Вихревой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник Советский патент 1982 года по МПК F28D7/00 

1

Изобретение относится к теплообменным агрегатам и может быть использовано для разделения смесей углеводородных и других газов.

Известны вихревые вертикальные кожухотрубчатые теплообменники, содержа щие корпус, снабженный крышкой, размещенные внутри корпуса поперечные перегородки, теплообменные трубы, укрепленные в верхней, средней и ниж-,Q ней трубных решетках, образующих раздающих коллектор в верхней части корпуса и собирающий в нижней, и вихревые трубки, подсоединенные к части теплообменных труб l i,3J. 15

В известных теплообменниках осуществлено эффективное отделение жидкой фазы в обоих потоках газа и удаление конденсата с трубных решеток 20 и перегородок за счет винтовых энергоразделителей, однако не исключена возможность образования снеговых пробок в вихревых трубах холодных

потоков из-за неравномерного распределения входного газа и большой длины труб и непрерывного автоматического удаления конденсата из межтрубного пространства и камеры горячего потока, не эффективно использован холод холодного потока.

Цель изобретения состоит в унификации теплообменника и повышении его экономичности.

Эта цель достигается тем, что в раздающем коллекторе под верхней трубной решеткой установлены пополнительные решетки с образованием последовательных плавильной и сепаоационной камер, в последней из КОТОРЫХ расположена сепарационная таоелка с ниппелями, заключенными с зазором в теплообменные трубы, один из торцов которых, примыкающий к крышке, снабжен энергоразделителями, а в первой размещен торец вихревой трубки, примыкающий к патрубку, подсоединенному к раздающему коллектору, который 3ЭЗ подсоединен к внутреннему объему корпуса между средней и нижней решетками, причем внутри корпуса дополнительно установлена вертикальная ин жекционная труба, снабженная перфорацией и соплами на уровне дополнительных средней и нижней трубных решеток Кроме того, вихревая трубка выполнена из неадгезионного по отношению к рабочей среде материала, например фторопласта. На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник; на фиг. 2 - узел Т на фи г. 1 . Теплообменник содержит корпус 1 , крышку 2, теплообменные трубы 3, ниж|нюю трубную решетку А, среднюю трубную решетку 5, верхнюю трубную решетку 6, поперечные перегородки 7, раздающий коллектор 8, собирающий .коллектор 9, вихревую трубку 10, теп лообменную вихревую трубу 11, снабженную каплеотбойником 12, дополнительные решетки 13 плавильную камеру 1}, сепарационную камеру 15. сапа рационную тарелку 16, снабженную нип пелями 17, энергоразделители 18 и 19 патрубок 20 для отвода холодного газа, инжекционную трубу 21, снабженную соплами 22 и перфорацией 23 на уровне решеток 4, 5. 6 и 13, конденсатосборник 2, патрубок 25 для подвода исходного газа, патрубок 2б для отвода холодного газа из коллектора 8, патрубок 27 для подвода холодного газа во внутренний объем корпуса 1., трубу 28, патрубок 29 для отвода газа из камеры 15, патрубок 3 Для отвода газа из BHytpeHHero объема корпуса, патрубок 31 для отвода газа из коллектора 9. Патрубок 25 по соединен к компрессору 32, патрубок 31 подсоединен через инжектор 33 к вентилям , последний из которых через инжектор 37 соединен с вентилем 38 и компрессором 32. Патрубок 29 присоединен к вентилю 39, патрубок 30 соединен с вентилями 3 . Инжекционная труба 21 снабжена вентилем 1. Работа теплообменника осуществляется следующим образом. Газ от компрессора .32 по трубопро воду через патрубок 25 подается в крышку 2 и распределяется по теплообменным трубам 3. При этом для интенсификации процессов теплообмена осуществляется ;закручивание газа при небольших перепадах давления с помо94щью энергоразделителей 18, а наружная поверхность труб 3 поперечно оребрена. В теплообменных трубах 3 происходит отделение капельной влаги совместно с дисперсной фазой масла и частичная конденсация паров влаги и масла. МидКая фаза в виде эмульсии ( или суспензии) удаляется через кольцевой зазор между трубой 3 и ниппелем 17 на тарелку 1б, с которой через зазор между нею и корпусом стекает на решетки 5. Газы, пройдя через отверстия ниппелей, распределяются по каналам винтового энергоразлелителя 19 вихревой трубы 11, в которой разгоняются до скоростей, близких к звуковым. Часть газа высокого уровня давления через патрубок 29 и вентиль 39 может отводиться к потребителю. В трубке 10 происходит температурное разделение исходного газа на горячий и холодный, удаляемых соответ-т ственно через трубу 11 и трубку 10, количественное соотношение между которыми регулируется вентилем инжектора 33. При этом резко интенсифицируются как сепарационные процессы, обес печивающие отделение жидких и твердых аэрозолей из газа, так и процессы теплообмена. В последнем случае теплосъем резко возрастает за счет увеличения разности температуры между горячим потоком и холодным в межтрубном пространстве холодный поток поступает из патрубков 20 и 27 за счет высокоскоростного вращения газа и резкого снижения температуры в центральном холодном потоке ( значительно ниже нуля градусов по Цельсию Л Холодный поток вместе с частью образовавшегося инея через диафрагмовое отверстие в энергоразделителе 19 и трубку 10 поступает в раздающий коллектор 8. С целью исключения адгезии кристаллов снега на внутренней поверхности труба 10 выполняется из неадгезиоиного по отношению к снегу материала, например фторопласта. Кристаллы снега за счет центробежных сил отделяются в зазоре между трубкой 10 и патрубком 20 и, попав на теплообменные трубы, расплавляются, а конденсат стекает на решетку 13. Холодный поток поступает в межтрубное пространство коллектора 8, охлаждает исходный газ, циркулирующий в теплообменных трубах 3 и через патрубки 26 и 27

