ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ПАРОЖИДКОСТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
HORIZONTAL VAPOUR-LIQUID HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности, к подогревателям низкого и высокого давления и может быть использовано в других отраслях, изготавливающих или использующих теплообменное оборудование, рассчитанное на осуществление пароконденсатных режимов.
Известен горизонтальный пароводяной подогреватель (патент RU 2177111, МПК F22D 1/32, опубл. 20.12.2001), содержащий камеру распределения жидкости с патрубками входа и выхода, корпус с патрубком подвода пара, отвода его конденсата, трубную систему с перегородками жесткости и теплообменными трубами первого и второго хода, лоток и перфорированную трубу отвода воздуха.
Недостатком данного пароводяного подогревателя является низкая тепловая эффективность, поскольку имеется возможность заливания конденсатом пара, стекающим с труб поверхности теплообмена второго хода, труб первого хода, что ухудшает теплообмен из за увеличения толщины стекающей с труб поверхности теплообмена первого хода пленки конденсата.
По совокупности признаков наиболее близким техническим решением к заявленному техническому решению является поверхностный теплообменник горизонтального типа (патент RU 2282807, МПК F22D 1/04, опубл. 27.08.2006), содержащий камеру распределения жидкости с патрубками входа и выхода, корпус с патрубками подвода пара и выхода его конденсата, трубную систему с вертикальными перегородками, перфорированную трубу отвода воздуха, перегородки, установленные между трубами поверхности теплообмена первого и последующих ходов жидкости под углом друг к другу и к горизонту, внутренний короб для слива конденсата и «заполнитель» для предотвращения холостого хода пара.
К недостаткам вышеуказанного теплообменника следует отнести усложненную систему организации слива конденсата с установленных под углом к горизонту перегородок, и необходимость установки в зоне труб поверхности теплообмена «заполнителя» для предотвращения холостого хода пара. Кроме того, перечисленные решения приводят к потере полезного пространства внутри теплообменника, увеличению его металлоемкости, трудоемкости его изготовления, а также снижению надежности и технологичности конструкции.
Задачей предлагаемого технического решения является упрощение конструкции, улучшение технологичности, увеличение эффективности и экономичности работы теплообменника путем интенсификации теплообмена за счет уменьшения толщины пленки конденсата на трубах поверхности теплообмена, снижение металлоемкости за счет более рационального использования внутреннего пространства корпуса при заполнении его трубами поверхности теплообмена, а также повышение надежности работы путем равномерного и организованного отвода конденсата пара от центра к периферии теплообменника, снижая, таким образом, вероятность эрозионного износа внутренней поверхности корпуса.
Поставленная задача достигается за счет того, что горизонтальный парожидкостный теплообменник содержит корпус с патрубками подвода пара и отвода конденсата пара; камеру распределения жидкости с патрубками ее входа и выхода жидкости; поверхность теплообмена, состоящую из теплообменных труб и образующую два или более ходов движения жидкости, с системой вертикальных перегородок, разделяющей поверхность теплообмена на секции; трубную решетку и систему удаления неконденсирующихся газов (воздуха) в виде расположенных над уровнем конденсата перфорированных труб, в котором между трубами ходов поверхности теплообмена нагреваемой жидкости устанавливается перегородка для сбора и отвода конденсата пара, которая состоит из частей, имеющих разную длину, причем предназначенные для сбора конденсата в центре теплообменника части имеют меньшую длину и расположены под углом друг к другу и горизонту, а части имеющие большую длину, предназначенные для отвода конденсата от центра к периферии, параллельны горизонтальной оси теплообменника.
Изобретение иллюстрируется чертежами:
где на фиг. 1 изображен парожидкостный теплообменник, продольный разрез (общий вид);
на фиг. 2 поперечный разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 поперечный разрез Б-Б на фиг. 1.
