Кожухотрубный теплообменник

 

Изобретение предназначено для применения в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой промышленности. Кожухотрубный теплообменник содержит кожух с пучком теплообменных труб и патрубки ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные перегородки по длине пучка и продольные перегородки, одну по оси коллекторной камеры, вторую по оси кожуха теплообменника, причем продольная перегородка, жестко примыкающая к коллекторной трубной решетке и расположенная в трубном пучке, выполнена из симметрично расположенных относительно теплоизоляционной перегородки пакетов гибких листов, концы которых отогнуты по образующей внутренней поверхности кожуха, а вертикальные трубные перегородки по длине пучка выполнены из отдельно расположенных полых цилиндров, соединенных между собой в вертикальной плоскости плоскопараллельными пластинами с язычками, перекрывающими просветы цилиндров, а также вторую коллекторную трубную решетку. Данное изобретение позволяет повысить эксплуатационные характеристики кожухотрубного теплообменника, такие как надежность и эффективность. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя разнотемпературными средами путем передачи тепла через стенку и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубки ввода и вывода межтрубной среды, распределительную камеру, расположенную в торце кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды, трубную решетку и продольную перегородку, причем последняя делит кожух на равные объемы и имеет уплотнительный элемент между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха /Справочник по теплообменникам. Пер. с англ., Энергоатомиздат, т.2, с.285/. Данная конструкция кожухотрубного теплообменника не надежна в эксплуатации из-за слабого уплотнения между перегородкой и кожухом теплообменника.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции является кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную трубную решетку, продольные перегородки, одну по оси коллекторной камеры, вторую по оси кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха, и теплоизоляцией между уплотнительными элементами, причем продольная перегородка, жестко примыкающая к коллекторной трубной решетке и расположенная в трубном пучке, выполнена из симметрично расположенных относительно теплоизоляционной перегородки пакетов гибких листов, концы которых отогнуты по образующей внутренней поверхности кожуха (RU 2059958, 10.05.1996, F 28 D 7/00).

Недостатком данной конструкции теплообменника является относительно невысокие эксплуатационные характеристики, такие так, например, эффективность теплообмена при переменных нагрузках и нарушение целостности теплоизоляционной перегородки в связи с прямым ее контактом с межтрубной средой.

Изобретение решает техническую задачу повышения эксплуатационных характеристик кожухотрубного теплообменника.

Технический результат достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащим кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, продольные перегородки, одну по оси коллекторной камеры, вторую по оси кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха, и теплоизоляцией между уплотнительными элементами, причем продольная перегородка, жестко примыкающая к коллекторной трубной решетке и расположенная в трубном пучке, выполнена из симметрично расположенных относительно теплоизоляционной перегородки пакетов гибких листов, концы которых отогнуты по образующей внутренней поверхности кожуха, согласно изобретению теплообменник содержит вертикальные трубные перегородки по длине трубного пучка, выполненные из отдельно расположенных полых цилиндров, соединенных между собой в вертикальной плоскости плоскопараллельными пластинами с язычками, перекрывающими просветы цилиндров, а также вторую коллекторную трубную решетку.

Целесообразно гибкие листы в пакетах выполнять различной ширины, увеличивающейся от теплоизоляционной перегородки к теплообменным трубам.

Для увеличения конструкционной жесткости узла уплотнения между пакетами гибких листов по их торцам целесообразно дополнительно устанавливать жесткие ленты и/или стержни.

Целесообразно отдельно расположенные полые цилиндры в "вертикальных перегородках" соединять плоскопараллельными пластинами с размещением последних относительно продольной перегородки параллельно или под углом.

Для переориентации движения межтрубной среды, при прохождении ее через цилиндры в "вертикальных перегородках", плоскопараллельные пластины целесообразно размещать за цилиндрами по ходу межтрубной среды.

Целесообразно плоскопараллельные пластины размещать по оси цилиндров или в их основании.

Язычки в плоскопараллельных пластинах как в пределах одной "вертикальной перегородки", так и в смежных по ходу межтрубной среды "вертикальных перегородках" выполнены как однонаправленно, так и под углом друг относительно друга.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемого кожухотрубного теплообменника.

На фиг. 2 показан вариант схемы движения теплообменных сред в заявляемом кожухотрубном теплообменнике.

На фиг. 3 дано вертикальное сечение кожухотрубного теплообменника.

На фиг. 4 дан фрагмент трубного пучка кожухотрубного теплообменника.

На фиг. 5 дан фрагмент уплотнения в заявляемом кожухотрубном теплообменнике.

На фиг. 6 дан фрагмент соединения полых цилиндров с плоскопараллельными пластинами.