поступает во внутренний объем корпуса 1, охлаждая горячий поток, проходящий в трубе 11, затем холодный поток через патрубок 30 и вентиль 40 может быть направлен к потребителю с заданными параметрами давления, тепературы и влажности, Обычно это газ низкого уровня давления.

Горячий поток из теплообменной вихревой трубы 11 совместно с жидкой фазой поступает в каплеотбойник 12. Газы, пройдя кольцевой зазор между трубой 11 и каплеотбойником 12 и через щели в последнем, поступают в парубок 31. Поток, пройдя вентиль и co ло инжектора 33 и вентиль 35 ( вентили З и Зб закрыты), может быть использован потребителем, как газ соответствующего качества, самостоятельно от холодного потока удаляемого из вентиля. При закрытых вентилях i+O и 36 и открытых вентилях 3+ и 35 потребитель может использовать газовую смесь холодного и горячего потоков, образованную с помощью инжектора 33.

При использовании потребителем только холодного потока газа (при закрытых вентилях З и 35 охлажденный горячий поток газа подается на всос компрессора 32 через вентиль 36 и инжектор 37, подсасывая при этом газ, подаваемый через вентиль 38, с целью компенсации холодного потока, удаляемого через вентиль kQ. При этом в пусковой начальный период с целью получения более низких температур можно осуществить циркуляцию в аппарате всего количества исходного газа путем закрытия вентиля kO и открытия вентиля В этом случае вентиль 38 частично открыт для компен-л сации потерь газа через трубу 21. Жидкая фаза со всех трубных решеток и дополнительных решеток собирающего коллектора и конденсатосборника удаляется непрерывно посредством трубы 21. Исходный газ поступает в трубу из пространства крышки 2 и последовательно проходит через сопла 22, инжектируя через щели в трубе жидкие фазы и конденсат с решеток , 5, 6 и 13. Для учета расширения газа, жидкой фазы и подсосанного через щели газа отверстия сопел и диаметр трубы по ходу газа увеличиваются.

Предлагаемый теплообменник позволит получать газ различного уровня

давления и качества при максимальной экономичности процесса, вследствие, предварительной циркуляции всего исходного газа с одновременным его (дением; рециркуляции горячего потока газа, при отводе холодного потока потребителю; рационального использования холода отводимых потребителю потоков газа; высокой степени осушения и очистки получаемых потоков газа благодаря надежной системе сепарационных устройств; наличия инжекторов, обеспечивающих экономии энергии исходного давления газа.

Формула изобретения

1.Вихревой вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, содержащий корпус, снабженный крышкой, размещен ные внутри корпуса поперечные перегородки, теплообменные трубы, укрепленные в верхней, средней и нижней трубных решетках, образующих раздающий коллектор в верхней части корпуса и собирающий в нижней, и вихревые труб ки, подсоединенные к части теплообменных труб, отличающийся тем что, с целью унификации и экономичности, в раздающем коллекторе под верхней трубной решеткой установлены дополнительные решетки с образованием последовательных плавильной и сепарационных камер, в последней из которых расположена сепарационная тарелка с ниппелями, заключенными с зазором в теплообменH ie трубы, один

из торцов которых примыкающий к крышке, снабжен энергоразделителями, а в первой размещен торец вихревой трубки, примыкающий к патрубку, подсоединенному к раздающему коллектору, который подсоединен к внутреннему объему icophyca между средней и нижней решетками, причем внутри корпуса дополнительно установлена вертикальная инжекционная труба, снабженная перфорацией и соплами на уровне дополнительных, средней и нижней трубных решеток.

2.Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что вихревая трубка выполнена из неадгезионного по отношению к рабочей среде материала, например фторопласта.