Парожидкостный теплообменник включает в себя корпус 1 с патрубком подвода пара 2 и патрубком отвода конденсата пара 3, камеру распределения и сбора жидкости 4 с патрубками входа 5 и выхода 6 жидкости, трубную решетку 7, трубную систему 8 с вертикальными перегородками 9 разделяющими трубную систему на секции 10. Между трубами поверхности теплообмена первого и последующего ходов (в приведенных чертежах представлен теплообменник, имеющий два хода: первый и второй) устанавливается перегородка, плотно присоединяемая к вертикальным перегородкам, предназначенная для сбора и отвода конденсата пара с целью исключения возможности попадания конденсата на трубы теплообменной поверхности первого хода. Перегородка состоит из частей разной длины: коротких 11, расположенных под углом друг к другу и к горизонту, предназначенных для сбора стекающего с труб поверхности теплообмена конденсата пара в центре теплообменника, и длинных 12, параллельных горизонтальной оси теплообменника и предназначенных для отвода конденсата пара от центра теплообменника к его периферии и далее в зазор между длинными частями перегородки и внутренней поверхностью корпуса в нижнюю часть корпуса, являющуюся конденсатосборником. Короткие и длинные части перегородки соединены вертикальными элементами 13, препятствующими протечкам конденсата пара между короткими и длинными частями перегородки. Над уровнем конденсата пара в нижней части корпуса теплообменника устанавливаются перфорированные трубы 14, предназначенные для отвода неконденсирующихся газов (воздуха) из пространства над поверхностью уровня конденсата. Для исключения возможности заливания перфорированных труб конденсатом в нижней части корпуса предусмотрены защитные планки 15.
Парожидкостный теплообменник работает следующим образом.
Поток нагреваемой жидкости через патрубок 5 поступает в камеру распределения и сбора жидкости 4, оттуда в трубную систему 8, в которой совершает, в зависимости от конструкции водяной камеры, несколько ходов, например: два, четыре, шесть. На фиг 1. представлен парожидкостный теплообменник в двухходовом исполнении. После второго хода нагреваемая жидкость через патрубок 6 выводится из теплообменника.
Поток греющего пара через патрубок 2, установленный на корпусе 1, поступает в зазор, образованный трубной системой 8 и корпусом 1. Из этого зазора пар одновременно поступает на трубы первого и второго хода.
Конденсат пара с труб поверхности теплообмена второго хода стекает на наклонные короткие части 11 и длинные части 12 перегородки, установленной между трубами первого и второго хода. При этом конденсат, стекающий с расположенных под углом друг к другу и к горизонту коротких частей перегородки, сливается в центр теплообменника, а оттуда по длинным частям перегородки сливается от центра к периферии теплообменника и далее через зазор между внутренней поверхностью корпуса 1 и длинными частями перегородки 12 отводится в нижнюю часть теплообменника, являющуюся конденсатосборником. Вертикальные элементы 13 установленные между короткими и длинными частями перегородки не дают возможности сливаться конденсату между частями перегородки и направляют поток конденсата вдоль длинных частей перегородки от центра к периферии корпуса теплообменника 1. Зазор определенного сечения, возникающий между короткими частями перегородки 11 и внутренней поверхностью корпуса 1, позволяет равномерно распределить поток пара, имеющий большой удельный объем, во всей длине труб поверхности теплообмена и обеспечить его доступ к трубам поверхности теплообмена первого хода в нижней части теплообменника с минимальным гидравлическим сопротивлением, что повышает эффективность процесса теплообмена. Зазор меньшего сечения, возникающий между длинными частями перегородки 12 и внутренней поверхностью корпуса 1, позволяет равномерно распределить поток стекающего с труб поверхности теплообмена второго хода конденсата, имеющего малый удельный объем, и обеспечить низкую скорость его организованного стекания в нижнюю часть теплообменника, что снижает вероятность эрозионного износа внутренней поверхности корпуса 1 и таким образом повышает надежность теплообменника.
Конденсат, стекающий с труб поверхности теплообмена первого и второго хода, в итоге стекает в нижнюю часть корпуса 1 и образует уровень конденсата. Удаление конденсата из корпуса производится через штуцер 3. Неконденсирующиеся газы (воздух) более тяжелые, чем пар, скапливаются над уровнем конденсата и отводятся через перфорированные трубы с отверстиями 14. Во избежание заливания перфорированных труб 14 стекающим конденсатом и попадания конденсата в эти трубы, над ними устанавливаются защитные планки 15.
Перегородка, выполненная описанным выше способом из коротких частей 11, расположенных под углом друг к другу и горизонту и длинных частей 12 между трубами ходов поверхности теплообмена позволяет равномерно распределить поток пара по секциям 10 с минимальным гидравлическим сопротивлением и организовать слив конденсата пара с труб поверхности теплообмена первого хода в нижнюю часть корпуса с минимальной скоростью, что повышает тепловую эффективность и надежность работы теплообменника и упрощает его конструкцию по сравнению с прототипом.