Тепломассообменный аппарат (варианты)

 

Использование: в оборудовании нефтеперерабатывающей, нефтехимической и смежной с ними областях промышленности и может быть использовано для кристаллизации в установках депарафинизации минеральных масел и обезмасливания нефтяного газа. Сущность: теплообменный аппарат включает теплообменные трубы, в каждой из которых расположен вал с попарно установленными противоположно друг другу подпружиненными опорными элементами, в которых закреплены полосовые скребки. На валу непосредственно под скребками установлены дополнительные опорные элементы, расположенные с зазором по отношению с скребкам, установленным по всей длине теплообменной трубы, при этом величина зазора составляет не более 0,5(R_в-R_н) где: R_в внутренний радиус теплообменной трубы, R_н наружный радиус вала. Полосовые скребки, установленные по всей длине теплообменных труб, могут быть выполнены также с опорными выступами, максимальный зазор между контактными поверхностями которых и поверхностью вала составляет не более 0,5(R_в-R_н) Опорные дополнительные элементы могут быть выполнены в виде пластин со сквозными прорезями, в которых с зазором относительно конца прорезей в теле пластин установлены с возможностью радиального перемещения скребки. Одна из рабочих кромок каждой пары диаметрально противоположно расположенных скребков может быть выполнена зубчатой. Рабочие кромки каждой пары диаметрально противоположно расположенных скребков могут быть выполнены с регулярными очищающими выступами и впадинами, пи этом очищающие выступы одного из скребков расположены напротив впадин другого скребка. 2 с. и 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к оборудованию нефтеперерабатывающей, нефтехимической и смежной с ними областям промышленности, в частности к устройствам для кристаллизации в установках депарафинизации минеральных масел и обезмасливание нефтяного гача.

Из уровня техники известны тепломасcообменные аппараты в виде скребковых кристаллизаторов, содержащих несколько секций типа "труба в трубе", соединенных между собой с помощью двойников шнековые скребковые валы, установленные на опорах внутри секций [1] Основным недостатком таких аппаратов является образование в процессе работы пробок из отложенной твердой фазы в областях опор скребкового вала, так как в этих областях из-за кольцевых выступов, образованных опорами на скребковом валу, отсутствуют шнековые лопасти.

Известен также тепломассообменный аппарат скребкового кристаллизатора, включающий теплообменную трубу, внутри которой расположен вал из упругих колец с полосовыми скребками, установленными с возможностью перемещения в радиальном направлении [2] Однако из-за большой жесткости упругих колец, необходимой для обеспечения работоспособности упругого вала, в процессе работы на его вращения необходим повышенный крутящий момент, обусловленный значительными силами трения между полосовыми скребками и поверхностью теплообменной трубы. Это снижает ресурс безотказной работы аппарата и повышает эксплуатационные затраты.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по совокупности признаков является тепломассообменный скребковый кристаллизатор, включающий теплообменные трубы, в каждой из которых на опорах расположен вал с попарно установленными противоположно друг другу подпружиненными опорными элементами, в которых закреплены полосовые скребки [3] Недостатком этого кристаллизатора является низкая эффективность, обусловленная образованием пробок из отложений твердой фазы в области опор скребкового вала. Для удаления этих пробок необходимо периодически останавливать и очищать аппарат.

Целью изобретения является увеличение производительности и снижение гидравлического сопротивления за счет полной очистки рабочего объема аппарата.

Это решается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем теплообменные трубы, в каждой из которых расположен вал с попарно установленными противоположно друг другу подпружиненными опорными элементами и закрепленными в них подвижными в радиальном направлении полосовыми скребками с рабочими и тыльными кромками, согласно изобретению, на валу с радиальным зазором по отношению к скребкам закреплены дополнительные опорные элементы скребков, установленных по всей длине теплообменной трубы, при этом величина радиального зазора составляет не более 0,5 (R_в-R_н), где: R_в внутренний радиус теплообменной трубы; R_н наружный радиус вала.

