло 28, соответственно. Вторая текучая среда, типично охлаждающая текучая среда, течет во внутритрубном пространстве теплообменника 10, т.е. внутри труб 14 трубного пучка. Таким образом, теплообменник 10 осуществляет непрямой теплообмен между горячей текучей средой и охлаждающей текучей средой. Охлаждающая текучая среда течет в условиях естественной циркуляции и испаряется во время теплообмена. В предпочтительном варианте охлаждающей текучей средой является вода, а теплообменник 10 является парогенератором.

Камера давления 30, работающая как парожидкостный барабан, соединена с трубной решеткой 22 теплообменника на противоположной стороне кожуха 12, т.е. на той стороне трубной решетки 22, которая противоположна стороне, на которой трубы 14 соединены с трубной решеткой 22, и расположена над кожухом 12. Барабан 30 имеет множество сопел 32, 34 и 36 для впуска и выпуска второй текучей среды, циркулирующей в барабане 30. Теплообменник 10 имеет двухпроходную конфигурацию во внутритрубном пространстве. Первый проход, т.е. первая ветвь 16 каждой трубы 14, принимает охлаждающую текучую среду, по существу, в жидкой фазе из барабана 30, а второй проход, т.е. вторая ветвь 18 каждой трубы 14, доставляет охлаждающую текучую среду в форме парожидкостной смеси в барабан 30. Вторая текучая среда поступает в первый участок 16 труб в жидкой фазе, а выходит из второй ветви 18 как парожидкостная смесь.

Барабан 30 содержит направляющий кожух 38, который первым концом 40 герметично прикреплен к трубной решетке 22 или к первым ветвям 16 труб 14 трубного пучка, и гидравлически соединен с первыми трубчатыми участками 16 (с первым трубным проходом) труб 14 трубного пучка. Направляющий кожух 38 открыт на втором конце 42, противоположном первому концу 40. Направляющий кожух 38 делит барабан 30 на две секции 44 и 46. Первая секция 44, охватываемая направляющим кожухом 38, сообщается с первыми трубчатыми участками 16 (с первым трубным проходом) труб 14 трубного пучка, а вторая секция 46 сообщается со вторыми трубчатыми участками 18 (со вторым трубным проходом) труб 14 трубного пучка. Первая секция 44 и вторая секция 46 сообщаются друг с другом через открытый конец 42 направляющего кожуха 38. Первая секция 44 и вторая секция 46 имеют общую паровую камеру 50, расположенную над первой секцией 44 и над второй секцией 46. Жидкость в первой секции 44 имеет уровень 48, расположенный ниже открытого конца 42 направляющего кожуха 38 и, следовательно, паровая камера 50 расположена над уровнем 48 жидкости. Вторая текучая среда в жидкой фазе присутствует в первой секции 44, имея уровень 48 жидкости. Вторая текучая среда в жидкой фазе, присутствующая в первой секции 44, образует объем 60 второй текучей среды, имеющий уровень 48 жидкости. Объем 60 является объемом жидкости, что означает, что этот объем по существу состоит из жидкой второй текучей среды, т.е. второй текучей среды в жидкой фазе. Вторая текучая среда в жидкой фазе частично заполняет первую секцию 44, образуя объем жидкости, имеющий уровень 48 жидкости, которым предпочтительно следует управлять для правильной работы. Выше уровня 48 жидкости находится паровая камера 50, сформированная в первой секции 44. Паровая камера в основном содержит вторую текучую среду в паровой фазе, но также и капли жидкой второй текучей среды. Уровень 48 жидкости представляет интерфейс между объемом жидкости в первой секции 44 и паровой камерой 50. Вторая секция 46 является парожидкостной камерой, не имеющей конкретного уровня жидкости и, поэтому не имеющая средств управления уровнем жидкости. В результате, объем жидкости и соответствующий уровень жидкости находятся в непосредственном сообщении только с первыми трубчатыми участками 16 и влияют на циркуляцию в трубах 14. Преимущество такой конфигурации состоит в том, что на определение уровня 48 жидкости и управление им не влияет пар, поднимающийся по вторым ветвям 18 и по второй секции 46. Направляющий кожух 38 выполнен с возможностью сепарировать вторую текучую среду на жидкую фазу и паровую фазу на открытом конце 42. Первая секция 44 является внутренней секцией, а вторая секция 46 является внешней секцией. Вторая секция находится между направляющим кожухом 38 и барабаном 30. Благодаря тому, что уровень 48 жидкости находится ниже открытого конца 42 и, наоборот, открытый конец 42 находится выше уровня 48 жидкости, вторая текучая среда эффективно сепарируется на жидкую фазу и паровую фазу на открытом конце 42. Разница в плотности между жидкой второй текучей средой в первой секции 44 и парожидкостной второй текучей средой во второй секции 46 создает приводную силу для естественной циркуляции в трубах 14. Далее, жидкая вторая текучая среда в первой секции 44 создает положительный статический напор для создания естественной циркуляции второй текучей среды из первой секции 44 во вторую секцию 45 по трубам 14. Этому способствует отсутствие чисто жидкой фазы, образующей объем жидкости с уровнем жидкости во второй секции.

