Кожухотрубный теплообменник
SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к области нефтехимической промышленности и теплоэнергетики, в частности к теплообменной аппаратуре, работающей в условиях конденсации и охлаждения, кипения и нагрева рабочих сред, и может быть использовано в установках по производству мономеров.
Известен поверхностный теплообменник по патенту RU 2147102 C1, опубл. 27.03.2000 г., включающий корпус, внутри которого установлен встроенный охладитель конденсата с коробом над ним и размещенными в нем горизонтальными перегородками, трубный пучок с перегородками, водоподводящую и водоотводящую камеры с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, патрубок подвода пара в паровой объем корпуса, трубный пучок охладителя конденсата размещен между двумя направляющими поток конденсата или пара вертикальными перегородками, установленными по периферии трубного пучка охладителя конденсата, между которыми размещены горизонтальные перегородки разных диаметров, при этом в перегородках с наибольшим диаметром со стороны патрубка входа пара вне зоны расположения труб в трубном пучке выполнены отверстия, соединенные посредством вертикальных труб с паровым объемом корпуса над коробом.
Недостатком данного теплообменника является невозможность реализовать в нем процесс кипения жидкости с давлением внутри труб, близким к атмосферному.
Известен кожухотрубный теплообменник по патенту RU 2246089 C2, опубл. 10.02.2005 г., который включает кожух теплообменника с патрубками подвода и отвода среды с меньшим давлением, охватывающий теплообменные трубки, присоединенные к трубной решетке, распределительную камеру, разделенную перегородкой на входную и выходную полости и ограниченную корпусом с патрубками подвода и отвода среды с большим давлением, крышкой корпуса и трубной решеткой, имеющей укрепляющую связь в распределительной камере.
Недостатком данного теплообменника является невозможность реализовать в нем процесс кипения жидкости внутри труб с давлением, близким к атмосферному.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является теплообменный вертикальный кожухотрубный аппарат - вертикальный сетевой теплообменник по патенту RU 79642 U1, опубл. 10.01.2009 г., принят за прототип, включающий корпус с патрубками входа пара, выхода конденсата и неконденсирующихся газов, распределительную водяную камеру с патрубками входа и выхода нагреваемой воды, прямотрубный пучок с направляющими перегородками и подвижной нижней трубной решеткой с коллектором, смешивающий воздухоохладитель, для организации которого на выступающих за пределы трубного пучка участках горизонтальных перегородок выполнены отверстия для слива и переохлаждения конденсата, на струях которого осуществляется конденсация пара с интенсивным образованием неконденсирующихся газов, далее выводимых через вертикальную перфорированную трубу.
Недостатком данного теплообменника является невозможность исключить подвод тепла к нисходящему потоку охлаждаемой жидкости, что в случае использования его в качестве испарителя жидкости при атмосферном давлении не обеспечит надежную работу аппарата.
Цель изобретения - разработка компактной конструкции кожухотрубного теплообменника, позволяющей использовать его в технологических схемах нефтехимической промышленности и теплоэнергетики, а также обеспечение возможности внутритрубного испарения жидкости при атмосферном давлении.
Технический результат - повышение надежности работы теплообменника.
Указанный технический результат достигается тем, что кожухотрубный теплообменник содержит корпус с встроенной в него поверхностью теплообмена в виде прямотрубного пучка с подвижной нижней трубной решеткой с коллектором, патрубки для ввода и вывода газожидкостных теплоносителей, расположенные на корпусе, прямотрубный пучок содержит центральную трубу, имеющую наружную кольцевую полость, замкнутую внизу, а верхняя часть труб прямотрубного пучка на стороне конденсации ограничена перегородкой-фартуком с патрубком для вывода несконденсированного газа за пределы корпуса аппарата. В верхней части центральной трубы предусмотрено отверстие для перелива неиспарившейся части жидкости из полости кипения.
Изобретение поясняется чертежом:
На фиг. 1 приведена схема кожухотрубного теплообменника с прямотрубным пучком с центральной трубой.
Кожухотрубный теплообменник (см. фиг. 1) содержит поверхность теплообмена в виде прямотрубного пучка 1 с центральной трубой 2, с верхней 12 и нижней 13 трубными решетками, коллектором 3 и патрубками для ввода 4, 6 и вывода 5, 7, 11 газожидкостных теплоносителей, расположенными на корпусе 8, наружную замкнутую внизу кольцевую полость 9, перегородку-фартук 10. Центральная труба прямотрубного пучка 2 в верхней части имеет сообщение с паровой полостью, что позволяет неиспарившейся в трубах части кипящей жидкости переливаться обратно в центральную трубу и далее направляться в полость кипения.