Кожухотрубный теплообменник состоит из кожуха 1 с патрубками ввода 2 и вывода 3 межтрубной среды. В торце кожуха 1 установлена коллекторная камера 4 с патрубками ввода 5 и вывода 6 трубной среды. В коллекторной камере 4 установлена "глухая" перегородка 7. Между кожухом 1 и камерой 4, а также в противоположном торце кожуха 1 установлены коллекторные трубные решетки 8 и 9, в которых герметично закреплены теплообменные трубки 10. Трубки 10 разделены между собой по оси кожуха 1 продольной перегородкой, выполненной из симметрично расположенных относительно теплоизоляционной перегородки 11 пакетов гибких листов 12. Листы 12 в пакетах одним концом жестко прикреплены к решетке 9, расположенной между кожухом 1 и камерой 4, а другой конец пакета листов 12 не доходит до второй решетки 9, образуя проход 13 для прохода межтрубной среды. Торцы листов 12 отогнуты по образующей внутренней поверхности кожуха 1, плотно прилегая к ней. Для повышения конструкционной жесткости узла уплотнения возможно использование жесткой ленты 14 и/или стержней 15.

Выполнение вертикальной перегородки в виде симметрично расположенных относительно теплоизоляционной перегородки 11 пакетов гибких листов 12 позволяет в целом снизить металлоемкость перегородки без снижения ее жесткости. Расположение перегородки 11 между пакетами гибких листов 12 значительно повышает срок ее эксплуатации и расширяет диапазон используемых для ее изготовления материалов. Обеспечена возможность (при необходимости) легкой замены продольной теплоизоляционной перегородки 11 и листов 12 как по отдельности, так и вместе.

Расстояние между теплообменными трубками 10 в предлагаемой конструкции регулируется путем установки в вертикальной плоскости сечения теплообменного пучка полых цилиндров 16. Ряды полых цилиндров 16 в вертикальных плоскостях фиксируют между собой плоскопараллельными пластинами 17. Пластины 17 снабжены язычками 18, которые отогнуты под углом и перекрывают, частично или полностью, просвет полых цилиндров 16. Направление, угол отгиба язычков 18 в пластинах 17 и доля перекрытия просвета в цилиндрах 16 определяются опытным путем, исходя из гидродинамической (теплообменной в конечном счете) обстановки в межтрубном пространстве теплообменника. Для обеспечения конструкционной жесткости трубного пучка теплообменника трубки 10 и цилиндры 16 ("вертикальные перегородки") стянуты ленточными бандажами 19.

Использование полых цилиндров 16 и плоскопараллельных пластин 17 в качестве вертикальных перегородок в трубном пучке кожухотрубного теплообменника позволяет придать конструкции большую гибкость (возможность смены вставок, упорядочение в движении межтрубной среды, упрощение чистки и т.п.).

Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.

Межтрубная среда через штуцер 2 поступает в кожух 1 теплообменника и распределяется между трубками 10. Двигаясь вдоль трубок 10, межтрубная среда равномерно перераспределяется, пройдя равные полые цилиндры 16 (в случае относительно небольшого соотношения длины теплообменника к его сечению). На выходе из цилиндров 16 межтрубная среда отклоняется язычками 18 пластин 17. Пройдя таким образом весь объем межтрубного пространства, межтрубная среда выводится из теплообменника через штуцер 3. Трубная среда через штуцер 5 поступает в коллекторную камеру 4 и далее, пройдя весь объем в полости трубок 10, через штуцер 6 выводится из теплообменника.

Таким образом, конструкция заявляемого кожухотрубного теплообменника по сравнению с прототипом обладает более высокими эксплуатационными характеристиками, т.к. в заявляемой конструкции исключены застойные зоны и качественно решен вопрос надежности продольной перегородки в трубном пространстве, и может быть использована на установках нефтеперерабатывающей, нефтехимической, пищевой промышленности для проведения теплообменных процессов. Ы

Формула изобретения

1. Кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную трубную решетку, продольные перегородки, одну по оси коллекторной камеры, вторую по оси кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха, и теплоизоляцией между уплотнительными элементами, причем продольная перегородка, жестко примыкающая к коллекторной трубной решетке и расположенная в трубном пучке, выполнена из симметрично расположенных относительно теплоизоляционной перегородки пакетов гибких листов, концы которых отогнуты по образующей внутренней поверхности кожуха, отличающийся тем, что теплообменник содержит вертикальные трубные перегородки по длине пучка выполненные из отдельно расположенных полых цилиндров, соединенных между собой в вертикальной плоскости плоскопараллельными пластинами с язычками, перекрывающими просветы цилиндров, а также вторую коллекторную трубную решетку.

2. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что гибкие листы в пакетах выполнены различной ширины, увеличивающейся от теплоизоляционной перегородки к теплообменным трубкам.

3. Кожухотрубный теплообменник по любому из пп.1 - 2, отличающийся тем, что между пакетами гибких листов по их торцам установлены жесткие ленты и/или стержни.

4. Кожухотрубный теплообменник по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что отдельно расположенные полые цилиндры в "вертикальных перегородках" соединены плоскопараллельными пластинами с размещением последних относительно продольной перегородки параллельно или под углом.

5. Кожухотрубный теплообменник по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластины размещены за цилиндрами по ходу межтрубной среды.

6. Кожухотрубный теплообменник по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластины размещены по оси цилиндров или в их основании.

7. Кожухотрубный теплообменник по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что язычки в плоскопараллельных пластинах как в пределах одной "вертикальной перегородки", так и в смежных, по ходу межтрубной среды, "вертикальных перегородках" выполнены как однонаправленно, так и под углом друг относительно друга.

РИСУНКИ

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