КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплоэнергетике, к теплообменной аппаратуре и может быть применена в энергетической, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, при осуществлении гетерогенно-каталитического окисления, дегидрирования и других процессов.
Известен кожухотрубчатый теплообменник, содержащий кожух цилиндрической формы, трубы с трубными решетками, днища и патрубки входа и выхода потоков (авт. св. на изобретение SU № 345336, МПК F28D 7/00, F28DF 9/22. Кожухотрубчатый теплообменник / Язик А.В., Мазниченко Н.Ф., Кузнецов Л.В.; заявитель Украинский научно-исследовательский институт природных газов. - № 1438326/24-6; заявл. 04.05.1970; опубл. 14.07.1972. Бюл. № 22).
Данный теплообменник сложный в изготовлении и ремонте. Кроме того, для обеспечения зигзагообразного движения среды, в теплообменнике применены поперечные перегородки специальной формы, что существенно увеличивает металлоемкость изделия и давление теплоносителя в кожухе теплообменника.
Известен кожухотрубный реактор, состоящий из корпуса с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и патрубков для входа и выхода реакционной массы и теплоносителя (авт. св. на изобретение SU № 1088781, МПК В01J 9/00. Кожухотрубный реактор / Голованчиков А.Б., Тябин Н.В., Новак В.В., Пузанова Т.Ф.; заявитель Волгоградский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт. - № 3376341/23-26; заявл. 06.01.1982; опубл. 30.04.1984. Бюл. № 16).
Данный реактор также сложный в изготовлении и ремонте. Для увеличения площади теплообмена в данном реакторе каждая труба трубного пучка выполнена из трех или более трубок равной длины, диаметр которых увеличивается по ходу потока реакционной массы, а сами трубы снабжены размещенными на их наружной поверхности кольцевыми ребрами, что приводит к росту металлоемкости, увеличивает сопротивление потоку теплоносителя в межтрубном пространстве, ограничивая расход. Это затрудняет применение реактора для процессов, протекающих со значительными эффектами. Кроме того, при значительных объемных скоростях теплоносителя неизбежно появление завихрений, ухудшающих теплоотдачу или теплосъем.
Известен реактор для каталитической очистки газообразных выбросов, содержащий в цилиндрическом корпусе ряд устройств, в том числе трубчатый теплообменник, трубки которого выполнены наклонными и расположены по круговому периметру корпуса, а также закреплены в трубных досках, отделяющих полости корпуса для очищаемого и очищенного газовых потоков (патент на изобретение RU № 2299089, МПК B01D 53/86, F23G 7/06, B01J 19/08. Реактор для каталитической очистки газообразных выбросов / Бражников Е.Б., Панов С.Ю., Турищева Е.Н., Духанина Т.Н. (RU); заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU). № 2005139076/15; заявл. 14.12.2005; опубл. 20.05.2007. Бюл. № 14).
Газы, проходя через трубы, затем между трубами в этом реакторе должны подвергаться закручиванию из-за наклона труб, усиливая теплообмен между исходным и нагретым потоками.
Недостатками являются неравномерные скорости газовых потоков в центральном и периферическом участках аппарата, а также нерациональное использование рабочего объема.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является кожухотрубный теплообменник, содержащий пучок закрученных труб, закрепленных в трубных досках (авт. св. на изобретение SU № 840662, МПК F28D 7/00, F28F 1/06. Кожухотрубный теплообменник / Дзюбенко Б.В., Дрейцер Г.А., Вилемас Ю.В. и др. - № 2813148/24-06; заявл. 23.08.1979; опубл. 23.06.1981. Бюл. № 23).
Для усиления теплообмена теплообменивающихся сред в трубах и в межтрубном пространстве в данном теплообменнике формируются закрученные потоки сред посредством отдельно изготовленных закрученных труб.
Недостатками являются сложность и неремонтопригодность конструкции, прежде всего из-за специального профиля используемых труб.
Целью заявляемой полезной модели является упрощение конструкции теплообменника, обеспечение его ремонтопригодности при одновременном увеличении эффективной теплообменной поверхности труб и усиление теплообмена за счет закручивания теплообменивающихся сред.
