ВЕРТИКАЛЬНЫЙ КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК
VERTICAL SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER

Заявляемое изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для теплообмена жидких сред (вода-вода) в технологических процессах любой отрасли народного хозяйства, преимущественно нефтеперерабатывающей, нефтехимической или смежных с ними областях.
Из уровня техники известен вертикальный теплообменник, содержащий внешнюю трубу с подводящими и отводящими патрубками греющей среды и вставленную в нее внутреннюю трубу с подводящим и отводящим патрубками нагреваемой среды, в межтрубном пространстве внешней трубы установлены вставки, ступенчато расположенные по длине внешней трубы с образованием ходов в межтрубном пространстве и введенные во внутреннюю трубу с перекрытием не менее половины ее сечения, при этом вставки выполнены в виде тепловых труб (патент №2563946 на изобретение «Теплообменник», дата подачи 05.11.2014 г., опубликовано 27.09.2015 г.).
Кроме того, известен кожухотрубный теплообменник, содержащий размещенные в кожухе трубные доски с теплообменными трубами, поперечные решетки в межтрубном пространстве с секторными вырезами и поочередно контактирующие с противоположными кромками последних продольные перегородки, при этом секторные вырезы решеток расположены друг против друга, а перегородки выполнены винтообразной формы (АС №1456741 на изобретение «Кожухотрубный теплообменник», дата подачи 15.05.1987 г., опубликовано 07.02.1989 г.).
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому к защите устройству является теплообменник, содержащий корпус с трубным пучком, подключенным к коллекторной камере, в которой установлена успокоительная обечайка, образующая со стенками камеры кольцевую полость, причем днище кольцевой полости выполнено в виде винтовой поверхности и имеет в нижней части сливное отверстие с запорным органом (АС №1054656 на изобретение «Вертикальный пленочный теплообменник», дата подачи 11.06.1983 г., опубликовано 15.11.1983 г.).
Недостатки известных решений обусловлены незначительной эксплуатационной надежностью и, соответственно, коротким сроком службы из-за быстрого износа конструктивных элементов, подвергающихся постоянному разрушающему воздействию абразивной охлаждаемой жидкости, поступающей в устройство под давлением и неравномерно распределяемой по площади.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение эксплуатационной надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что вертикальный кожухотрубчатый теплообменник, включающий корпус с трубными решетками и трубным пучком, связанным с коллекторной камерой, в которой с образованием полости установлена кольцевая обечайка, согласно изобретению кольцевая обечайка выполнена перфорированной и расположена между трубной решеткой и дополнительно смонтированной сепарационно-разделительной решеткой, на которой размещена снабженная турбулизирующими направляющими и отбойным днищем конусная обечайка, образующая со стенками коллекторной камеры полость.
Предлагаемый к защите теплообменник поясняется чертежами, где
фиг. 1 - общий вид вертикального кожухотрубчатого теплообменника в разрезе;
фиг. 2 - 3D-проекция коллекторной камеры в разрезе;
фиг. 3 - схема расположения турбулизирующих направляющих.
Вертикальный кожухотрубчатый теплообменник состоит из корпуса 1, в котором размещены трубы 2, образующие трубный пучок и закрепленные в трубных решетках, например 3 (верхняя), 4 (нижняя). Трубы пропущены через поперечные перегородки 5, установленные в межтрубном пространстве. Подвод и отвод охлаждающей жидкости осуществляется соответственно через штуцера 6 и 7.
К трубной решетке 3 присоединена коллекторная камера 8, условно разделенная на конусообразную (верхнюю) и кольцевую (нижнюю) части. Камера 8 оснащена штуцером 9, предназначенным для осевого подвода эрозионно-активной охлаждаемой жидкости, и отбойным устройством с элементами сепарации, которое включает отбойное металлическое днище 10, присоединенное к верхнему торцу конусообразной обечайки 11 и изготовленное, например, из углеродистой стали, при этом на поверхность днища нанесена наплавка 12, выполненная в виде полос или сплошного покрытия из износостойкого материала, в частности, марганцовистой стали. Днище может быть выполнено съемным или жестко закрепленным на отбойной конусообразной обечайке 11. Форма днища может быть криволинейной, например сферической, конусной и т.п. или плоской. Обечайка 11 с турбулизирующими направляющими 13 фиксируется на сепарационно-распределительной решетке 14, по всей площади которой выполнены равномерно расположенные сквозные отверстия. Направляющие 13 установлены наклонно с интервалом на внешней поверхности обечайки 11 и выполнены, например, в виде спиралевидных полос. Обечайка 11 размещена на сепарационно-распределительной решетке 14 с образованием отбойной полости со стенками верхней конусообразной части камеры 8. Между трубной и сепарационно-распределительной решетками с образованием успокоительной полости размещена кольцевая перфорированная обечайка 15, диаметр которой соразмерен диаметру трубного пучка. Коллекторная камера 8 оборудована дренажным (сливным) отверстием 16, оснащенным запорной арматурой 17, в качестве которой может быть применен, например, шибер.
Кроме того, корпус 1 снабжен штуцером 18, предназначенным для отвода эрозионно-активной жидкости.
Осуществление изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.
Для наибольшей эффективности работы теплообменника схема движения охлаждаемой и охлаждающей жидкостей организована в противоточном направлении.
Осуществляют осевую подачу охлаждаемой жидкости в коллекторную камеру 8 через штуцер 9, при этом жидкость попадает на отбойное днище 10 и отбрасывается от него, после чего, закручиваясь на турбулизирующих направляющих 13, по касательной движется по стенкам конусной обечайки 11. Происходит разбивание поступающего потока жидкости, его равномерное распределение и направление на периферию, что позволяет уменьшить негативное воздействие гидратной пульпы на конструктивные элементы. Турбулизация потока способствует отделению включений, содержащихся в охлаждаемой жидкости, что также снижает ее отрицательное влияние на устройство и его элементы. При этом шлам крупной фракции осаждается в полости между стенками камеры 8 и перфорированной кольцевой обечайкой 15. Шлам мелкой фракции отделяется от охлаждаемой жидкости при ее прохождении через перфорированную обечайку 15 и сепарационно-распределительную решетку 14, а охлаждаемая жидкость поступает в теплообменные трубы 2, движется вниз и отводится через штуцер 18.
Охлаждающая жидкость через штуцер 6 поступает в межтрубное пространство, движется снизу вверх между поперечными перегородками 5 и отводится через штуцер 7.
По мере накопления включений, содержащихся в охлаждающей жидкости и откладывающихся в кольцевой полости между перфорированной обечайкой 15 и стенками камеры 8, открывается запорный орган (шибер) 17 и шлам вымывается из теплообменника через сливное отверстие 16, после чего запорный орган закрывается.
Сепарация охлаждаемой среды - гидратной пульпы от включений, уменьшение напора потока, а также его равномерное распределение значительно снижают эрозийные процессы внутри устройства, в частности в местах крепления труб и трубных решеток, что приводит к повышению эксплуатационной надежности и, как следствие, увеличению срока службы.