Барабан 30 также может быть оснащен:

– одним или более устройством 52 для сепарирования пара и жидкости, установленным на открытом конце 42 направляющего кожуха или рядом с ним;

– одним или более устройством 54 для впрыска жидкости, выполненным с возможностью впрыскивать жидкость, предпочтительно в первую секцию 44 черед одно или более впускное сопло 32, которое также может быть показанным соплом 32 для впуска жидкости;

– одни или более устройством 56 для извлечения жидкости, выполненным с возможностью извлекать жидкость из первой секции 44 через одно или более выпускное сопло 34, которое также может быть показанным соплом 34 для выпуска жидкости;

– одним или более устройством 58 для сепарирования жидкости, установленным на сопле 36 для выпуска пара;

одним или более устройством (не показано) для измерения и управления уровнем 48 жидкости.

В идеале, трубы 14 трубного пучка расположены концентрично, то есть первые ветки 16 (первый трубный проход) труб 14 трубного пучка расположены в круглой центральной зоне трубной решетки 22, а вторые трубчатые участки 18 (второй трубный проход) труб 14 трубного пучка расположены в кольцевой области, окружающей первые трубчатые участки 16. При таком идеальном расположении трубного пучка направляющий кожух 38 расположен в барабане 30 концентрично, и вторая секция 46 окружает первую секцию 44.

Свежая охлаждающая текучая среда впрыскивается предпочтительно в первую секцию 44 через впускное сопло 32 с помощью устройств 54 для впрыска жидкости. Впрыск осуществляется в месте, расположенном ниже открытого конца 42 направляющего кожуха 38, предпочтительно, ниже уровня 48 жидкости так, чтобы свежая охлаждающая текучая среда смешивалась с охлаждающей жидкостью, уже присутствующей в первой секции 44. Жидкость в первой секции 44 поступает в первые ветки 16 (первый трубный проход) труб 14 трубного пучка и движется вниз в условиях естественной циркуляции. На длине U–образных труб 14 происходит теплообмен от горячей текучей среды 24, текущей в межтрубном пространстве, в охлаждающую текучую среду. Охлаждающая текучая среда испаряется. Парожидкостная смесь движется вверх по вторым ветвям 18 (второй трубный проход) труб 14 трубного пучка в условиях естественной циркуляции, и выходит во вторую секцию 46. Вторая текучая среда течет в условиях естественной циркуляции за счет того, что поступает в первый участок 16 труб в жидкой фазе, а выходит из второй вески 18 труб как парожидкостная смесь. Эта смесь во второй секции 46 движется вверх в условиях естественной циркуляции до открытого конца 42 направляющего кожуха 38. Открытый конец 42, на котором могут быть установлены устройства 52 для сепарации пара и жидкости для улучшения сепарации, работает как переливная перегородка для этой смеси. Пар и жидкость выводятся в первую секцию 44 и, конкретнее, жидкость падает вниз к уровню 48 жидкости, а пар движется в паровую камеру 50, к соплу 36 для выпуска пара. Далее пар может очищаться от капель жидкости дополнительным сепарирующим устройством 58, установленным на сопле 36 для выпуска пара или рядом с ним.

