Входная камера теплообменника Советский патент 1992 года по МПК F28F9/02 

Изобретение относится к теплообменникам, преимущественно к подогревателям холодных газовых сбросов, и может быть использовано в нефтехимии, нефтегазопе- реработке и в других отраслях промышленности.

Известен теплообменный аппарат по ( авт. св. СССР № 1232924 кл. F 28 F 9/02) с входной распредкамерой, выполненной без защитного устройства.

Недостатком таких аппаратов является их ненадежная работа из-за эрозионного износа трубной решетки и торцевых сварных швов труб при использовании среды трубного пространства, содержащей твердые частицы, а также при использовании подогрева рабочих среде большим перепадом температур.

Известен распределительный коллектор теплообменника (авт. св. СССР № 840671, кл. F 28 F 9/02), содержащий корпус с установленным в нем фильтром в виде фильтрующего слоя, размещенного в перфорированной оболочке, и распределительной камерой, использующей длину, превышающую радиус корпуса.

Недостатками данной конструкции является то, что такая конструкция эффективнадлямалыхдиаметровраспределительных камер, где вход газовой среды осуществляется по всему сечению камеры, т. е. распределительная камера является частью входной трубы. Кроме того, такая камера громоздка и не защищает от образования местных зон захолаживания трубной решетки из-за отсутствия отсеков, уменьшающихся к трубной решетке.

V|

00

о

СП VJ Ю

СО

Известно также техническое решение 1 выбранное за прототип, содержащее защитное устройство, выполненное в виде не- скольких рядов сеток с различным размером ячеек в каждой сетке. Такая конструкция позволяет защитить трубную решетку от эрозионного износа.

Недостатком тгого технического решения является возникновение местных зон захолаживания трубной решетки при использовании в качестве среды трубного пространства холодных газовых сбросов, вследствие чего снижается эксплуатационная надежность аппарата в целом.

Техническая система, которая существует в аналогах и прототипе находится в техническом противоречии относительно узлового компонента системы -трубной решетки. Трубная решетка должна быть для выполнения функции разграничения трубного и межтрубного пространства, но при этом на ней возникают зоны захолаживания и, следовательно, снижается эксплуатационная надежность аппарата. И наоборот, при отсутствии е системе трубной решетки зоны захолаживания отсутствуют, повышается эксплуатационная надежность, но при этом не выполняется функция разграничения трубного и межтрубного пространстёа. Т е трубная решетка должна быть, чтобы выполнять функцию разграничения трубного и межтрубного пространства и ее не должно быть, чтобы аппарат был надежным.

Целью изобретения является повышение надежности путем равномерного распределения потока по трубам.

Указанная цель достигается тем, что во входной камере теплообменника, преимущественно подогревателя газовых сбросов, образованной крышкой и трубной решеткой с закрепленными в ней концами теплооб- менных труб и содержащей защитное устройство в виде пакета экранов с отверстиями, согласно изобретению пакет экранов размещен над концами труб, отверстия в каждом экране выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположены соосно последним, а экраны в пакете установлены на расстояниях один от другого определяемых из соотношения

I -

где п - количество труб

d - внутренний диаметр трубы; D - внутренний диаметр крышки Расстояний между экранами выполнены уменьшающимися в направлении к трубной решетке

Размещение пакета экранов над концами труб позволяет создать в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки для термической рабочей среды и

снизить ее скорость, исключив тем самым термический удар потока среды непосредственно о трубную решетку, а следовательно, и образование зоны местного захолаживания или нагрева торцовой поверхности трубной решетки.

Выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб и расположение соосно последним позволяет направить

термическую рабочую среду в каждую трубу с наименьшим сопротивлением и защитить торцовые сварные швы труб и торец трубной решетки от прямого термического удара потока среды.

Минимальный диаметр отверстия определяется проходным сечением входного штуцера, а максимальный - обеспечением защиты торцового сварного шва трубы. Наибольшая надежность работы входной камеры теплообменника достигается при расстоянии между экранами защитного

устройства 1П -.-., где п - количество

труб, d - внутренний диаметр труб, D - внутренний диаметр крышки.

Выбор такого расстояния между экранами обусловлен необходимостью создания застойных зон среды между экранами для обеспечения защитного слоя из самой сре- ды. Среда сама создает защитный слой перед торцовой поверхностью решетки в отсеках экранов путем послойного прогрева или охлаждения застойных зон в направлении от трубной решетки.

Местные застойные зоны гарантированно образуются в отсеках при их максимальном проходном сечении, не превышающем суммарного проходного сечения труб.

Так как максимальное проходное сечение расположено по кольцу

SOTC - Л О -ln J2

V с nvr-cr 2, Ьтруб2j-

Тогда л-0-1п

Упростив выражение, получаем D

. п/ - зЗ

Выражение позволяет рассчитать максимальное расстояние между экранами за-г щитного устройства.

Увеличение расстояния больше максимального расчетного приведет к образованию вихревых потоков в отсеках между экранами и непосредственно в зоне перед торцом трубной решетки, что в свою очередь приведет к образованию местных зон захолаживания или нагрева торцов труб и трубной решетки и к снижению надежности теплообменника.

Минимальное расстояние между экранами и их количество обусловлено температурой и скоростью входящей рабочей среды, а также диаметром входного патрубка.

Уменьшение расстояния In между экранами по направлению движения холодной среды к трубной решетке обусловлено снижением вероятности образования вихревых потоков в отсеках между экранами и редственно в зоне перед решеткой, что В свою очередь приведет к снижению вероятности образования местных зон захолажи- вания или нагрева торцов труб и трубной решетки и повышению надежности тепло - обменника.

