Теплообменник

 

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой промышленности и теплоэнергетике, в частности для компрессорных установок. Цель изобретения - снижение материалоемкости и интенсификация теплообмена путем организации про ивоточного движения рабочих сред. Теплообменник содержит корпус 1, теплообменный элемент 2, образованный трубами Фильда, внутренние 6 и наружные 5 трубы которых закреплены соответственно в периферийной и промежуточной (ПТД) Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой промышленности и теплоэнергетике, в частности , для компрессорных установок. Широко известны теплообменники кожухотрубчатого типа, в которых охлаждаемый технологический продукт, например сжатый газ, пропускается внутри герметичного корпуса в межтрубном пространстве, а трубных досках, размещенных параллельно друг другу с образованием между ними полости (П) 8, и коллекторной камерой (КК) 7 примыкающей к периферийной трубной доске . В КК 7 и П 8 размещены перегородки, перпендикулярные обеим трубным доскам и разделяющие КК 7 и П 8 на одинаковое число отсеков, причем перегородки в КК 7 смешены относительно перегородок в П 8, а в периферийной доске выполнены отверстия для перетока трубной среды из отсеков КК 7 в отсеки П 8. Перегородки могут быть расположены радиально и под равными углами друг к другу, а их число может быть равно числу труб Фильда. При наличии по одной перегородке в КК 7 и П 8 в последней она установлена с разделением полости на два одинаковых отсека, в первой - в плоскости параллельной плоскости первой перегородки Конструкция теплообменника обеспечивает при его работе противоточное движение рабочих сред, что интенсифицирует теплообмен, сокращая при материалоемкость 4 з.п. ф-лы, 5 ил. Ё охлаждающая среда движется внутри теплообменных труб. К разновидности таких теплообменников могут быть отнесены и газоохладители с продольно-сребренными теплообменными трубами. В таких аппаратах каждая теплообменная труба с продольным оребрением обычно заключается в трубчатый направляющий кожух, а затем одна такая сборка или пучок таких элементов помещаются в общий герметичный корпус VI -N О Ю СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 28 0 7/10, 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4737768/06 (22) 31.07.89 (46) 15.06.92. Бюл. № 22 (71) Ленинградский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения (72) Ю,И.Смирнов, Р,Х.Ситдиков, Е.О.Дадыка и С.С.Ларин (53) 621.565,094(088.8) (56) Заявка ФРГ

¹ 2738949, кл. F 28 D 7/10, 1979. (54) ТЕПЛООБМЕН НИК (57) Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой промышленности и теплоэнергетике, в частности для компрессорных установок. Цель изобретения — снижение материалоемкости и интен ификация теплообмена путем органйзации про. ивоточного движения рабочих сред, Теплообменник содержит корпус 1, теплообменный элемент 2, образованный трубами Фильда, внутренние 6 и наружные

5 трубы которых закреплены соответственно в периферийной и промежуточной (ПТД) Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой промышленности и теплоэнергетике, в частности, для комп рессорных уста новок.

Широко известны теплообменники ко- . жухотрубчатого типа, в которых охлаждаемый технологический продукт, например сжатый газ, пропускается внутри герметичного корпуса в межтрубном пространстве, а

„„Б12„„, 1740945 А1 трубных досках, размещенных параллельно друг другу с образованием между ними полости (П) 8, и коллекторной камерой (КК) 7, примыкающей к периферийной трубной доске. В КК 7 и П 8 размещены перегородки, перпендикулярные обеим трубным доскам и разделяющие КК 7 и П 8 на одинаковое число отсеков, причем перегородки в КК 7 смешены относительно перегородок в П 8, а в периферийной доске выполнены отверстия для перетока трубной среды из отсеков

КК 7 в отсеки П 8; Перегородки могут быть расположены радиально и под равными углами друг к другу, а их число может быть равно числу труб Фильда. При наличии по одной перегородке в КК 7 и П 8 в последней она установлена с разделением полости на два одинаковых отсека, в первой — в плоскости, параллельной плоскости первой перегородки. Конструкция теплообменника обеспечивает при его работе противоточное движение рабочих сред, что интенсифицирует теплообмен, сокращая при этбм материалоемкость. 4 з,п. ф-лы, 5 ил. охлаждающая среда движется внутри теплообменных труб. К разновидности таких теплообменников могут быть отнесены и газоохладители с продольно-оребренными теплообменными трубами. В таких аппаратах каждая теплообменная труба с продольным оребрением обычно заключается в трубчатый направляющий кожух, а затем одна такая сборка или пучок таких элементов помещаются в общий герметичный корпус.