Поставленная цель достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем пучок закрученных труб, закрепленных в трубных досках, используются гофрированные тонкостенные трубы, длина которых превышает длину корпуса теплообменника на величину, допускающую крепление свободных концов труб к трубной доске, при ранее закрепленных других концах труб к трубной доске внутри корпуса, а трубы при сборке в корпусе теплообменника закручиваются с одной стороны трубной доской до ее соединения с фланцем корпуса. В качестве материала труб используется нержавеющая сталь, а крепление труб в трубных досках осуществляется с помощью фитингов с прижимными гайками.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах (фиг. 1 - фиг. 7), где на фиг. 1 приведен общий вид собранного теплообменника в разрезе; на фиг. 2 приведен вариант закрепления гофрированной трубы в фитинге; на фиг. 3 приведен вариант крепления гофрированной трубы в фитинге к трубной доске; на фиг. 4 приведен общий вид теплообменника в разрезе до закручивания труб; на фиг. 5 приведен вид теплообменника в разрезе по А-А, на фиг. 6 приведен вид теплообменника в разрезе по Б-Б, а фиг. 7 представлен вид собранного теплообменника с вырезом в корпусе для иллюстрации закрученных труб.
Кожухотрубный теплообменник (фиг. 1, фиг. 4, фиг. 7) содержит цилиндрический корпус 1 с днищами 2 и 3, патрубки 4 и 5 ввода и вывода теплоносителя трубного пространства, патрубки 6 и 7 соответственно ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, трубные доски 8 и 9, в отверстиях которых закреплены закрученные тонкостенные гофрированные трубы 10 из нержавеющей стали (на рисунке для наглядности показаны только четыре трубы). Трубные доски 8 и 9 закреплены между фланцами корпуса 1 и днищ 2 и 3 через прокладки 11 с помощью болтов 12.
Сборка теплообменника осуществляется в следующей последовательности. Первоначально концы труб 10 крепятся к фитингам 13 (фиг. 2), используя стандартные элементы крепления для гофрированных нержавеющих труб (накидные гайки 14, прижимные кольца 15, силиконовые уплотнители 16). Затем свободные концы фитингов (фиг. 3, фиг. 5), через, например паронитовые прокладки 17, продеваются в отверстия трубной доски 9 и фиксируются круглыми прижимными гайками 18. В процессе сборки совмещение граней накидных гаек 14, показанное на фиг. 6, дополнительно обеспечивает надежность соединений от самопроизвольного раскручивания.
Трубы 10 свободными концами помещаются в корпус 1, а трубная доска 9 закрепляется во фланцах корпуса 1 и днища 3 с использованием уплотнительных прокладок 11 и болтов 12 (фиг. 4). Длина труб 10 выбирается длиннее корпуса 1 на величину L (фиг. 4) с таким расчетом, чтобы можно было легко закрепить вторые концы труб 10 в трубной доске 8 аналогично трубной доске 9.
Далее трубная доска 8 поворачивается вокруг своей оси вместе с трубами 10 до ее соединения с фланцем корпуса 1 и совмещения крепежных отверстий. На трубную доску 8 устанавливается днище 2, и вся конструкция стягивается болтами 12 (фиг. 1).
В процессе поворачивания трубной доски 8 происходит закручивание труб 10 (фиг. 1, фиг. 7), что усиливает теплообмен в трубах и в межтрубном пространстве за счет закручивания потоков теплообменивающихся сред.
Применение гофрированных нержавеющих труб с одновременным увеличением их длины существенно увеличивает эффективную поверхность теплообмена по сравнению с гладкими медными или латунными трубами. Согласно данным из статьи «Гофрированная труба из нержавеющей стали» (эл. адрес - Гофрированная труба из нержавеющей стали | (domidei.ru > node / 687 ∨) теплообменная поверхность гофрированных труб из нержавеющей стали на 40% выше, чем у медных труб аналогичного диаметра, а меньшая толщина стенок гофрированных нержавеющих труб по сравнению с медными трубами компенсирует разницу в их теплопроводности.
Нержавеющие гофрированные трубы, кроме того, долговечны, обладают повышенной прочностью и пластичностью, устойчивы к коррозионным процессам. Имея минимальный коэффициент шероховатости, они не зарастают и не заиливаются, что исключает необходимость их периодической чистки. Конструктивные особенности гофрированных нержавеющих труб позволяют компенсировать их линейные расширения при эксплуатации теплообменников в широком диапазоне температур. Нержавеющие гофрированные трубы, кроме того, легче и дешевле медных, что выгодно сказывается на массогабаритных и ценовых показателях теплообменников с их применением.
Данный теплообменник прост в изготовлении и надежен в эксплуатации. Конструкция теплообменника позволяет быстро, без применения специальных технических средств и инструмента, осуществлять его сборку, разборку и ремонт при необходимости.