ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель предназначена для применения в области теплоэнергетики, в частности в подогревателях низкого и высокого давления, а также может быть использована в других отраслях, изготавливающих или использующих теплообменное оборудование, рассчитанное на осуществление пароконденсатных режимов.
Известен подогреватель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода жидкости, подвода пара, отвода конденсата, входную, выходную, поворотную камеры, размещенную в корпусе трубную систему, включающую в себя неподвижную и подвижную трубные доски, в которых выполнены отверстия для пучков трубок первого и второго ходов (Отраслевой каталог. Теплообменное оборудование паротурбинных установок, 20-89-09, М: 1989, часть I рис. 74, с. 86, 87).
Конструктивным недостатком данного теплообменника являются большие массогабаритные характеристики при высоких параметрах среды (большие толщины элементов), что делает изготовление некоторых элементов невозможным либо нецелесообразным. Еще одним из недостатков является неэффективная работа внутрикорпусного охладителя конденсата (ОК).
Известен подогреватель, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода жидкости, подвода пара, отвода конденсата, размещенную в корпусе спиральную трубную систему, включающую в себя систему коллекторов. (Отраслевой каталог. Теплообменное оборудование паротурбинных установок, 20-89-09, М: 1989, часть II рис. 22, с. 35).
Недостатки известного подогревателя:
1) применение углеродистой стали, в качестве материала для изготовления теплообменной поверхности при работе данного подогревателя приводит к быстрому коррозионно-эрозионному износу теплообменных труб, что влечет за собой:
вынос продуктов коррозии далее по контуру, что может быть причиной выхода из строя другого оборудования;
необходимость частого контроля состояния теплообменных труб, что приводит к частым остановам оборудования;
необходимость контроля входных участков змеевиков при каждом останове, так как они являются наиболее слабым местом, выявленным в процессе эксплуатации данных теплообменников;
при эксплуатации в режиме скользящего давления трубы теплообменной поверхности часто выходят из строя;
2) конструкционные недостатки:
съемный корпус и ограничение по высоте машинного зала, часто не позволяют набрать нужную поверхность теплообмена;
организация теплообменной поверхности является причиной не эффективной работы охладителя пара (ОП) по схеме Виолена.
Известен подогреватель, 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 жидкости, патрубок подвода пара в паровой объем корпуса (патент №2147102 опубликовано 27.03.2000 г.).
По совокупности признаков этот известный подогреватель является наиболее близким к заявляемому и принят за прототип.
Конструктивным недостатком данного теплообменника являются большие массогабаритные характеристики при высоких параметрах среды (большие толщины элементов), что делает изготовление некоторых элементов невозможным либо нецелесообразным. Еще одним из недостатков является неэффективная работа внутрикорпусного охладителя конденсата (ОК).
Полезная модель направлена на решение следующих задач:
создание конструкции теплообменника, для эксплуатации в более широком диапазоне рабочих параметров;
обеспечение длительного срока эксплуатации;
обеспечение более быстрого и простого ремонта;
снижение массогабаритных характеристик аппарата.
Технический результат при осуществлении полезной модели - снижение массо-габаритных параметров теплообменника при одновременном повышении эффективности теплообмена.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в теплообменнике, включающем n модулей, где n - целое число не менее 1, по крайней мере один из которых выполнен в виде корпуса с патрубками подвода пара и отвода конденсата, с заключенной в корпус вертикальной трубной системой, состоящей из пучков труб и включающей блок теплообмена и блок охлаждения конденсата, объединенные по пару и соединенные через трубные доски соответственно с входным и выходным коллекторами питательной жидкости, блок охлаждения конденсата и трубная доска входного коллектора расположены ниже блока теплообмена и трубной доски выходного коллектора, а корпус снабжен каналом слива конденсата в блок охлаждения конденсата в зоне входа труб в трубную доску выходного коллектора, при этом трубы в пучке имеют перевернутый U-образный профиль, или трубы в пучке имеют перевернутый П-образный профиль, или трубы в пучке имеют перевернутый профиль с m+1 перегибов, где m - целое четное число, кроме того его модули соединены последовательно, или его модули соединены параллельно, или его модули соединены параллельно-последовательно, а корпус имеет перевернутый U-образный профиль, или корпус имеет перевернутый П-образный профиль, или корпус имеет перевернутый профиль с m+1 перегибов, где m - целое четное число.