1740945

B отечественных конструкциях теплообменные трубы выполнены в виде горячепрессованных заготовок шифра ТРУ по ТУ

1 — 2 — 452 — 83 из алюминевого сплава АМГ-2.

Теплообмен в аппаратах с продольнооребренными теплообменными трубами осуществляется между охлаждаемой средой, проходящей вдоль оребренной наружной поверхности труб ТРФ, и охлаждающей трубной средой, омывающей внутреннюю гладкую поверхность этих труб. При этом поток трубной среды движется в кольцевом зазоре между внутренней стенкой теплообменной трубы и наружной стенкой вытеснительной трубы, помещенной в полости труб

ТРФ. Вытеснительная труба также служит цели подвода охлаждающей трубной среды извне к активному оребренному участку теплообменной трубы и отвода этой среды.

Для оптимального теплообмена необходима противоточная схема взаимного дви>кения охлаждающего и охлаждаемого теплоносителей, Однако конструкция известных аппаратов не всегда обеспечивает противоток теплоносителей для всей теплообмен ной поверхности, Конструкцию теплообмен ной трубы с вытеснительной трубой называют трубой Фильда. Так в аналогичном устройстве Ilo трубе Фрида противоточная схема взаимодействия теплоносителей принципиально осуществима лишь благодаря конструктивно сложному двухходовому движению охлаждаемой среды (газа).

В случае одноходового потока газа предложенная конструкция патрубков, корпусов и коллекторов подвода и отвода охлаждающей трубной среды обязательно приводит к смешанной противоточно-прямоточной системе охлаждения.

B различных кожухотрубчатых теплообменниках известно применение элементов конструкции, называемых распределительными устройствами, коллекторными камерами, распределительными коллекторами или водяными камерами. Они служат для подвода и отвода охлаждающей трубной среды к трубным пучкам аппаратов и в зависимости от конструкции задают схемы движения теплоносителей в аппарате.

В прототипе теплообменные трубы работают исключительно в одноходовом режиме движения теплоносителей.

Трубная среда в рассматриваемом теплообменнике подается параллельно сразу во все теплообменные трубы, что в некоторых случаях обуславливает низкую скорость трубной среды и, соответственно, низкий коэффициент теплоотдачи.

Целью изобретения является повышение эффективности теплообмена путем организации противоточного движения охлаждаемой среды и охлаждающей трубной среды и снижение материалоемкости теплообмен ника, На фиг.1 представлен продольный разрез теплообменника; на фиг.2 показаны разрезы по элементам аппарата: коллекторной камере и полости между трубными досками; на фиг.3 — то же, элементы с противоточной попарно-параллельной схемой движения охлаждающей жидкости; на фиг.4 и 5 даны схемы движения охлаждающей жидкости в трубах Фильда.

Теплообменник состоит из корпуса 1 и теплообменного элемента 2, включающего днище 3 коллекторных камер, промежуточную трубную доску 4, теплообменные трубы

5 и вытеснительные трубы 6.

В соответствии с двумя вариантами схем движения охлаждающей жидкости торцевая часть теплообменного элемента со стороны входа охлаждающей жидкости состоит из коллекторных камер и полостей 7, 8 (фиг.1) или 9, 10 (см фиг.3). Коллекторные камеры и полости разделяются периферическими трубными досками 11 или 12 с круглыми 13 или продолговатым 14 перепускными отверстиями, а также снабжены каждая четырьмя 15, 16, 17, 18 или двумя 19, 20 продольными перегородками, Эти перегородки образуют в коллекторной камере и полости отсеки 21 — 28 или 29 — 32.

Имеются патрубки ввода ЗЗ и ввода 34 газа, а также патрубки ввода 35 и ввода 36, 37 охлаждающей жидкости.

Движение теплоносителей в процессе работы газоохладителя происходит следующим образом.

Охлаждаемый продукт — газ поступает в корпус аппарата 1 через патрубок 33, проходит вдоль внешней поверхности теплообменныхтруб5 в ме>креберном пространстве и выходит через патрубок 34, осуществляя общее направление движения относительно теплообменного элемента справа налево, как показано на эскизах, Охлаждающая жидкость поступает в коллекторную камеру теплообменного элемента через штуцер 35.

Далее движение жидкости в зависимости от рассматриваемой схемы происходит следующим образом.

В а р in а н т 1 (см,фиг.2 и 4).