В варианте выполнения, согласно изобретению, каждый из полосовых скребков, установленных по всей длине теплообменных труб выполнен с опорными выступами, максимальный зазор между контактными поверхностями которых и поверхностью вала составляет не более 0,5 (R_в-R_н), где: R_в внутренний радиус теплообменной трубы; R_н наружный радиус вала.

Кроме того, опорные дополнительные элементы могут быть выполнены в виде пластин со сквозными прорезями, в которых с зазором относительно конца прорезей в теле пластин установлены с возможностью радиального перемещения скребки. Также одна из рабочих кромок каждой пары диаметрально противоположно расположенных скребков может быть выполнена зубчатой. Кроме того, рабочие кромки полосовых скребков могут быть выполнены с регулярно расположенными впадинами и очищающими выступами, при этом выступы одного из пары диаметрально противоположно расположенных скребков расположены напротив впадин другого скребка.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение эффективности и производительности процесса депарафинизации нефтяного гача.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 представлен предложенный тепломассообменный аппарат (продольный разрез); на фиг. 2 и 3 сечение А-А и Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 вариант выполнения (продольный разрез) с зубчатой рабочей кромкой одного из пары оппозитных скребков; на фиг. 5 сечение В-В на фиг. 4; на фиг. 6 продольный разрез, вариант выполнения полосовых скребков с регулярными выступами на рабочих кромках; на фиг. 7 продольный разрез, вариант выполнения с дополнительными опорами, выполненными непосредственно на скребках.

Тепломассообменный аппарат состоит из теплообменной трубы 1, внутри которой установлен скребковый вал 2 с закрепленными на нем подпружиненными опорными элементами 3, в которых установлены полосовые скребки 4, опирающиеся (в процессе работы) на дополнительные опорные элементы 5, закрепленные на валу 2. Конструкция подпружиненных опорных элементов 3 скребков 4 аналогична конструкции этих узлов в прототипе. В варианте выполнения (см. фиг. 7) дополнительные опорные элементы выполнены в виде выступов 6 на тыльной кромке полосовых скребков 4. Кроме того, в варианте выполнения (см. фиг. 5) дополнительные опорные элементы могут быть выполнены в виде закрепленных на валу 2 пластин 7 со сквозными прорезями 8. Рабочие (очищающие) кромки полосовых скребков 4 могут быть выполнены гладкими 9 (см. фиг. 1), зубчатыми 10 (см. фиг. 4), или с очищающими выступами 11 (см. фиг. 6). В варианте выполнения (см. фиг. 4), в котором полосовые скребки 4 выполнены с зубчатой кромкой 10, диаметрально противоположные скребки выполнены с гладкой (подчищающей) рабочей кромкой. В другом варианте (см. фиг. 6) рабочие (очищающие) кромки скребков 4 выполнены с регулярно расположенными очищающими выступами 11 и впадинами 12. В этом варианте выполнения у каждой пары диаметрально расположенных скребков очищающий выступ 11 одного из скребков расположен напротив впадины 12 на рабочей кромке другого скребка, при этом для гарантированной очистки трубы очищающие выступы выполнены шире впадин, т.е. S1 больше S2 (см. фиг. 6) приблизительно на 5-10 мм.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

В теплообменные трубы 1 подается углеводородное сырье, обеспечивая при этом оптимальный тепловой и гидродинамический режим в трубе 1. Тепловой напор, скорость движения и продолжительность пребывания охлаждаемого сырья в тепломасообменном аппарате выбирают из расчета обеспечения оптимальной для данного сырья скорости охлаждения. При движении в аппарате из сырья выкристаллизовываются парафиновые углеводороды, откладываясь на внутренней поверхности трубы 1. При вращении вала 2 скребки 4 очищают внутреннюю поверхность трубы 1. Далее снятая скребками 4 с поверхности трубы 1 выкристаллизованная масса удаляется из трубы 1 потоком сырья.