Первая секция 44 барабана также оснащена устройствами 56 для извлечения жидкости для удаления части жидкости (продувки) через соответствующее сопло 34. Продувка часто бывает необходима для поддержания нужного уровня концентрации загрязнений, который стремится к росту из–за естественной циркуляции между барабаном 30 и трубами 14 трубного пучка. В условиях стационарной работы количество выходящего пара и продувочной текучей среды равно количеству свежей охлаждающей текучей среды, впрыснутой в барабан 30.

Первая секция 44 барабана 30 также оснащена необходимыми приборами для мониторинга уровня 48 жидкости и управления им. Естественная циркуляция между барабаном 40 и трубами 14 трубного пучка зависит от статического напора, создаваемого уровнем 48 жидкости, от разницы в плотности между жидкостью, текущей вниз и парожидкостной смеси, текущей вверх, и от общих перепадов давления в контуре. Объем жидкости в первой секции 44 также является объемом жидкости теплообменник 10, обеспечивающим необходимый удерживаемый объем жидкости на случай нештатных рабочих условий или останова.

Согласно одному аспекту, настоящее изобретение относится к способу эксплуатации кожухотрубного теплообменника 10, содержащего кожух 12, охватывающий множество U–образных труб 14 пучка труб, при этом каждая труба 14 имеет первый участок 16 и втору ветвь 18, которые соединены U–образным коленом 20, в котором открытые концы каждой трубы 14 соединены с трубной решеткой 22 и трубы 14 расположены вертикально и отходят вниз от трубной решетки 22, в котором кожух 12 имеет по меньшей мере одно впускное сопло 26 и по меньшей мере одно выпускное сопло 28, и в котором камера 30 давления соединена с трубной решеткой 22 на противоположной стороне кожуха 12 и над кожухом 12, пи этом камера давления 30 имеет сопло 32 впуска жидкости и сопло 36 выпуска паре, в котором камера давления 30 содержит направляющий кожух 38, который первым концом 40 герметично соединен с трубной решеткой 22 и с первыми трубчатыми участками 16 труб, а второй его конец 42, противоположный первому концу 40, открыт, в котором направляющий кожух 38 делит камеру давления 30 на первую секцию 44, которая охвачена направляющим кожухом 38 и сообщается с первыми трубчатыми участками 16 труб, и вторую секцию 46, сообщающуюся со вторыми трубчатыми участками 19 труб, в котором первая секция 44 и вторая секция 46 сообщаются друг с другом через открытый конец 42 направляющего кожуха 38, и в котором первая секция 44 имеет паровую камеру 50, при этом способ содержит этапы, на которых:

– впускают первую текучую среду 24 чрез впускное сопло 26 кожуха 12;

– впускают вторую текучую среду черед сопло 32 для впуска жидкости в камере давления 30;

– пропускают вторую текучую среду по трубам 14 в условиях естественной циркуляции для осуществления непрямого теплообмена с первой текучей средой 24 и испарения второй текучей среды во время теплообмена;

– создают уровень 48 второй текучей среды, над которым расположена паровая камера 50, ниже открытого конца 42 в первой секции 44;

– выпускают испарившуюся вторую текучую среду через сопло 36 для выпуска пара в камере давления 30;

– выпускают первую текучую среду 24 через выпускное сопло 28 в кожухе 12.

