ВОЗДУШНЫЙ КОНДЕНСАТОР ПАРА ПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА С МИНИ-ТРУБКАМИ Российский патент 2020 года по МПК F28B1/06 B01D5/00 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

[001] Настоящее изобретение относится к крупногабаритному воздушному конденсатору пара промышленного типа, монтируемому на месте.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

[002] В настоящее время в качестве оребренной трубки для большинства крупногабаритных воздушных конденсаторов (АСС) пара промышленного типа, монтируемых на месте, используется сплющенная трубка, которая характеризуется длиной около 11 метров на ширину 200 мм (которая именуется также «длиной прохождения воздуха») с полукруглыми передней и задней кромками, а также высотой 18,7 мм по наружному контуру (перпендикулярно длине прохождения воздуха). Толщина стенки трубки составляет 1,35 мм. Ребра соединяются напайкой с каждой трубкой с обеих ее плоских сторон. Ребра обычно характеризуются высотой 18,5 мм и отстоят друг от друга так, что на каждый дюйм приходится 11 ребер. Поверхность ребер имеет волнистый рисунок, что улучшает теплопередачу и повышает жесткость ребер. Стандартное межцентровое расстояние между трубками составляет 57,2 мм. На сами трубки приходится около одной трети площади лобового сечения (перпендикулярно направлению течения воздуха); тогда как на ребра приходится около двух третей площади лобового сечения. Расстояние между концами соседних ребер составляет всего 1,5 мм. Для летних условий окружающей среды максимальная скорость прохождения пара по трубкам может составлять вплоть до 28 м/с, а обычно составляет 23-25 м/с. Конструкция, объединяющая одну А-образную раму с этими трубками и ребрами, оптимизируется, исходя из длины трубки, расстояния между ребрами, высоты и формы ребер и длины прохождения воздуха. Оребренные трубки собираются в трубные пучки теплообменников, обычно из расчета 39 трубок на трубные пучки теплообменников, а 10-14 трубных пучков группируются в два пучка, которые сводятся вместе, образуя одну А-образную раму в расчете на каждый вентилятор. Вентилятор обычно располагается под А-образной рамой, нагнетая воздух вверх через трубные пучки. Кроме того, оптимизируется общая конструкция трубок и ребер, а также потери давления воздуха в комбинации трубок и ребер для обеспечения соответствия производительности по нагнетанию воздуха крупногабаритных (диаметром до 38 футов) вентиляторов мощностью 200-250 л.с. Такая оптимизированная схема используется в относительно неизменном виде множеством самых разных производителей с тех пор, как 20 лет назад была внедрена концепция однорядных эллиптических трубок.

[003] Стандартный воздушный конденсатор в виде А-образной рамы, описанный выше, содержит как трубные пучки конденсатора первой ступени или «первичного» конденсатора, так и трубные пучки конденсатора второй ступени или «вторичного» конденсатора. Около 80-90% трубных пучков теплообменников составляют конденсаторы первой ступени или первичные конденсаторы. Пар поступает в верхнюю часть трубных пучков первичного конденсатора, а конденсат с некоторым объемом пара покидает нижнюю часть. Конфигурация первой ступени термически эффективна; однако она не обеспечивает отведение неконденсирующихся газов. Для проведения неконденсирующихся газов через трубные пучки первой ступени 10-20% трубных пучков теплообменников выполнено в виде конденсаторов второй ступени или в виде вторичных конденсаторов, обычно чередующихся с первичными конденсаторами, которые обеспечивают отвод пара из нижнего конденсатного коллектора. В этой схеме пар и неконденсирующиеся газы проходят через конденсаторы первой ступени по мере их втягивания в нижнюю часть вторичного конденсатора. При прохождении газовой смеси через вторичный конденсатор оставшийся пар конденсируется, собирая неконденсирующиеся газы. Верхние части вторичных конденсаторов соединены с вакуумным коллектором, который отводит неконденсирующиеся газы из системы.

[004] Изменения, внесенные в стандартную схему АСС предшествующего уровня техники, раскрыты, например, в документах US 2015/0204611 и US 2015/0330709. В этих заявках показаны оребренные трубки аналогичного типа, но сильно укороченные и расположенные последовательно в виде А-образных рам небольшого размера, обычно по пять А-образных рам на каждый вентилятор. Часть логики заключается в том, чтобы уменьшить перепад давления пара, что сильно не сказывается на общей производительности в летних условиях эксплуатации, но дает определенный эффект в зимних условиях. Другая часть логики заключается в том, чтобы приваривать воздуховод верхнего коллектора пара к каждому трубному пучку на заводе-изготовителе и транспортировать их вместе, тем самым снижая затраты на дорогостоящие сварочные работы на месте монтажа. Конечный эффект от применения такой схемы, где коллектор пара соединяется с конденсатором на заводе-изготовителе и отгружается вместе с трубными пучками, заключается в том, что за счет уменьшенной длины трубок коллектор помещается в стандартном транспортировочном контейнере повышенной вместимости. Поскольку трубки укорочены и, следовательно, общая площадь поверхности уменьшена, общий объем такой конструкции в сравнении со стандартной конструкцией в виде единой А-образной рамы с такими же габаритными размерами (для летних условий эксплуатации) уменьшен примерно на 3%.