Подпружиненные скребки, находясь в постоянном контакте с поверхностью трубы 1, за счет усилия прижима и возможности их перемещения на величину радиального зазора обеспечивают соосность трубы 1 и вращающегося вала, компенсируя при этом несоосности на отдельных участках из-за искривлений трубы 1 и вала 2. Дополнительные опорные элементы 5 ограничивают радиальное смещение скребков 4 и это позволяет подобрать такую упругость пружин 13 подпружиненных опорных элементов 3, которая не приводит к чрезмерному прижиму скребков 4 и внутренней поверхности трубы 1. В варианте выполнения работа кристаллизатора аналогична описанной, с той лишь разницей, что дополнительные опорные элементы выполнены в виде выступов 6 на тыльной кромке скребков 4. Это позволяет упростить конструкцию. В другом варианте выполнение дополнительных опор в виде пластин со сквозной прорезью позволяет уменьшить искривление скребков от поперечной нагрузки при очистке твердой фазы, что улучшает степень очистки внутреннего объема аппарата и снижает вероятность поломки скребков, что особенно важно при изготовлении их из полимерных материалов.

Выполнение зубчатой и гладкой рабочих кромок оппозитно расположенных скребков 4 позволяет более равномерно распределять нагрузки от очистки твердой фазы на скребки, поскольку зубчатый скребок удаляет только часть отложений, а противоположный очищает оставшуюся часть отложений. Полностью уравновесить нагрузки на скребки позволяет ступенчатая форма скребков (см. фиг. 6). Кроме того, такая форма скребков способствует их лучшему самоочищению и разрушению образующихся на них крупных комков налипающей твердой фазы, что облегчает ее последующее удаление из трубы 1.

Во всех вариантах выполнения величина b радиального перемещения скребков определена экспериментально и в каждом конкретном случае определяется условиями монтажа и эксплуатации.

Техническим результатом использования изобретения является возможность полного удаления отложений твердой фазы из внутреннего объема аппарата, а также повышение производительности и эффективности процесса депарафинизации углеводородного сырья.

Формула изобретения

1. Тепломассообменный аппарат, включающий теплообменные трубы, в каждой из которых расположен вал с попарно установленными противоположно друг другу подпружиненными опорными элементами, закрепленными в них подвижными в радиальном направлении полосовыми скребками с рабочими и тыльными кромками, отличающийся тем, что на валу с радиальным зазором по отношению к скребкам закреплены дополнительные опорные элементы скребков, установленных по всей длине теплообменной трубы, при этом величина радиального зазора составляет не более 0,5 (R_в R_н), где R_в внутренний радиус теплообменной трубы, R_н наружный радиус вала.

2. Тепломассообменный аппарат, включающий теплообменные трубы, в каждой из которых расположен вал с попарно установленными противоположно друг другу подпружиненными опорными элементами, в которых закреплены подвижные в радиальном направлении полосовые скребки, отличающийся тем, что каждый из полосовых скребков, установленных по всей длине теплообменных труб, выполнен с опорными выступами, максимальный зазор между контактными поверхностями которых и поверхностью вала составляет 0,5 (R_в R_н), где R_в - внутренний радиус теплообменной трубы, R_н наружный радиус вала.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что опорные дополнительные элементы выполнены в виде пластин со сквозными прорезями, в которых с зазором относительно конца прорезей в теле пластин установлены с возможностью радиального перемещения скребки.

4. Тепломассообменный аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что одна из рабочих кромок каждой пары диаметрально противоположно расположенных скребков выполнена зубчатой.

5. Тепломассообменный аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что рабочие кромки каждой пары противоположно расположенных скребков выполнены с регулярно расположенными впадинами и очищающими выступами, при этом очищающие выступы одного из скребков расположены напротив впадин оппозитного скребка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7