Полезная модель иллюстрируется рисунком продольного разреза теплообменника (модуля) и рисунками условных обозначений модулей для раскрытия некоторых из всевозможных компоновок:
Фиг. 1 - парожидкостный теплообменник (модуль) в разрезе;
Фиг. 2 - Фиг. 11 некоторые из возможных компоновок модулей;
Фиг. 12 - условная схема обвязки модулей.
Теплообменник (модуль) включает корпус 1 с патрубками подвода пара 2, отвода конденсата 3, отвода неконденсирующихся газов 4, перепускной канал 5 предназначенный для слива конденсата, поворот корпуса 6 (может быть выполнен как сварной отвод, или из штампосварных колен, или другой сварной конструкции), в зависимости от назначения теплообменника на корпусе могут быть установлены и другие патрубки (вход конденсата, вход неконденсирующихся газов), распределительные водяные камеры 7 с патрубками входа 8 и выхода 9 нагреваемой жидкости, трубные доски 10, 11, которые могут быть смещены по высоте относительно друг друга на высоту, соизмеримую с высотой охладителя конденсата, над трубной доской 11 расположен встроенный охладитель пара 12 (при необходимости), трубная система 13 имеет встроенный охладитель конденсата 14 (при необходимости) с направляющими перегородками 15, охладитель пара и охладитель конденсата имеют кожухи, при необходимости кожух может быть выполнен по всей длине теплообменной поверхности.
Теплообменник (модуль) работает следующим образом. Поток нагреваемой жидкости через патрубок 8 поступает во входную камеру, расположенную под трубной доской 10, из камеры поступает в трубную систему 13, где нагревается за счет охлаждения конденсата пара. Далее ее нагрев в трубной системе происходит за счет конденсации пара в зоне конденсации и за счет перегретого пара в зоне охладителя пара 12. Нагретая жидкость поступает в выходную камеру, расположенную под трубной доской 11, и через патрубок 9 выводится из теплообменника (модуля). Поток греющего пара поступает в охладитель пара (при необходимости) через патрубок 2, установленный на корпусе 1. После охладителя пара пар поступает на трубчатые элементы поверхности теплообмена в зону конденсации. С этой поверхности конденсат греющего пара стекает на уровень конденсата в часть корпуса 1 по первому ходу нагреваемой жидкости, который расположен над охладителем конденсата 14 и на трубную доску 11 с которой отводится на уровень конденсата через перепускной канал 5. Такое расположение нормального (расчетного) уровня конденсата практически устраняет затопление конденсатом поверхности теплообмена на выходе нагреваемой жидкости. Величина нормального уровня поддерживается в расчетном положении регулирующим клапаном, устанавливаемым на трубопроводе за патрубком 3 выхода конденсата пара из охладителя конденсата 14. При противоточном движении в охладителе конденсата 14 конденсат омывает трубчатые элементы поверхности теплообмена, охлаждается и выводится через патрубок 3. Весь охладитель конденсата 14, находится под уровнем конденсата, что исключает проникновение в его внутреннее пространство греющего пара, которое могло бы привести к гидроударам и разрушению охладителя. Кроме того, возникновение незначительных неплотностей в сварных соединениях кожуха охладителя 14, хотя и ухудшает его работу, не вызывает необходимости срочного отключения из работы всего теплообменника. Расположение всего охладителя 14 под уровнем конденсата исключает контакт охлаждаемого конденсата через стенки кожуха с охлаждаемым паром.
Теплообменник может состоять как из одного модуля так и из нескольких модулей без общего корпуса, соединенных между собой перепускными, собирающимися и раздающими каналами 16 нагреваемой жидкости, греющего пара, конденсата, неконденсирующихся газов, дренажей и воздушников согласно Фиг. 12. Охладитель пара, при его необходимости, может быть встроен в каждый модуль, может быть встроен в один или часть модулей, или выделен отдельный модуль для охладителя пара.