Краткое раскрытие настоящего изобретения

[005] В настоящем документе представлены следующие изобретения: 1) новая конструкция трубок, которые используются в теплообменных системах, включая, помимо прочего, крупногабаритные воздушные конденсаторы пара промышленного типа, монтируемые на месте; и 2) новая конструкция крупногабаритных монтируемых на месте воздушных конденсаторов пара промышленного типа, используемых на электростанциях и других объектах подобного рода; при этом оба аспекта настоящего изобретения повышают теплоемкость АСС, а в некоторых конфигурациях - снижают количество используемого материала. Различные аспекты и/или варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты ниже:

[006] Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления конструкции трубок согласно настоящему изобретению трубки характеризуются такими размерами поперечного сечения, как 200 мм в ширину (по длине прохождения воздуха), как и на известном уровне техники, но с высотой поперечного сечения (перпендикулярно длине прохождения воздуха) менее 10 мм, в предпочтительном варианте - в пределах 4-10 мм, в более предпочтительном варианте - в пределах 5,0-9 мм, в еще более предпочтительном варианте - в пределах 5,2-7 мм, а в наиболее предпочтительном варианте - 6,0 мм (указанная ширина также называется «шириной трубки по наружному контуру»); при этом они снабжены ребрами высотой 8-12 мм, а в предпочтительном варианте - 10 мм, которые расположены так, что на каждый дюйм приходится 8-12 ребер, а в предпочтительном варианте - 11 ребер на дюйм. Согласно еще одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения активные ребра могут характеризоваться высотой 16-22 мм, а в предпочтительном варианте - 18,5 мм; и они могут перекрывать пространство между двумя соседними трубками, по существу выступая с обеих сторон каждой трубки на 8-11 мм.

[007] Уменьшение поперечного сечения трубок (с сохранением длины прохождения воздуха, но с существенным уменьшением высоты) идет вразрез с преобладающей в настоящее время точкой зрения известного уровня техники, которая заключается в том, трубки должны быть выполнены с максимально возможным поперечным сечением, чтобы они могли вмещать в себя огромные объемы пара, которые генерируются крупными электростанциями, а трубки большего размера снижают затраты. И хотя стоимость такой конструкции значительно превосходит стоимость конструкции трубок предшествующего уровня техники, авторы настоящего изобретения неожиданно для себя пришли к выводу, что повышение КПД (коэффициента полезного действия) за счет использования трубок меньшей высоты (в наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения превышающее на 30% КПД трубок предшествующего уровня техники) с лихвой компенсирует увеличение стоимости. Эта новая конструкция трубок может быть использована в крупногабаритных монтируемых на месте воздушных конденсаторах пара промышленного типа предшествующего уровня техники (например, описанных выше в разделе «Предшествующий уровень техники настоящего изобретения»); или же она может быть использована в рамках новой конструкции АСС, описанной ниже в настоящем документе.

[008] Если обратиться к новой конструкции трубок для крупногабаритных монтируемых на месте воздушных конденсаторов пара промышленного типа, то основной признак настоящего изобретения заключается в том, что множество первичных и вторичных конденсаторов располагается но новой схеме, которая уменьшает стоимость коллекторов пара, а также существенно повышает теплоемкость, одновременно облегчая транспортировку оборудования в контейнерах и сводя к минимуму объем сварочных работ на месте монтажа.

[009] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения конструкция характеризуется десятью трубными пучками теплообменников в расчете на секцию, сведенными в пять пар, расположенными по V-образной схеме (перевернутая конфигурация в сравнении со стандартными конфигурациями АСС предшествующего уровня техники). Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения трубные пучки могут располагаться по А-образной схеме, но такие варианты осуществления настоящего изобретения требуют дополнительных воздуховодов, и поэтому они стоят дороже.

[0010] В предпочтительной схеме каждый трубный пучок теплообменников содержит четыре первичных теплообменника и четыре вторичных теплообменника, причем каждый вторичный теплообменник спарен с одним первичным теплообменником. Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрен один вторичный теплообменник на сердцевину, но сопряжение каждого вторичного теплообменника с одним первичным теплообменником обеспечивает преимущество, состоящее в минимизации протяженности трубной/коллекторной системы конденсатора. Согласно еще одному из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения может быть предусмотрено три или даже два или пять или больше теплообменников на одну сердцевину с последующим поиском компромисса между производительностью и стоимостью.

[0011] Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения четыре первичных конденсатора расположены так, что их трубки проходят горизонтально, тогда как впускные коллекторы пара на одном конце трубок выстроены параллельно поперечной оси трубного пучка. Эта схема обеспечивает поступление пара в небольшие по размерам впускные коллекторы снизу. Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения пар может подаваться сверху, но этот вариант требует более протяженной системы воздуховодов.

[0012] Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения вертикальная ширина каждого трубного пучка составляет от 91 дюйма (2,3 м) до 101 дюйма (2,57 м).

