Теплообменник

 

Использование: в химическом и криогенном машиностроении, в частности, в криогенных системах для работы с вредными средами. Сущность изобретения: повышение надежности безопасности обеспечивается тем, что теплообменник содержащий корпус 1 с теплообменными трубками 2, снабжен дополнительным змеевиком 19, расположенным на тяговой трубе 18, и кольцевой перегородкой 14, делящей зазор на полости 15 и 16, выполняющие функции раздающей и собирающей камер для среды, поступающей из межтрубного пространства. Перегородка 14 обеспечивает герметичность каждой из полостей 15, 16, что исключает байпас охлаждающей среды трубок змеевика 7, что особенно актуально при работе с радиоактивными средами. 3 ил.

Изобретение относится к химическому и криогенному машиностроению и может быть использовано в криогенных системах при работе с вредными средами, например с радиоактивным водородом.

Известен теплообменник, включающий расположенную в корпусе теплообменную поверхность и тяговую трубу [1] Циркуляция жидкости создается за счет разности веса столба жидкости в опускной трубе и веса парожидкостной смеси в тяговой трубе.

Недостатком указанного теплообменника является низкая эксплуатационная надежность. Недостаток обусловлен следующими причинами: отсутствие подвода дополнительного тепла к тяговой трубе может привести к прекращению циркуляции жидкости в случае подачи в теплообменник переохлажденной греющей среды, из-за снижения процентного содержания пара в парожидкостной смеси, приводящее к равенству ее веса и веса жидкости в опускной трубе; верхний конец тяговой трубы расположен значительно выше нижней точки сепаратора, что вызывает дополнительное сопротивление подъему парожидкостной смеси; отсутствие змеевика с охлаждающей средой приводит к необходимости отвода пара из теплообменника.

Известен также теплообменник, включающий расположенную в корпусе теплообменную поверхность и тяговую трубу [2] В указанном теплообменнике на тяговом трубопроводе установлен компрессор для обеспечения циркуляции. Недостатком указанного теплообменника является низкая безопасность при работе, например, с радиоактивными средами. Недостаток обусловлен тем, что использование компрессора для обеспечения циркуляции жидкости приводит к утечке среды через фланцевые соединения, а это совершенно недопустимо, если среда радиоактивна. Утечка среды возможна также через стенку корпуса компрессора, который, как правило, выполнен литым. Кроме того, требуется мощность, затрачиваемая в компрессоре.

Известен теплообменник, выбранный в качестве прототипа, включающий расположенные в корпусе теплообменные трубки, заделанные в трубные решетки, раздающую камеру с зазором на корпусе, патрубки входа и выхода среды и тяговую трубу [3] В указанном теплообменнике змеевик раздающей камеры, а также тяговая труба расположены внутри корпуса и все места подсоединения не имеют подхода.

Недостатком указанной конструкции является низкая надежность. Недостаток обусловлен тем, что в случае появления негерметичности в паяных или сварных соединениях, устранить эту неисправность практически невозможно. Особенно этот недостаток усугубляется при работе с вредными веществами, например радиоактивным водородом.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и повышение безопасности при работе с вредными средами.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем корпус с раздающей камерой, змеевик внутри камеры, обечайку, охватывающую корпус с зазором, размещенные в корпусе теплообменные трубки, закрепленные в трубных решетках, патрубки ввода и вывода рабочих сред и тяговую трубу, сообщенную с раздающей камерой, обечайка расположена на корпусе в зоне раздающей камеры, по периметру стенки которой выполнены отверстия и в них жестко закреплены входные и выходные концы трубок змеевика, причем в зазоре между обечайкой и стенкой раздающей камеры установлена кольцевая перегородка, разделяющая его на две полости, одна из которых сообщена с патрубком вывода рабочей среды из межтрубного пространства и входными концами трубок змеевика, а другая с патрубком вывода той же среды из теплообменника и выходными концами трубок змеевика, при этом тяговая труба снабжена навитым на нее дополнительным змеевиком и на входе в раздающую камеру имеет сечение в форме овала с нижней горизонтальной стенкой, расположенной в одной плоскости с плоскостью трубной решетки.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что предлагаемое устройство отличается наличием новых элементов: дополнительным змеевиком на тяговой трубе и кольцевой перегородкой, а также взаимосвязью, положением и формой элементов. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображен предлагаемый теплообменник, разрез; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1 (разводка концов трубок змеевика камеры; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1 (сечение патрубка входа охлаждаемой среды).

Теплообменник содержит корпус 1, трубки 2, заделанные в трубные решетки 3 и 4, собирающую камеру 5, раздающую камеру 6, со вставленным в нее змеевиком 7, обечайку 8, установленную аксиально на корпусе разделяющей камеры 6 с зазором 9, патрубок 10 входа охлаждающей среды в межтрубное пространство, патрубок 11 выхода охлаждающей среды из межтрубного пространства, патрубок 12 выхода охлаждающей среды из теплообменника, патрубок 13 входа охлаждаемой среды в раздающую камеру, кольцевую перегородку, установленную в зазор 9 и делящую его на полость 15, которая сообщается с патрубком 11 и входом в змеевик 7, и полость 16, которая сообщается с патрубком 12 и выходом среды из змеевика 7, в корпусе камеры 6 равномерно выполнены отверстия 17, в которые заделаны концы труб змеевика 7, тяговую трубу 18 охлаждаемой среды с плотно раскрепленным на ней змеевиком 19. Тяговая труба 18 на входе в раздающую камеру 6 имеет сечение в форме овала, нижняя горизонтальная стенка 20 которого расположена в одной плоскости (на одном уровне) с трубной решеткой, патрубок 21 выхода охлаждаемой среды из теплообменника.