Кожухотрубный теплообменник содержит корпус 8 с встроенной в него поверхностью теплообмена в виде прямотрубного пучка 1 с центральной трубой 2, с верхней 12 и нижней 13 (с коллектором 3) трубными решетками, с патрубками для ввода 4, 6 и вывода 5, 7, 11 газожидкостных теплоносителей, расположенными на корпусе 8, в условиях атмосферного давления подача жидкости в полость кипения осуществляется за счет веса столба жидкости, заполняющей центральную трубу 2 прямотрубного пучка 1. Центральная труба 2 имеет наружную кольцевую полость 9, замкнутую внизу, заполняемую конденсатом для обеспечения работоспособности аппарата за счет исключения теплообмена между жидкостью, заполняющей центральную трубу 2, и конденсирующимся и охлаждаемым потоком в межтрубном пространстве. Центральная труба 2 прямотрубного пучка 1 в верхней части имеет сообщение с паровой полостью, что позволяет неиспарившейся в трубах части кипящей жидкости переливаться обратно в центральную трубу 2 и далее направляться вновь в полость кипения. Конструкция кожухотрубного теплообменника выполнена с подвижной нижней решеткой 13 с коллектором (с «плавающей головкой») 3, что способствует компенсации температурных напряжений, возникающих в конструкции, и обеспечивает ее работоспособность как при низких, так и при высоких перепадах температур между теплоносителями и отдельными частями аппарата. Верхняя часть труб прямотрубного пучка 1 на стороне конденсации ограничена перегородкой-фартуком 10.
Подача жидкости в полость центральной трубы 2 через верхнее ее сечение и ее заполнение обеспечивает создание движущего напора и передавливание жидкости за счет веса жидкостного столба высотой, равной расстоянию между трубными решетками 12, 13, в каналы кипения - прямые трубы, где и осуществляется теплообмен между кипящей в трубах жидкостью и подогреваемым паром и конденсирующимся в межтрубном пространстве паром и охлаждаемым конденсатом.
Применение на центральной трубе 2 наружной замкнутой внизу кольцевой полости 9, заполняемой в начале пуска аппарата конденсатом из межтрубного пространства, обеспечивает дополнительное термосопротивление между жидкостью внутри центральной трубы 2 и конденсирующимся потоком в межтрубном пространстве и, таким образом, сводит к минимуму вероятность парообразования внутри центральной трубы 2, что сохраняет величину движущего напора на стороне кипения, повышая надежность работы теплообменника.
Применение перегородки-фартука 10 в верхней части труб прямотрубного пучка 1 на стороне конденсации позволяет выводить из аппарата через патрубок 11 накапливаемый неконденсируемый газ, ухудшающий теплообмен, что приводит к уменьшению необходимой поверхности теплообмена, следовательно, повышая надежность работы теплообменника.
Применение в верхней части центральной трубы 2 переливного отверстия для неиспарившейся жидкости, циркулирующей внутри труб прямотрубного пучка 1, исключает ее накопление над верхней трубной решеткой 12, приводящее к снижению движущего напора, таким образом, повышая надежность работы теплообменника
Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.
Жидкость с давлением, близким к атмосферному, подается в полость кипения и подогрева через патрубок 4 и центральную трубу 2, заполняя ее и коллектор 3. Далее под весом собственного столба жидкость распределяется по трубкам прямотрубного пучка 1, где испаряется, и, при необходимости, подогревается до заданной температуры за счет конденсации и охлаждения образующегося в межтрубном пространстве конденсата и отводится через патрубок 5. Пар на конденсацию в межтрубное пространство подается через патрубок 6, а образующийся конденсат и неконденсируемый газ отводятся соответственно через патрубки 7 и 11. Часть конденсирующегося потока заполняет кольцевую полость 9 и, таким образом, исключает наружную поверхность центральной трубы 2 из режима конденсации, что, в свою очередь, не позволяет кипеть жидкости внутри центральной трубы 2 и сохраняет максимальным движущий напор в аппарате. Накапливаемый неконденсирующийся газ из полости конденсации, ограниченной перегородкой-фартуком 10, отводится за пределы аппарата.