[0013] В предпочтительном варианте длина трубного пучка составляет 41-43 фута, но могут быть предусмотрены различные иные варианты с меньшей длиной, например, 38 футов. Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения два конденсатора из числа вторичных конденсаторов небольшого размера могут соединяться с первичными конденсаторами на месте монтажа с небольшими дополнительными расходами на сварку в полевых условиях. Этот вариант осуществления настоящего изобретения особенно эффективен в том случае, когда потребная длина сердцевины превышает длину транспортировочного контейнера.

[0014] Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения для трубных пучков с четырьмя первичными конденсаторами каждый горизонтальный трубный пучок содержит трубки длиной 2,2-2,8 м. Для трубных пучков с пятью первичными конденсаторами каждый горизонтальный трубный пучок содержит трубки длиной 1,75-2,25 м, а в предпочтительном варианте - 2,0 м. Коллектор пара и выпускной коллектор характеризуются предпочтительной шириной 0,065-0,10 м (перпендикулярно вертикальной длине коллектора), а в предпочтительном варианте - 0,075 м. Каждый первичный конденсатор предпочтительно напрямую соединен с вторичным конденсатором, снабженным оребренными трубками с продольными осями, проходящими параллельно поперечной оси трубного пучка, который выполнен с возможностью приема пара, поступающего снизу, и предпочтительно характеризуется таким размерами, что площадь его лобового сечения на 10-20% меньше площади лобового сечения соответствующего первичного конденсатора; а в случае использования первичного конденсатора размерами 2,3 м на 2,4 м вторичный конденсатор характеризуется шириной, например, 0,20-0,45 м, а в предпочтительном варианте - 0,31 м.

[0015] Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения трубный пучок теплообменников содержит следующие элементы, расположенные между двумя его концами: небольшой по размерам вторичный конденсатор (10-20% площади лобового сечения соответствующего первичного змеевика) с трубками, выстроенными параллельно поперечной оси трубного пучка; следующий за ним полноразмерный первичный конденсатор с горизонтальными трубками (выстроенными параллельно продольной оси трубного пучка); и конденсатный коллектор, расположенный между первичным конденсатором и вторичным конденсатором, который соединен вдоль своей боковой стороны с выпусками трубок первичного конденсатора, и соединенный в своей нижней части с впускным патрубком вторичного конденсатора для отвода оставшегося пара и неконденсирующихся газов непосредственно во вторичный конденсатор. Впускной коллектор пара располагается на дальнем конце первого первичного конденсатора. Второй первичный и второй вторичный конденсаторы являются зеркальным отображением соответствующих первых конденсаторов, образующих первую половину теплообменника. Вторая половина теплообменника зеркально отображает первую половину.

[0016] Затем трубные пучки спариваются, образуя в предпочтительном варианте V-образные рамы. В результате паровпуски, составляющие две пары из четырех паровпусков в каждой, сходятся внизу, образуя два отдельных участка небольшой площади. Эти четыре паровпуска могут быть сведены в один вертикальный паропровод или стояк, отходящий от основного паропровода, расположенного снизу, и соединены друг с другом посредством переходника «один на четыре». Сварка коллектора пара по длине трубных пучков не требуется. Как было указано выше, могут быть использованы А-образные рамы, но они менее экономичны, поскольку традиционная конструкция АСС в виде А-образных рам требует размещения паропроводов над змеевиками/трубными пучками, а не под ними.

[0017] Пар поступает в трубный пучок теплообменников по паропроводу. Стояки доставляют пар из паропровода на впускные патрубки теплообменников, через которые пар поступает во впускные коллекторы пара. Впускные коллекторы пара подают пар в горизонтально ориентированные трубки первичного конденсатора. Большая часть пара конденсируется в воду по мере его прохождения по трубкам первичного конденсатора. Трубки первичного конденсатора заканчиваются в конденсатном коллекторе, в который поступает оставшийся пар (включающий в себя неконденсирующиеся газы). Нижняя часть конденсатного коллектора имеет «подошву», которая проходит под нижней частью вторичного конденсатора и открывается в нее. Конденсат собирается в нижней части конденсатного коллектора, откуда он поступает в конденсатосборную трубку. При этом оставшийся пар, включающий в себя неконденсирующиеся газы, отводится из конденсатного коллектора вверх через вторичный конденсатор. По мере конденсации оставшегося пара конденсат проходит обратно вниз через вторичный конденсатор, доходя до «подошвы» конденсатного коллектора и поступая в конденсатосборную трубку. Неконденсирующиеся газы покидают вторичный конденсатор через коллекторную трубку для неконденсирующихся газов.

[0018] Как было указано выше, в этой новой конструкции АСС могут быть использованы трубки с конфигурацией поперечного сечения предшествующего уровня техники и площадью 200 мм × 18,7 мм, и в этом случае повышение КПД составит около 5%. В альтернативном варианте в этой новой конструкции АСС могут быть использованы трубки новой конструкции, которая описана в настоящем документе (размерами 200 мм × менее 10 мм), и в этом случае повышение КПД в сравнении с А-образной схемой предшествующего уровня техники с трубками стандартной конфигурации составит около 22%.