Теплообменник работает следующим образом. В начальный период газообразная охлаждаемая среда, например радиоактивный водород, через патрубок 13 поступает в раздающую камеру 6, затем в трубки 2, где конденсируется за счет нагрева гелия, проходящего по межтрубному пространству, стекает в собирающую камеру 5 и через патрубок 21 выходит из теплообменника на технологические нужды, после чего поступает в тяговую трубу 18. Жидкая охлаждаемая среда постепенно заполняет собирающую камеру 5, трубки 2 и тяговую трубу 18. По достижении жидкостью верхней плоскости трубной решетки 3 и нижней горизонтальной стенки 20 подачу газообразной охлаждаемой среды через патрубок 13 прекращают. Жидкость, выходя из патрубка 21 на технологические нужды, включается в технологический процесс, в котором она нагревается, частично испаряется и в виде парожидкостной смеси попадает в тяговую трубу 18. Пар, поднимаясь вверх по трубе, увлекает за собой жидкость (эффект парлифта). Таким образом происходит циркуляция охлаждаемой жидкости по замкнутому контуру: раздающая камера 6 трубка 2 собирающая камера 5 технологический процесс тяговая труба 18 раздающая камера 6. Для обеспечения надежной циркуляции жидкости на тяговой трубе 18 установлен змеевик 19, который плотно контактирует с ней. В змеевик подают теплоноситель, жидкость в трубе 18, получив тепло от него, частично переходит в пар, который также участвует в подъеме жидкости по тяговой трубе 18, как и пар после технологического процесса. Для исключения даже небольшой потери давления при подъеме парожидкостной среды по трубе 18 нижняя плоскость 20 ее выполнена в одной плоскости (на одном уровне с плоскостью трубной решетки 3), овальное сечение тяговой трубы 18 на входе в раздающую камеру 6 обеспечивает равномерное распределение жидкости по всей поверхности трубной решетки 3, что также повышает эксплуатационную надежность. Охлаждающая среда через патрубок 10 поступает в межтрубное пространство корпуса 1, нагревается и через патрубок 11 с температурой ниже, чем температура охлаждаемой среды в трубе 18, поступает в полость 15, оттуда в трубки змеевика 7, нагревается, отдавая свой холод парам охлаждаемой жидкости, и выходит из трубок змеевика 7 в полость 16, а отсюда через патрубок 12 выходит из теплообменника. Расположение отверстий 17 под трубки змеевика 7 в стенке раздающей камеры 6 позволяет быстро обнаружить негерметичность любой трубки, а в случае ее появления в процессе работы теплообменника, надо, сняв обечайку 8, дать давление в раздающую камеру 6 и нанести мыльную пленку на отверстия 17. Равномерное распределение отверстий 17 по окружности корпуса раздающей камеры 6 обеспечивает полную доступность к каждому отверстию 17, в которых заделаны трубки змеевика 7, что позволяет беспрепятственно устранить негерметичность в соединении отверстие 17 трубка 7, либо высверливать трубку с глушением отверстий пробками с последующей сваркой или пайкой. Полость 15 выполняет функцию раздающей камеры, в нее из межтрубного пространства корпуса 1 через патрубок 11 поступает охлаждающая среда. Полость 16 выполняет функцию собирающей камеры для той же среды, выходящей из трубок змеевика 7. Кольцевая перегородка 14, разделяющая эти полости, обеспечивает герметичность одной полости относительно другой, что исключает байпас охлаждающей среды трубок змеевика 7. Указанное выше повышает безопасность, особенно при работе с радиоактивными средами.

В предлагаемом изобретении верхний конец тяговой трубы находится в одной плоскости с трубной решеткой, на которую сливается парожидкостная смесь, что повышает надежность работы и снижает сопротивление подъему парожидкостной смеси.

Формула изобретения

ТЕПЛООБМЕННИК, содержащий корпус с раздающей камерой, змеевик внутри камеры, обечайку, охватывающую корпус с зазором, размещенные в корпусе теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках, патрубки ввода и вывода рабочих сред и тяговую трубу, сообщенную с раздающей камерой, отличающийся тем, что обечайка расположена на корпусе в зоне раздающей камеры, по периметру стенки которой выполнены отверстия и в них жестко закреплены входные и выходные концы трубок змеевика, причем в зазоре между обечайкой и стенкой раздающей камеры установлена кольцевая перегородка, разделяющая его на две полости, одна из которых сообщена с патрубком вывода рабочей среды из межтрубного пространства и входными концами трубок змеевика, а другая с патрубком вывода той же среды из теплообменника и выходными концами трубок змеевика, при этом тяговая труба снабжена навитым на нее дополнительным замеевиком и на входе в раздающую камеру имеет сечение в форме овала с нижней горизонтальной стенкой, расположенной в одной плоскости с плоскостью трубной решетки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3