Устройство для закрепления, обеспечения герметичности и ремонтопригодности испарителя-конденсатора вакуумно-выпарных установок

Полезная модель относится к элементам теплообменных аппаратов опреснительных установок, в частности к конструкции узлов закрепления труб в трубных решетках теплообменных аппаратов с использованием сальниковых уплотнений.
Установка вакуумно-выпарная (УВВ), как правило, состоит из нескольких последовательных ступеней, в каждой из которых поддерживается пониженный уровень давления (и температуры) по отношению к предыдущей. Основным элементом УВВ является испаритель-конденсатор, представляющий собой пакет горизонтальных труб, закрепленных в трубных решетках. На верхний ряд труб распыляется морская вода, которая под действием силы тяжести стекает по поверхности труб вниз и далее от одного ряда труб к следующему.
Греющий пар проходит внутри труб. Так как трубы охлаждаются снаружи стекающим потоком воды, пар конденсируется в виде дистиллята (пресной воды) внутри труб, а стекающая морская вода нагревается и частично испаряется за счет выделившейся теплоты конденсации. Из-за испарения концентрация соли в морской воде увеличивается, и она накапливается в нижней части ступени в виде рассола. Образовавшийся пар имеет температуру ниже, чем греющий пар и является греющим паром для следующей ступени, в которой процесс повторяется. Снижение давления от ступени к ступени позволяет использовать рассол в последующей ступени для образования дополнительного пара при более низком давлении. Этот дополнительный пар будет конденсироваться в дистиллят внутри следующей ступени. Этот процесс повторяется от ступени к ступени. Особенность данного типа опреснительной установок заключается в том, что в ступенях испарителя-конденсатора поддерживается давление ниже атмосферного, и температура кипения исходной воды ниже 100°С. Эта особенность позволяет значительно снизить нагрузки на соединения труб с трубной решеткой.
В процессе эксплуатации на основных элементах УВВ будут образовываться накипь, коррозия и иные отложения, что может привести к снижению производительности и полной потери работоспособности УВВ. Поэтому основным требованием к испарителю-конденсатору являются разборность и ремонтопригодность конструкции.
Известны типы конструкций узлов закрепления труб в трубной решетки такие, как: развальцовка, развальцовка с отбортовкой, развальцовка в очках с канавками (Стр. 365, Машиностроение. Энциклопедия / Ред. Совет: К.В. Фролов (пред.) и др. - М.: Машиностроение. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Т. IV-12 / М.Б. Генералов, В.П. Александров, В.В. Алексеев и др.; Под общ. ред. М.Б. Генералова. 2004 - 832 с.; ил.).
Недостатками данных типов конструкций является высокая металлоемкость, трудоемкость изготовления решеток и сборки теплообменника. Из-за неразборности затруднен (сложен) ремонт, чистка и утилизация. Для обеспечения герметичности соединений необходимо использовать для трубной решетки лист металла толщиной соизмеримой с диаметром трубки. В толстостенном листе, из которого выполняется трубная решетка, затруднено выполнение отверстий и обеспечение требуемой точности отверстий. Все вышеперечисленное значительно повышает сложность и стоимость изготовления испарителя-конденсатора УВВ.
Известен тип конструкции узла закрепления труб в трубной решетке сваркой (Стр. 365, Машиностроение. Энциклопедия / Ред. Совет: К.В. Фролов (пред.) и др. - М.: Машиностроение. Машины и аппараты химических и нефтехимических производств. Т. IV-12 / М.Б. Генералов, В.П. Александров, В.В. Алексеев и др.; Под общ. ред. М.Б. Генералова. 2004 - 832 с.; ил.).
Недостатком данного типа конструкции является высокая трудоемкость из-за необходимости проваривать каждую трубку в трубной решетке, что обуславливает неразборность конструкции, затрудняющее ремонт и эксплуатацию.
Наиболее близким к настоящему техническому решению является способ закрепления с помощью сальниковых уплотнений (патент SU 1329317, МПК F28F 9/14, опубл. 06.08.1985 г.). Их использование позволяет обеспечить возможность разборки теплообменника для обслуживания и ремонта.
Недостатком способа является необходимость устанавливать в толстостенную трубную доску каждый сальник отдельно и уплотнять его для обеспечения герметичности.
Целью решения является снижение металлоемкости трубных решеток, трудоемкости изготовления деталей решеток и общей сборки, а также обеспечение удобства ремонта и обслуживания.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, состоящем из трубных решеток с отверстиями, в которых герметично установлены охлаждаемые водой трубы, по которым движется пар и дистиллят, герметичность в каждом месте соединения трубы и решетки обеспечивается уплотнением в виде кольца из упругого материала и прижимной пружины, установленной на одной оси с трубой, причем один конец пружины жестко закреплен с ней.
Устройство поясняется чертежом, на котором изображен узел закрепления трубы испарителя конденсатора УВВ. Узел закрепления трубы содержит несущий лист решетки 1, уплотнительное кольцо 2 из упругого материала, прижимную пружину 3 со стопорными витками 3а и трубу 4 испарителя конденсатора.
Герметичность обеспечивается по поверхности контакта уплотнительного кольца 2 и трубы 4, а также поверхности контакта кольца и трубной решетки 1, которая является силовым элементом и воспринимает вес всей массы труб 4 и внутренних сил давления. Решетка 1 при этом выполняется из листа с минимально возможной толщиной из условия обеспечения жесткости. Прижимная пружина 3 со стопорными витками 3а, диаметр которых меньше диаметра трубы прижимает торец уплотнительного кольца 2 из упругого материала к трубной решетке 1 для обеспечения герметичности соединения испарителя конденсатора УВВ. Прижимная пружина 3 фиксируется на трубе 4 за счет сил трения.