[0019] Согласно другому альтернативному варианту осуществления настоящего изобретения в новой конструкции АСС согласно заявленному изобретению могут быть использованы трубки размерами 100 мм × 5 мм × 7 мм, снабженные смещенными ребрами. Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает суммарное повышение производительности более чем на 17,5% в сравнении со стандартной конфигурацией АСС со стандартными трубками; при этом снижается стоимость трубок и ребер примерно на 40% и одновременно уменьшается масса подпираемых трубных пучков. Согласно этому варианту осуществления настоящего изобретения масса трубных пучков будет составлять около 60% от массы трубных пучков предшествующего уровня техники; и, следовательно, облегчается их закрепление в новой конструкции АСС.

[0020] Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения в новой конструкции АСС согласно заявленному изобретению могут быть использованы трубки размерами 200 мм × 5 мм × 7 мм, снабженные стреловидными ребрами, расположенными таким образом, что на каждый дюйм приходится 9,8 ребер. Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает суммарное повышение производительности более чем на 30% в сравнении со стандартной конфигурацией АСС со стандартными трубками.

[0021] Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения в новой конструкции АСС согласно заявленному изобретению могут быть использованы трубки размерами 120 мм × 5 мм × 7 мм, снабженные стреловидными ребрами, расположенными таким образом, что на каждый дюйм приходится 9,8 ребер. Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает суммарное повышение производительности более чем на 17% в сравнении со стандартной конфигурацией АСС со стандартными трубками. Согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в новой конструкции АСС согласно заявленному изобретению могут быть использованы трубки размерами 140 мм × 5 мм × 7 мм, снабженные стреловидными ребрами, расположенными таким образом, что на каждый дюйм приходится 9,8 ребер. Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает суммарное повышение производительности более чем на 23% в сравнении со стандартной конфигурацией АСС со стандартными трубками. И хотя конфигурации с размерами трубок 120 мм и 140 мм по существу не обеспечивают повышение производительности, которое обеспечивает конфигурация с размером трубок 200 мм, обе конфигурации с размерами трубок 120 мм и 140 мм позволяют уменьшить расход материала и снизить массу в сравнении с конструкцией, где используются трубки размером 200 мм.

[0022] Для раскрытия конструкции стреловидных ребер, описанных выше, в настоящий документ полностью включено содержание заявки на выдачу патента США №15/425,454, поданной 06 февраля 2017 года.

[0023] Согласно еще одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в новой конструкции АСС согласно настоящему изобретению могут быть использованы трубки с решетчатыми ребрами, которые функционируют примерно таким же образом, что и смещенные ребра, но которые более доступны и просты в изготовлении.

[0024] На известном уровне техники ребра и трубки теплообменников спаиваются друг с другом по одной трубке за один прием. Согласно настоящему изобретению за счет использования предложенных трубных пучков и трубок уменьшенных размеров можно спаять множество оребренных трубок в единый пакет, снизить производственные издержки, устранить воздушный зазор между оребренными трубками, который негативно влияет на эксплуатационные характеристики, и обеспечить прочную структуру между стенками соседних трубок для предотвращения их смятия под действием вакуума. Более того, благодаря схеме согласно настоящему изобретению достигается существенное увеличение площади поверхности ребер и трубок, а это особенно важно в свете того, что общая площадь поверхности теплообмена ограничена размерами двери транспортировочного контейнера. Поскольку длина трубок или ширина трубных пучков не уменьшена за счет коллектора пара, что требуется в других конструкциях, эта схема увеличивает эффективную площадь теплообмена в расчете на единицу контейнерной отгрузки в сравнении с другими конструкциями.

[0025] Резюмируем, что общий выигрыш от повышения производительности по конденсации пара и сокращения расходов, обеспечиваемый настоящим изобретением в сравнении с устройством эквивалентных размеров предшествующего уровня техники, доходит до 33% при постоянной мощности каждого вентилятора. Для конденсатора АСС, состоящего из множества секций, количество вентиляторов может быть уменьшено, поскольку каждая секция обладает повышенной производительностью, и для конденсации пара требуется меньшее число вентиляторов; при этом суммарная мощность вентиляторов может быть уменьшена более чем на 25%.

[0026] Кроме того, облегчается установка конструкции АСС согласно настоящему изобретению, для которой требуется меньше места на электростанции.