Выражение "создают уровень 48 второй текучей среды ниже открытого конца 42 в первой секции 44" можно альтернативно сформулировать как "удерживают уровень 48 второй текучей среды ниже открытого конца 42 в первой секции 44". Создание или удержание уровня 48 второй текучей среды ниже открытого конца 42 в первой секции 44 можно осуществлять, выпуская второй текучей среды через сопло 34 для выпуска жидкости в камере давления 30. Создание или удержание уровня 48 второй текучей среды ниже открытого конца 42 в первой секции 44 можно осуществлять, впуская вторую текучую среду через сопло 32 для впуска жидкости в камере давления 30. Создание или удержание уровня 48 второй текучей среды ниже открытого конца 42 в первой секции 44 можно осуществлять, управляя уровнем 48 жидкости соответствующими приборами (не показаны), выпуская второй текучей среды через сопло 34 для выпуска жидкости и/или впуская вторую текучую среду через сопло 32 для впуска жидкости. Вторая текучая среда является по существу жидкостью, уровень которой образуется или удерживается ниже открытого конца, а также когда она выводится через сопло 34 для выпуска жидкости.

Способ может содержать один или все из описанных ниже этапов, которые с педагогической точки зрения должны выполняться в представленном порядке, но на практике способ является непрерывным процессом.

– Впускают (или выпускают) вторую текучую среду в первую секцию 44 через сопло 32 для впуска жидкости. Вторая текучая среда по существу является жидкостью, т.е. по существу находится в жидкой фазе при впуске (или выпуске) в первую секцию 44.

– Получают объем 60 второй текучей среды с уровнем 48 в первой секции 44. Объем 60 находится в первой секции 44.

– Пропускают вторую текучую среду по трубам 14 в условиях естественной циркуляции. Это можно осуществлять, выпуская вторую текучую среду из первой секции 44 в первый участок 16 труб. Вторая текучая среда, когда она попадает в первый участок 16 труб, является по существу жидкостью, т.е. находится по существу в жидкой фазе.

– Подвергают вторую текучую среду непрямому теплообмену с первой текучей средой вдоль длины труб 14. Тем самым вторая текучая среда испаряется, образуя парожидкостную смесь второй текучей среды.

– Выпускают парожидкостную смесь второй текучей среды из труб 14, более конкретно, из вторых ветвей 18 труб 14, во вторую секцию 46.

– Выпускают парожидкостную смесь второй текучей среды в первую секцию 44. Тем самым, жидкая часть второй текучей среды, более конкретно, парожидкостная смесь второй текучей среды, падает вниз к уровню 48 жидкости, а паровая часть второй текучей среды движется вверх в паровую камеру 50. Парожидкостная смесь второй текучей среды выпускается из второй секции 46 в первую секцию 44. Парожидкостная смесь второй текучей среды выпускается в первую секцию 44 через открытый конец 42 направляющего кожуха 38. Жидкая часть падает в объем 60 второй текучей среды.

– Выпускают испарившуюся вторую текучую среду через сопло 36 выпуска пара камеры давления 30. В частности, паровая часть второй текучей среды выводится через сопло 36 выпуска пара. Паровая часть в основном содержит втору ю текучую среду в паровой фазе, но может содержать капли жидкой второй текучей среды.

Кожухотрубный теплообменник, применяемый в этом способе, может быть теплообменником, определенным выше, и может содержать любые из признаков, версий и вариантов, описанных выше. Например, направляющий кожух 38 может быть установлен концентрично в камере давления 30, а вторая часть 46 окружать первую часть 44. Далее, трубы 124 трубного пучка могут быть расположены концентрично, то есть, первые трубчатые участки 16 находятся в круглой центральной зоне трубной решетки 22, а вторые трубчатые участки 18 труб могут быть расположены в кольцевой области, окружающей эти первые трубчатые участки 16 труб.

Кожухотрубный теплообменник, имеющий парожидкостный барабан, а также способ эксплуатации кожухотрубного теплообменника по настоящему изобретению позволяют достичь вышеописанных целей.