Авторам известны защитные устройст- ва камеры теплообменника, выполненные в виде экрана конической формы с отверстиями и прорезями по авт. св. СССР № 515023, кл. F 28 F 9/02, № 877309, кл. F 28 F 9/02 и № 1201660.кл. F 28 F 10/02.

Однако экраны такого типа служат только как отбойник рабочей среды

В предложенном же решении размещение пакета экранов над концами труб, выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположение соосно последним, создает в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки для рабочей среды по всей торцовой поверхности трубной решетки и позволяет тем самым защитить торец решетки от прямого удара термического потока рабочей среды.

Известно выполнение экрана, предназначенного для защиты трубной доски от вредного воздействия перепада температур из двух кольцевых пластин, установленных на небольшом расстоянии от трубной доски и с зазором между собой (см. патент Великобритании Ne 1212526 кл. F 4) зазор между пластинами по периметру закрыт обечайкой, и через пластину проходят трубки, расположенные соосно с теплообемнны- ми трубами и своими концами входящие в эти трубы. В полость между пластинами подается теплообменная среда дпя изменения

температуры выходного потока. Т. Q. известный экран является дополнительной ступенью предварительного теплообмена с подачей дополнительного потока теплоно- 5 сителя.

В предложенном же решении размещения пакета экранов над концами труб, выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний

0 диаметр труб, и расположение соосно по- следним, создает в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки для рабочей среды по всей торцовой поверхности трубной решетки и позволяет тем

5 самым защитить торец решетки от прямого удара термического потока рабочей среды. Таким образом, совокупность отличительных признаков заявляемого технического решения позволяет решить

0 противоречия, возникающие в технической системе аналог-прототип.

Ни в патентной, ни в технической литературе не обнаружено указанной отличительной части формулы изобретения

5 совокупности отличительных признаков, следовательно техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

На чертеже 1 изображена входная каме0 ра теплообменника.

Входная камера теплообменника, преимущественно подогревателя газовых сбросов образована крышкой 1 и трубной .решеткой 2 с закрепленными в ней концами

5 теплообменных труб 3 и содержит защитное устройство в виде пакета экранов 4 с отверстиями 5. Пакет экранов 4 размещен над концами труб 3, отверстия 5 в каждом экране 4 выполнены с диаметром, не превыша0 ющим внутренний диаметр труб 3, и расположены соосно последним, а экраны 4 в пакете установлена ха расстояниях один от другого, определяемых из соотношения

5 In -TfTfj где п - количество труб 3; d - внутренний диаметр трубы 3; D - внутренний диаметр крышки 1. Экраны 4 закреплены на трубной решетке 2 при помощи болтового соединения 6 и втулок 7, выполненных дли0

ной, равной расчетному расстоянию In, и

образуют отсеки 8, связанные между собой отверстиями 5. При этом расстояние между экранами 4 уменьшается в направлении движения холодной среды к трубной решет- 5 ке2.

В процессе работы подогревателя газовых сбросов поток холодных газов поступает во входную камеру через крышку 1 наталкивается на первый экран 4 защитного

устройства, теряет свою скорость и проходит через отверстия 5 в отсеки 8 пакета экранов 4 и в трубы 3. Расстояния между экранами 4, рассчитанные по формуле, обеспечивают создание в каждом отсеке 8 сопротивления, меньшего, чем сопротивление в трубах 3, что обеспечит при установившемся режиме работы подогревателя рзвномерйое раШр дёлёййяЧтйтоТ а гто трубам и создаст защитные подогретые слои в отсеках из самой среды перед торцами труб 3 и решетки 2 по всему сечению и исключит тем самым местные зоны захолаживания торцов труб 3 и трубной решетки 2.

Кроме того, уменьшение расстояния In между экранами 4 по направлению движения холодной среды к трубной решетке 2 снижает вероятность образования вихревых потоков в отсеках 8 между экранами 4 и непосредственно в зоне перед решеткой 2. что в свою очередь приводит к снижению вероятности образования местных зон захолаживания торцов труб и трубной решетки и повышает надежность подогревателя.

Таким образом, применение изобрете- ния позволяет равномерно распределить поток по трубам и исключить образование местных термических зон на торцах трубной

решетки и труб, тем самым повысить надежность.

Формула изобретения

1.Входная камера теплообменника, преимущественно подогревателя газовых сбросов, образованная крышкой и трубной решеткой с закрепленными в ней концами теплообменных труб и содержащая защитное устройство в виде пакета экранов с отверстиями, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем равномерного распределения потока по трубам, пакет экранов размещен над концами труб, отверстия в каждом экране выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположены соосно последним, а экраны в пакете установлены на расстояниях друг от друга, определяемых из соотношения

, ln 4-D

где п - количество труб:

d - внутренний диаметр труб; D - внутренний диаметр крышки.

2.Камера по п. 1,отличающаяся тем. что расстояние между экранами выполнены уменьшающимися в направлении к трубной решетке.

Использование: в теплотехнике, преимущественно в конструкциях подогревате- лей холодных газовых сбросов, применяемых в нефтехимии, нефтегазопе- реработке и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: входная камера теплообменника образована крышкой 1 и трубной решеткой 2 с закрепленными в ней концами теплообменных труб 3 и содержит защитное устройство в виде пакета экранов 4 с отверстиями 5. Пакет экранов 4 размещен над концами труб 3 отверстия 5 в каждом экране 4 выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб 3, и расположены соосно последним, а экраны 4 в пакете установлены на расстояниях друг от друга, определяемых из соотношения ln п d2/4D, где п - количество труб 3; d - внутренний диаметр трубы 3; D - внутренний диаметр крышки-1. Конструкция обеспечивает равномерное распределение потока по трубам и повышает надежность теплообменника. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. W Ё