[0027] Соответственно, согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, подключаемый к промышленной паропроизводительной установке, который содержит множество пар трубных пучков теплообменников, причем каждая пара трубных пучков теплообменников образует V-образную конфигурацию, а каждый трубный пучок теплообменников характеризуется продольной осью и поперечной осью, перпендикулярной его продольной оси; при этом каждый трубный пучок теплообменников содержит множество впускных коллекторов пара, множество секций первичного конденсатора, множество выпускных конденсатных коллекторов и, по меньшей мере, одну секцию вторичного конденсатора; при этом каждый первичный конденсатор содержит множество оребренных трубок, каждая из которых характеризуется продольной осью, параллельной продольной оси трубного пучка соответствующего теплообменника; при этом каждый вторичный конденсатор содержит множество оребренных трубок, каждая из которых характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника; при этом каждый из указанных впускных коллекторов пара характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника, причем каждый впускной коллектор пара выполнен с возможностью приема пара из парораспределительного коллектора, расположенного под указанными трубными пучками теплообменников, и направления пара на первый конец указанного множества оребренных трубок в соответствующем первичном конденсаторе; при этом каждый из указанных выпускных конденсатных коллекторов характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника, и соединен на первой стороне со вторым концом указанного множества оребренных трубок в соответствующем первичном конденсаторе для сбора поступающего оттуда конденсата, неконденсированного пара и неконденсирующихся газов; при этом каждый из указанных выпускных конденсатных коллекторов соединен на своем нижнем конце с нижним концом, по меньшей мере, одной указанной секции вторичного конденсатора; при этом каждый из указанных выпускных конденсатных коллекторов также соединен на своем нижнем конце с конденсатосборной трубкой; и при этом каждая секция вторичного конденсатора соединена на своем верхнем конце с коллекторной трубкой для неконденсирующихся газов.

[0028] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, содержащий одинаковое количество первичных и вторичных конденсаторов, причем каждый вторичный конденсатор спарен с одним первичным конденсатором.

[0029] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором каждый трубный пучок теплообменников содержит четыре первичных конденсатора и четыре вторичных конденсатора, причем ориентация «слева направо» каждой указанной пары «первичный конденсатор/вторичный конденсатор» перевернута относительно соседней пары «первичный конденсатор/вторичный конденсатор» так, что напрямую примыкающими друг к другу оказываются первые два из указанных впускных коллекторов пара в трубном пучке теплообменника и вторые два из указанных впускных коллекторов пара в этом же трубном пучке теплообменника.

[0030] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором нижние концы указанных впускных коллекторов пара первого трубного пучка теплообменника примыкают к нижним концам впускных коллекторов пара второго трубного пучка теплообменника в паре трубных пучков теплообменника.

[0031] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором нижние концы двух указанных соседних впускных коллекторов пара первого трубного пучка теплообменника и нижние концы двух соседних впускных коллекторов пара второго трубного пучка теплообменника в паре трубных пучков теплообменника соединены с первым концом переходника «один на четыре» коллектора пара; при этом второй конец указанного переходника «один на четыре» коллектора пара соединен с пароподающим коллектором.

[0032] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором указанное множество оребренных трубок в указанных первичных конденсаторах характеризуется длиной 2,0-2,8 м, шириной поперечного сечения 200 мм и высотой поперечного сечения 4-10 мм.

[0033] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором трубки в первичном конденсаторе характеризуются высотой поперечного сечения 5,2-7 мм.

[0034] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором трубки в первичном конденсаторе характеризуются высотой поперечного сечения 5,9 мм.

[0035] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором указанное множество оребренных трубок в указанных первичных конденсаторах снабжено ребрами, прикрепленными к плоским сторонам указанных трубок, причем указанные ребра характеризуются высотой 10 мм и отстоят друг от друга на такое расстояние, что на каждый дюйм приходится 9-12 ребер.

[0036] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором указанное множество оребренных трубок в указанных первичных конденсаторах снабжено ребрами, прикрепленными к плоским сторонам указанных трубок, причем указанные ребра характеризуются высотой 18-20 мм, занимая пространство между соседними трубками и обеспечивая контактирование соседних трубок, причем указанные ребра отстоят друг от друга на такое расстояние, что на каждый дюйм приходится 9-12 ребер.

[0037] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором площадь лобового сечения всех вторичных конденсаторов в трубном пучке теплообменника составляет 10-20% площади лобового сечения всех первичных конденсаторов в этом же трубном пучке теплообменника.

[0038] Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения также предложен крупногабаритный воздушный конденсатор пара промышленного типа, монтируемый на месте, в котором две пары «первичный конденсатор/вторичный конденсатор» смыкаются друг с другом таким образом, что смыкаются вторичные конденсаторы обеих пар, причем два указанных вторичных конденсатора объединены в один вторичный конденсатор.

Краткое описание фигур

[0039] На фиг. 1А представлено перспективное изображение одного из участков теплообмена крупногабаритного монтируемого на месте воздушного конденсатора пара промышленного типа предшествующего уровня техники.

[0040] На фиг. 1В представлено изображение крупным планом в частично разобранном виде одного из участков теплообмена крупногабаритного монтируемого на месте воздушного конденсатора пара промышленного типа предшествующего уровня техники, иллюстрирующее ориентацию трубок относительно парораспределительного коллектора.

[0041] На фиг. 2А представлено перспективное изображение одного из участков теплообмена крупногабаритного монтируемого на месте воздушного конденсатора пара (АСС) промышленного типа согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

[0042] На фиг. 2В представлено изображение крупным планом в частично разобранном виде устройства, показанного на фиг. 2А, иллюстрирующее ориентацию трубок в первичном конденсаторе.