В кожухотрубный теплообменник, имеющий парожидкостный барабан, а также в способ эксплуатации кожухотрубного теплообменника по настоящему изобретению могут быть внесены различные изменения, входящие в изобретательскую идею. Кроме того, все детали можно заменять на технически эквивалентные элементы. На практике применяемые материалы, а также формы и размеры могут быть любыми, в соответствии с техническими требованиями.

Объем защиты определяется приложенной формулой.

Кожухотрубный теплообменник содержит кожух, охватывающий множество U–образных труб трубного пучка. Каждая труба имеет первый участок и второй участок. Открытые концы каждой трубы соединены с трубной решеткой. Камера давления соединена с трубной решеткой. Камера давления содержит направляющий кожух, соединенный первым концом с трубной решеткой или с первыми трубчатыми участками, а второй его конец, противоположный первому концу, открыт. Направляющий кожух делит камеру давления на первую секцию и вторую секцию. Первая секция и вторая секция сообщаются друг с другом через открытый конец направляющего кожуха. Уровень жидкости в первой секции расположен ниже открытого конца и, поэтому, над уровнем жидкости расположена паровая камера. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Кожухотрубный теплообменник (10), содержащий кожух (12), охватывающий множество U-образных труб (14) трубного пучка, причем каждая труба (14) имеет первый трубчатый участок(16) и второй трубчатый участок (18), которые гидравлически соединены U-образным коленом (20), причем открытые концы каждой трубы (14) соединены с трубной решеткой(22), и трубы (14) расположены вертикально и отходят вниз относительно трубной решетки (22), причем кожух (12) снабжен по меньшей мере впускным соплом (26) для впуска первой текучей среды (24) и по меньшей мере выпускным соплом (28) для выпуска первой текучей среды (24), и причем камера (30) давления соединена с трубной решеткой (22) на противоположной стороне кожуха (12) и выше кожуха (12), камера (30) давления оборудована множеством сопел (32, 34, 36) для впуска и выпуска по меньшей мере второй текучей среды, при этом вторая текучая среда течет в условиях естественной циркуляции в трубах (14) для косвенного теплообмена с первой текучей средой (24) и испарения во время теплообмена,

отличающийся тем, что

камера (30) давления содержит направляющий кожух (38), который первым концом (40) герметично соединен с трубной решеткой (22) или с первыми трубчатыми участками (16), а второй конец (42) направляющего кожуха (38), который является противоположным первому концу (40) открыт, причем направляющий кожух (38) делит камеру (30) давления на первую секцию (44), которую охватывает направляющий кожух (38) и которая сообщается с первыми трубчатыми участками (16), и вторую секцию (46), которая сообщается со вторыми трубчатыми участками (18), причем первая секция (44) и вторая секция (46) сообщаются друг с другом посредством открытого конца (42) направляющего кожуха (38), и причем первая секция (44) имеет уровень (48) жидкости, расположенный ниже открытого конца (42) и снабжена паровой камерой (50), расположенной выше уровня (48) жидкости.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что первая секция (44) содержит объем (60) второй текучей среды, имеющий уровень (48) жидкости.

3. Теплообменник по п. 1 или 2, отличающийся тем, что имеет двухпроходную конфигурацию во внутритрубном пространстве, причем первые трубчатые участки (16) принимают вторую текучую среду в жидкой фазе из камеры (30) давления, а вторые трубчатые участки (18) подают вторую текучую среду в форме парожидкостной смеси в камеру (30) давления.

4. Теплообменник по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что камера (30) давления оборудована одним или более устройством (52) для сепарирования пара и жидкости, установленным на открытом конце (42) направляющего кожуха (38) или рядом с ним.

5. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что камера (30) давления оборудована одним или более устройством (54) для впрыска жидкости, выполненным с возможностью впрыскивания жидкости в камеру (30) давления через одно или более сопло (32) для пуска жидкости.

6. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что камера (30) давления оборудована одним или более устройством (54) для извлечения жидкости, выполненным с возможностью извлечения жидкости из первой секции (44) через одно или более сопло (34) для выпуска жидкости.

7. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что камера (30) давления оборудована одним или более устройством (58) для сепарирования пара и жидкости, установленным на сопле (36) для выпуска пара камеры (30) давления.

8. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что камера давления (30) оборудована одним или более устройством для измерения и управления уровнем (48) жидкости.

9. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что трубы (14) трубного пучка расположены концентрично, то есть первые трубчатые участки (16) расположены в круглой центральной зоне трубной решетки (22), а вторые трубчатые участки (18) расположены в кольцевой области, окружающей первые трубчатые участки (16) труб.

10. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что направляющий кожух (38) расположен концентрично в камере (30) давления, и вторая секция (46) окружает первую секцию (44).

11. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что первая текучая среда (24), текущая в кожух (12), является горячей текучей средой, а вторая текучая среда, текущая в камеру давления (30) и в U-образные трубы (14) трубного пучка, является охлаждающей текучей средой.

12. Теплообменник (10) по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что вторая текучая среда является водой, и теплообменник (10) является парогенератором.

13. Способ эксплуатации кожухотрубного теплообменника (10), содержащего кожух (12), охватывающий множество U-образных труб (14) трубного пучка, причем каждая труба (14) имеет первый трубчатый участок (16) и второй трубчатый участок (18), которые гидравлически соединены U-образным коленом (20), причем открытые концы каждой трубы (14) соединены с трубной решеткой (22), и трубы (14) расположены вертикально и отходят вниз относительно трубной решетки (22), причем кожух (12) снабжен по меньшей мере впускным соплом (26) и по меньшей мере выпускным соплом (28), и причем камера (30) давления соединена с трубной решеткой (22) на противоположной стороне кожуха (12) и выше кожуха (12), камера (30) давления оборудована соплом (32) для впуска жидкости и соплом (36) для выпуска пара, причем камера (30) давления содержит направляющий кожух (38), который первым концом (40) герметично соединен с трубной решеткой (22) или с первыми трубчатыми участками (16), а второй его конец (42), противоположный первому концу (40), открыт, причем направляющий кожух (38) делит камеру (30) давления на первую секцию (44), которую охватывает направляющий кожух (38) и которая сообщается с первыми трубчатыми участками (16), и вторую секцию (46), сообщающуюся со вторыми трубчатыми участками (18), причем первая секция (44) и вторая секция (46) сообщаются друг с другом посредством открытого конца (42) направляющего кожуха (38), и причем первая секция (44) оборудована паровой камерой (50), при этом способ содержит этапы, на которых:

- впускают первую текучую среду (24) чрез впускное сопло (26) кожуха (12);

- впускают вторую текучую среду черед сопло (32) для впуска жидкости камеры (30) давления;

- пропускают вторую текучую среду по трубам (14) в условиях естественной циркуляции для осуществления непрямого теплообмена с первой текучей средой (24) и испарения второй текучей среды во время теплообмена;

- имеют жидкостной уровень (48) второй текучей среды, расположенный ниже открытого конца (42) в первой секции (44), выше жидкостного уровня (48) расположена паровая камера (50);

- выпускают испарившуюся вторую текучую среду через сопло (36) для выпуска пара камеры (30) давления;

- выпускают первую текучую среду (24) через выпускное сопло (28) кожуха (12).

14. Способ по п. 13, содержащий этап, на котором выпускают вторую текучую среду в первую секцию (44), благодаря чему жидкая часть второй текучей среды падает вниз к уровню жидкости, а паровая часть второй текучей среды движется в паровую камеру (50).

15. Способ по п. 13 или 14, при котором вторую текучую среду впускают в первую секцию (44).

16. Способ по любому из пп. 13-15, при котором в первой секции (44) создают объем (60) второй текучей среды, имеющий уровень (48) жидкости.