Поток охлаждающей среды направляется через штуцер 35 в отсек 25 полости камеры 8, минуя отсеки коллекторной камеры 7.

Двигаясь по вытеснительной трубе, поток поступает в кольцевой канал, образованный между тепаообменной трубой 5 и вытесни1740945

20

45 да

55 тельной трубой. Здесь происходит процесс теплообмена между охлаждаемым газом, текущим снаружи трубы, и охлаждающей жидкостью, текущей в противоположную сторону. Дойдя по кольцевому зазору до открытого края вытеснительной трубы, жидкость "проливается" во внутреннюю полость вытеснительной трубы, и, направляясь в сторону из открытого конца закрепленного на резьбе в периферийной трубной доске 11 вытеснительной трубы.

Жидкость далее двигается через перепускное отверстие 13, сообщающее отсек 21 с отсеком 26 полости, благодаря смещению продольной перегородки 15 в коллекторной камере относительно соответствующей перегородки 17 в полости на некоторый угол, позволяющий разместить отверстие 13, В дальнейшем охлаждающая жидкость проходит через кольцевой зазор в следующей теплообменной трубе, поступает в отсек коллекторной камеры 22 и через перепускное отверстие 13 в — в отсек 27 полости 8.

Далее аналогично — через кольцевой зазор в отсек 23 и отсек 28.

При этом сохраняется противоток теплоносителей. После последней теплообменной трубы поток попадает через вытеснительную трубу в отсек 24 коллекторной камеры и выводится из аппарата через штуцер 36, В а р и э н т 2 (см. фиг 3 и 5), Соответственно в коллекторной камере и полости имеется только по одной перегородке 19 и 20, делящие их на два отсека, Это позволяет осуществить противоточный попарно — (т,е. группой в две трубы) параллельный контур циркуляции охлаждающей жидкости. Через штуцер 35 жидкость попадает в нижний отсек 31 полости 10, Движется далее по кольцевым каналам двух нижних теплообменных труб и через вытеснительные трубы пос упает в отсек 29 коллекторной камеры. Далее через продолговатое перепускное отверстие 14, выполненное в периферийной трубной доске 12, благодаря смещению вверх перегородки 19 относительно перегородки 20 полости 10, поток попадает в отсек 32 в верхНей части полости и повторяет противоточное относительно газового потока движение в кольцевых каналах верхней пары теплообменных труб. В конце этого хода трубная среда поступает в верхний отсек 30 коллекторной камеры 9 и далее выходит из аппарата через штуцер 37, Новое конструктивное исполнение крышки-коллектора позволяет сократить общую материалоемкость нового аппарата на 10 — 15%, а удельную соответственно на

20 — ЗОО, Противоточная схема движения теплоносителей позволяет при прочих равных условиях увеличить глубину охлаждения охлаждаемого продукта примерно на

2,5 .

Формула изобретения

1.Теплообменник, содержащий кожух с пучком труб Фильда, внутренние и наружные трубы которых закреплены соответственно в периферийной и промежуточной трубных досках, размещенных параллельно друг другу с образованием между ними полости, и коллекторную камеру для трубной среды, примыкающую к периферийной трубной доске, о т л и ч а ю. шийся тем, что. с целью снижения материалоемкости и интенсификации теплообмена путем организации противоточного движения рабочих сред, он снабжен перегородками, установленными в коллекторной камере и в упомянутой полости перпендикулярно трубным доскам и разделяющими камеру и полость на одинаковое число отсеков, причем перегородки в камере смещены относительно перегородок в полости между трубными досками, в периферийной из которых выполнены отверстия для перетока трубной среды из отсеков коллекторной камеры в отсеки полости, а число этих отверстий на единицу меньше числа отсеков в камере.

2, Теплообменник по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что перегородки установлены радиально, 3. Теплообменник по п.2, о т л и ч а юшийся тем, что перегородки в коллекторной камере и в полости между трубными досками расположены под равными углами друг к Apyry

4. Теплообменник по пп.2, 3, о т л и ч а юшийся тем, что число перегородок и в коллекторной камере и в полости между трубными досками равно числу труб Филь5. Теплообменник по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена при наличии по одной перегородке в коллекторной камере и в полости между трубными досками, в последней перегородке установлена с разделением ее на два одинаковых отсека, а в коллекторной камере — в плоскости. параллельной плоскости первого перегородки, 1740945

/ о

Я7

Р1

М

12

1740945

Составитель Л.Астахова

Техред M.Ìoðãåíòàë . Корректор С.Черни

Редактор М.Бокарева

Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2077 Тира>к Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5