[0043] На фиг. 3 представлен вид сбоку одного из участков теплообмена конденсатора АСС согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0044] На фиг. 4 показан вид сбоку крупным планом соединения между вертикальным паропроводом и соответствующими коллекторами пара в нижней части одного из участков теплообмена конденсатора АСС согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0045] На фиг. 5 показан вид с торца вертикального паропровода/переходного элемента/коллектора пара в сборе для конденсатора АСС согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0046] На фиг. 6 представлено перспективное изображение поперечного сечения трубок и ребер конденсатора АСС предшествующего уровня техники.

[0047] На фиг. 7 представлено перспективное изображение первого варианта осуществления мини-трубки и ребер согласно настоящему изобретению.

[0048] На фиг. 8 представлен вид сбоку крупногабаритного монтируемого на месте воздушного конденсатора пара промышленного типа согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения с V-образными парами трубных пучков теплообменников, выстроенными по схеме с первичными и вторичными конденсаторами, которая показана на фиг. 2А.

[0049] На фиг. 9 показан вид с торца крупногабаритного монтируемого на месте воздушного конденсатора пара промышленного типа, показанного на фиг. 8.

[0050] На фиг. 10 показан вид сверху крупногабаритного монтируемого на месте воздушного конденсатора пара промышленного типа, показанного на фиг. 8.

[0051] На фиг. 11 представлено перспективное изображение оребренного трубного ручка первичного конденсатора согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

[0052] На фиг. 12 представлено перспективное фотографическое изображение пучка с оребренными трубками первичного конденсатора, отображенного на чертеже, который показан на фиг. 11.

Подробное раскрытие настоящего изобретения

[0053] V-образный АСС с горизонтальными первичными конденсаторами и перпендикулярными вторичными конденсаторами

[0054] Как показано на фиг. 2А, 2В и 3, пара 2 трубных пучков может быть получена путем соединения двух трубных пучков 4, образующих V-образную конфигурацию. Каждый трубный пучок 4 состоит из четырех первичных конденсаторов 6 и четырех вторичных конденсаторов 8, причем каждый вторичный конденсатор 8 спарен с одним первичным конденсатором 6. Трубки 10 в первичных конденсаторах 6 расположены так, что трубки 10 проходят горизонтально, тогда как впускные коллекторы 12 пара на одном конце трубок выстроены параллельно поперечной оси трубного пучка. Эта схема позволяет пару заходить в небольшие по размерам впускные коллекторы 12 пара снизу. Трубки 14 во вторичном конденсаторе аналогичным образом выстроены параллельно поперечной оси трубного пучка. В предпочтительном варианте вертикальная высота каждого трубного пучка составляет от 91 дюйма (2,3 м) до 101 дюйма (2,57 м), а длина трубного пучка составляет 38-45 футов.

[0055] Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения длина каждого первичного конденсатора 6, измеренная вдоль трубного пучка, составляет 2,6 м; длина каждого коллектора 12 пара и выпускного конденсатного коллектора 16 составляет 0,3 м; а длина трубного пучка каждого вторичного конденсатора 8 составляет 0,4 м. В любом случае на каждый вторичный трубный пучок 8 приходится 10-20% площади лобового сечения оребренных трубок всего трубного пучка теплообменников.

[0056] Как также показано на фиг. 2А и 3, предпочтительный трубный пучок теплообменника согласно настоящему изобретению содержит следующие элементы, расположенные между двумя его концами: вторичный конденсатор 8 с трубками 14, продольная ось которых ориентирована параллельно поперечной оси трубного пучка; следующий за ним выпускной конденсатный коллектор 16 (размерами около 3 дюйма), примыкающий к вторичному конденсатору 8 и подающий пар из первичного конденсатора 6 прямо во вторичный конденсатор 8; и следующий за ним полноразмерный первичный конденсатор 6 с горизонтальными трубками 10. Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения каждый конденсатный коллектор 16 имеет «подошву» 28 в своей нижней части, которая проходит снизу и открывается в соответствующий вторичный конденсатор 8. Впускной коллектор 12 пара (около 0,20-0,25 м на сторону) располагается на дальнем конце первого первичного конденсатора 6. Второй комплект, состоящий из первого первичного и второго вторичного конденсаторов, является зеркальным отображением первого комплекта, образующего первую половину теплообменника. Вторая половина теплообменника зеркально отображает первую половину. Примыкающие друг к другу вторичные конденсаторы, показанные на фиг. 2А и по центру фиг. 3, могут быть объединены в один вторичный конденсатор. Конденсат, собирающийся в нижней части конденсатного коллектора 16, поступает в конденсатосборную трубку 30. Неконденсирующиеся газы отводятся из верхней части вторичных конденсаторов 8 в коллекторную трубку 32 для неконденсирующихся газов.

