Теплообменная секция

Изобретение относится к области теплообменной техники и предназначено для применения в теплообменных аппаратах нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, лесоперерабатывающей, энергетической отраслей промышленности. Теплообменная секция содержит поперечно-обтекаемый пучок оребренных биметаллических труб, трубные доски, биметаллические оребренные трубы выполнены с разными диаметрами несущей трубы, оребрения и высоты ребра, с одинаковым шагом оребрения, трубы большого и малого диаметров установлены в секции с чередованием в шахматном порядке труб большого и малого диаметров по продольным и поперечным осям трубного пучка с шагом S₁, S₂ и примыканием смежных поверхностей оребрения с зазорами. Технический результат - повышение энергетической эффективности теплообменной секции. 3 ил.

 

Изобретение относится к области теплообменной техники и предназначено для применения в теплообменных аппаратах нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической, лесоперерабатывающей, энергетической промышленностях.

Известна конструкция теплообменной секции, включающая трубные доски, жидкостные крышки с патрубками, боковые ограждающие листы, спирально-навитые, накатные оребренные трубы, выполненные со спиральными многозаходными разновысокими ребрами, периодически чередующимися в зависимости от числа заходов, при этом высокие ребра выполнены однозаходными и отогнуты с противоположных сторон трубы по линии хорды, находящейся на расстоянии от оси трубы, равном половине наружного диаметра низкого ребра, при этом отогнутые сегменты высоких ребер находятся в плоскости, перпендикулярной фронтальной плоскости секции и параллельной оси трубы, а диаметр высоких ребер составляет D=d+2ns, где n ограничено соотношением (D-d_o)/(2s)>n>=2, а трубы расположены в каждом поперечном ряду вплотную с поперечным шагом S_in=D’=d+2Δ, где D - наружный диаметр высокого ребра, d - наружный диаметр низкого ребра, d_o - диаметр ребра у его основания, s - шаг ребра, n - общее целое число заходов ребер, D’ - расстояние между наружными поверхностями подогнутых ребер, Δ - толщина высокого ребра, S_in - поперечный шаг труб. (Патент RU 2213920 С2 F28D 3/02 Теплообменная секция, Мулин В.П., Кочетов В.И., Теляев Р.Ф., Кунтыш В.Б., Мелехов В.И., Самородов А.В. опубл. 10.10.2003 бюл. № 28).

Недостатками конструкции являются высокое аэродинамическое сопротивление, сложность выполнения поверхности оребрения и высокая металлоемкость, обусловленная выполнением трубного пучка тепловой секции из равноразмерных труб.

Известна конструкция теплообменного аппарата с теплообменной секцией из разновеликих гладких труб, поперечно обтекаемых воздухом и расположенных таким образом, что трубы большего диаметра расположены по вершинам прямоугольника или по вершинам равностороннего треугольника, а трубы меньшего диаметра на пересечении диагоналей прямоугольника или на пересечении биссектрис треугольника разбивки труб большого диаметра (Патент RU 2006780 C1 F 28 D7/00 опубл. 30.01.1994).

Это техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.

Недостатком прототипа является низкий теплосъем с наружной поверхности гладких труб, обусловленный малой поверхностью теплообмена.

Задачей изобретения является повышение энергетической эффективности теплообменной секции.

Для достижения цели предложена теплообменная секция, содержащая поперечно обтекаемый пучок оребренных труб, трубные доски, оребренные биметаллические трубы выполнены с разными диаметрами несущей трубы, оребрения и высоты ребра, с одинаковым шагом оребрения. Трубы большого и малого диаметра установлены в секции с чередованием в шахматном порядке по продольным и поперечным осям трубного пучка с шагом S₁, S₂, и примыканием смежных поверхностей оребрения с зазорами Δ₁ = 2 - 30 мм, Δ₂ = 2 - 30 мм.

На фигуре 1 представлен общий вид теплообменной секции, на фигуре 2 - поперечный разрез теплообменной секции, где S₁, S₂ - продольный и поперечный шаг трубок, мм; d_н1, d_н2 - диаметры несущих труб большой и малой соответственно, мм; h₁, h₂ - высота ребра большой и малой труб соответственно, мм; d₁, d₂ - диметры оребрения большой и малой труб соответственно, мм. На фигуре 3 представлена температурная характеристика теплового поля теплообменной секции: а - для первого ряда труб, b - для второго ряда труб, c - усредненное значение.

Теплообменная секция собрана из биметаллических ребристых труб с коэффициентами оребрения труб ϕ₁, ϕ₂ и геометрическими характеристиками d_н1 × h₁ × t₁ × l₁ и d_н2 × h₂ × t₂ × l₂ установленных в трубные решетки 1 с чередованием по продольным и вертикальным осям в шахматном порядке несущих труб большого 2 и малого 3 диаметров (фиг.1).

Работа теплообменной секции осуществляется следующим образом. Греющий теплоноситель, являющийся источником теплоты, подается в трубы 2 и 3. В поперечном направлении движется воздух, являющийся потребителем теплоты, отводимой с поверхности оребрения труб. Таким образом, организуется перекрестное движение теплоносителей. При этом воздух циркулирует в межреберном и межтрубном пространстве, образованном чередованием в шахматном порядке по продольным и вертикальным осям оребренных труб.

Температура на поверхностях оребрения труб большого и малого диаметра несущей трубы различна, что приводит к возникновению локальных участков максимумов и минимумов теплового поля a и b (фиг. 3) в зависимости от позиции труб в ряду. В сжатом проходном сечении канала, образованным поверхностями оребрения труб большого и малого диаметра с примыканием смежных поверхностей оребрения с зазором 2 - 30 мм и одинаковым шагом ребер t (фиг.2), происходит турбулизация и перемешивание потоков воздуха разной температуры, интенсификация теплоотдачи, формируя выравненное тепловое поле на выходе из канала, представленное характеристикой с.

Предлагаемое решение позволяет получить сжатое проходное сечение канала, образованное поверхностями оребрения труб большого и малого диаметров, уменьшить аэродинамическое сопротивление теплообменной секции и повысить энергетическую эффективность.

Теплообменная секция, содержащая поперечно-обтекаемый пучок оребренных труб, трубные доски, отличающаяся тем, что биметаллические оребренные трубы выполнены с разными диаметрами несущей трубы, оребрения и высоты ребра, с одинаковым шагом оребрения, трубы большого и малого диаметров установлены в секции с чередованием в шахматном порядке труб большого и малого диаметров по продольным и поперечным осям трубного пучка с шагом S₁, S₂ и примыканием смежных поверхностей оребрения с зазорами ∆₁=2-30 мм, ∆₂=2-30 мм.