[0057] После этого трубные пучки спариваются, образуя в предпочтительном варианте V-образные рамы. В соответствии с этой схемой, показанной на фиг. 2А и 3, паровпуски, составляющие две пары из четырех паровпусков 18 в каждой, сходятся внизу, образуя два отдельных участка небольшой площади. Эти четыре паровпуска могут быть сведены в один вертикальный паропровод или стояк 20, отходящий от основного паропровода 22, и соединены друг с другом посредством переходника 24 «один на четыре», см. фиг. 4 и 5. Сварка коллектора пара по длине трубных пучков не требуется. Могут быть использованы А-образные рамы, но они менее экономичны.

[0058] На фиг. 8-10 показан характерный крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения с V-образными парами трубных пучков теплообменников, выстроенными по схеме с первичными и вторичными конденсаторами, которая показана на фиг. 2А. Устройство, показанное на фиг. 8-10, представляет собой 36-секционный (6 секций × 6 секций) конденсатор АСС с пятью парами или «дорожками» трубных пучков на секцию в наиболее предпочтительном варианте осуществления; однако настоящее изобретение предусматривает использование конденсатора АСС любого размера с любым количеством пар или дорожками трубных пучков на секцию.

[0059] В сравнении с вариантами конструкций, раскрытыми в опубликованных заявках на выдачу патента США №US 2013/0312932, №2015/0204611 и №2015/0330709, вариант осуществления настоящего изобретения, описанный выше, обеспечивает повышение теплоемкости на 13%.

[0060] В сравнении с распространенной в настоящее время стандартной технологией, предусматривающей использование А-образных рам, описанный выше вариант осуществления настоящего изобретения, в котором используются трубки первичного конденсатора, имеющие стандартную форму и площадь поперечного сечения (200 мм × 18,7 мм), см., например, фиг.6 (за исключением длины трубок), повышает теплоемкость на 5% и в равной степени существенно снижает стоимость монтажа.

[0061] Согласно одному из наиболее предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения в новой конструкции АСС, описанной выше, могут быть использованы трубки первичного конденсатора, которые характеризуются следующими размерами поперечного сечения: ширина 200 мм (по длине прохождения воздуха) и высота поперечного сечения (перпендикулярно длине прохождения воздуха) менее 10 мм, в предпочтительном варианте - в пределах 4-10 мм, в более предпочтительном варианте - в пределах 5,0-9 мм, в еще более предпочтительном варианте - в пределах 5,2-7 мм, а в наиболее предпочтительном варианте - 6,0 мм (с толщиной трубок 0,8 мм и внутренним диаметром трубок 4,4 мм); при этом они снабжены ребрами высотой 8-12 мм, а в предпочтительном варианте - 10 мм, которые расположены так, что на каждый дюйм приходится 8-12 ребер, а в предпочтительном варианте - 11 ребер на дюйм (фиг. 7). На фиг. 11 и 12 показано множество трубок и ребер первичного конденсатора, собранных в трубный пучок первичного конденсатора согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения обеспечивается дополнительное повышение производительности на 17%, что дает суммарный выигрыш в 30% на одну секцию при постоянной мощности вентилятора в сравнении с А-образной конструкцией со стандартными трубками предшествующего уровня техники.

[0062] Согласно еще одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения активные ребра могут характеризоваться высотой 16-22 мм, а в предпочтительном варианте - 18,5 мм; и они могут перекрывать пространство между двумя соседними трубками, по существу выступая с обеих сторон каждой трубки на 8-11 мм.

[0063] Предполагается, что описание типа и размеров ребер, представленное выше, не ограничивает объем настоящего изобретения. Трубки согласно заявленному изобретению, раскрытые в настоящем документе, могут быть использованы с ребрами любого типа без отступления от объема заявленного изобретения.

Изобретение относится к крупногабаритным монтируемым на месте воздушным конденсаторам пара промышленного типа. Конденсатор содержит множество пар трубных пучков теплообменников, причем каждая пара трубных пучков теплообменников образует конфигурацию V-образной формы с продольной осью и поперечной осью, перпендикулярной продольной оси. Каждый трубный пучок теплообменников содержит множество впускных коллекторов пара, множество секций первичного конденсатора, множество выпускных конденсатных коллекторов и, по меньшей мере, одну секцию вторичного конденсатора. Каждый первичный конденсатор содержит множество оребренных трубок, каждая из которых характеризуется продольной осью, параллельной продольной оси трубного пучка соответствующего теплообменника. Каждый вторичный конденсатор содержит множество оребренных трубок, каждая из которых характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника. Каждый из впускных коллекторов пара характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника, причем каждый впускной коллектор пара выполнен с возможностью приема пара из парораспределительного коллектора, расположенного под указанными трубными пучками теплообменников, и направления пара на первый конец указанного множества оребренных трубок в соответствующем первичном конденсаторе. Каждый из выпускных конденсатных коллекторов характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника, и соединен на первой стороне со вторым концом множества оребренных трубок в соответствующем первичном конденсаторе для сбора поступающего оттуда конденсата, неконденсированного пара и неконденсирующихся газов. Каждый из выпускных конденсатных коллекторов соединен на своем нижнем конце с нижним концом, по меньшей мере, одной секции вторичного конденсатора, и с конденсатосборной трубкой. Каждая секция вторичного конденсатора соединена на своем верхнем конце с коллекторной трубкой для неконденсирующихся газов. Технический результат: повышение теплоемкости воздушного конденсатора пара. 11 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа, подключаемый к промышленной паропроизводительной установке, содержащий:

множество пар трубных пучков теплообменников, причем каждая пара трубных пучков теплообменников образует конфигурацию V-образной формы с продольной осью и поперечной осью, перпендикулярной продольной оси;

при этом каждый трубный пучок теплообменников содержит множество впускных коллекторов пара, множество секций первичного конденсатора, множество выпускных конденсатных коллекторов и, по меньшей мере, одну секцию вторичного конденсатора;

при этом каждый первичный конденсатор содержит множество оребренных трубок, каждая из которых характеризуется продольной осью, параллельной продольной оси трубного пучка соответствующего теплообменника;

при этом каждый вторичный конденсатор содержит множество оребренных трубок, каждая из которых характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника;

при этом каждый из указанных впускных коллекторов пара характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника, причем каждый впускной коллектор пара выполнен с возможностью приема пара из парораспределительного коллектора, расположенного под указанными трубными пучками теплообменников, и направления пара на первый конец указанного множества оребренных трубок в соответствующем первичном конденсаторе;

при этом каждый из указанных выпускных конденсатных коллекторов характеризуется продольной осью, параллельной поперечной оси соответствующего теплообменника, и соединен на первой стороне со вторым концом указанного множества оребренных трубок в соответствующем первичном конденсаторе для сбора поступающего оттуда конденсата, неконденсированного пара и неконденсирующихся газов;

при этом каждый из указанных выпускных конденсатных коллекторов соединен на своем нижнем конце с нижним концом, по меньшей мере, одной указанной секции вторичного конденсатора, причем каждый из указанных выпускных конденсатных коллекторов также соединен на своем нижнем конце с конденсатосборной трубкой; и

при этом каждая секция указанного вторичного конденсатора соединена на своем верхнем конце с коллекторной трубкой для неконденсирующихся газов.

2. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 1, содержащий одинаковое количество первичных и вторичных конденсаторов, причем каждый вторичный конденсатор спарен с одним первичным конденсатором.

3. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 2, в котором каждый трубный пучок теплообменников содержит четыре первичных конденсатора и четыре вторичных конденсатора, причем ориентация «слева направо» каждой указанной пары «первичный конденсатор/вторичный конденсатор» перевернута относительно соседней пары «первичный конденсатор/вторичный конденсатор» так, что напрямую примыкающими друг к другу оказываются первые два из указанных впускных коллекторов пара в трубном пучке теплообменника и вторые два из указанных впускных коллекторов пара в этом же трубном пучке теплообменника.

4. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 3, в котором нижние концы указанных впускных коллекторов пара первого трубного пучка теплообменника примыкают к нижним концам впускных коллекторов пара второго трубного пучка теплообменника в паре трубных пучков теплообменника.

5. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 4, в котором нижние концы двух указанных соседних впускных коллекторов пара первого трубного пучка теплообменника и нижние концы двух соседних впускных коллекторов пара второго трубного пучка теплообменника в паре трубных пучков теплообменника соединены с первым концом переходника «один на четыре» коллектора пара;

при этом второй конец указанного переходника «один на четыре» коллектора пара соединен с пароподающим коллектором.

6. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 1, в котором указанное множество оребренных трубок в указанных первичных конденсаторах характеризуется длиной 2,0-2,8 м, шириной поперечного сечения 200 мм и высотой поперечного сечения 4-10 мм.

7. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 6, в котором указанные трубки характеризуются высотой поперечного сечения 5,2-7 мм.

8. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 7, в котором указанные трубки характеризуются высотой поперечного сечения 6,0 мм.

9. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 1, в котором указанное множество оребренных трубок в указанных первичных конденсаторах снабжено ребрами, прикрепленными к плоским сторонам указанных трубок, причем указанные ребра характеризуются высотой 10 мм и отстоят друг от друга на такое расстояние, что на каждый дюйм приходится 9-12 ребер.

10. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 1, в котором указанное множество оребренных трубок в указанных первичных конденсаторах снабжено ребрами, прикрепленными к плоским сторонам указанных трубок, причем указанные ребра характеризуются высотой 18-20 мм, занимая пространство между соседними трубками и обеспечивая контактирование соседних трубок, причем указанные ребра отстоят друг от друга на такое расстояние, что на каждый дюйм приходится 9-12 ребер.

11. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 1, в котором площадь лобового сечения всех вторичных конденсаторов в трубном пучке теплообменника составляет 10-20% площади лобового сечения всех первичных конденсаторов в этом же трубном пучке теплообменника.

12. Крупногабаритный монтируемый на месте воздушный конденсатор пара промышленного типа по п. 4, в котором две пары «первичный конденсатор/вторичный конденсатор» смыкаются друг с другом таким образом, что смыкаются вторичные конденсаторы обеих пар, причем два указанных вторичных конденсатора объединены в один вторичный конденсатор.