КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам, которые могут использоваться в нефтегазовой отрасли, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.
Известен кожухотрубчатый теплообменник (патент RU 2494329, опубл. 27.09.2013), содержащий соединенные между собой идентичные секции, каждая из которых содержит размещенный в кожухе пучок труб, закрепленных с противоположных торцов в трубных решетках, и коллекторные камеры трубной и межтрубной сред с перегородками, образующими пространственные соединения между секциями и задающими направления течения сред в них, коллекторные камеры трубной и межтрубной сред содержат участки, в которых перегородки установлены после каждых двух или более входов сред в секции, образуя последовательно соединенные группы, соответственно, двух и более секций с параллельным движением сред в каждой группе. В этом теплообменнике достигается повышенная эффективность использования тепловой энергии за счет снижения гидравлического сопротивления, однако секционное исполнение теплообменника утяжеляет и усложняет его конструкцию.
Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является теплообменный аппарат (патент US 3351131 А, опубл. 07.11.1967), содержащий корпус, находящийся в нем трубный пучок, поддерживаемый трубными решетками и поперечными перегородками, расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга, и дополнительными поперечными перегородками, расположенными между двумя соседними поперечными перегородками для увеличения жесткости трубного пучка и снижения вибрации (прототип).
Недостатком известного теплообменного аппарата является неравномерное распределение потока по проходному сечению, наличие застойных зон, вызванных многократным изменением направления движения потока, способствующих перегреву и образованию отложений на поверхности теплообменных труб, оказывающих негативное влияние на эффективность теплопередачи.
Задачей полезной модели является создание кожухотрубчатого теплообменного аппарата, оснащенного конструктивными элементами, способствующими равномерному распределению среду межтрубного пространства по проходному сечению при обтекании пучка труб.
Технический результат - повышение энергетической эффективности теплопередачи за счет снижения гидравлического сопротивления межтрубного пространства теплообменника.
Указанная задача достигается тем, что кожухотрубчатый теплообменный аппарат, содержащий входной и выходной коллекторы среды трубного пространства, кожух с размещенным в нем пучком теплообменных труб, закрепленных с противоположных сторон в трубных решетках, снабженным сегментными поперечными перегородками, согласно полезной модели содержит дополнительные перегородки прямоугольной формы, установленные в трубном пучке за вырезами основных поперечных перегородок по ходу движения потока.
в
в
w
c
w
c
b
b
b
в
w
c
b
b
b
в
При этом ширина дополнительной перегородки прямоугольной формы равна 0,1 D (D - внутренний диаметр аппарата). Количество дополнительных перегородок и их размещение определяется из соотношения площади проходного сечения в окне перегородки S и площади проходного сечения между поперечными перегородками S: при S/S=0,65 устанавливаются две дополнительные перегородки на расстоянии 0,4L и 0,7L (L - расстояние между основными поперечными перегородками) на высоте 0,22 D от оси кожуха; при S/S=0,52 устанавливаются три дополнительные перегородки на расстоянии 0,22L, 0,44L и 0,66L, на высоте 0,22 D от оси кожуха.
На фиг. 1 представлен эскиз кожухотрубчатого теплообменного аппарата, на фиг. 2 - показано сечение, содержащее основную поперечную перегородку, на фиг. 3 - показано сечение, содержащее дополнительную перегородку.
Кожухотрубчатый теплообменный аппарат содержит входной коллектор 1 и выходной коллектор 2 среды трубного пространства со штуцерами 3 и 4, кожух 5 со штуцерами 6 и 7 и размещенным в нем пучком теплообменных труб 8, закрепленных с противоположных сторон в трубных решетках 9, снабженным сегментными поперечными перегородками 10, а также дополнительными перегородками 11 прямоугольной формы, установленными в трубном пучке 8 за вырезами основных поперечных перегородок 10 по ходу движения потока.
Кожухотрубчатый теплообменный аппарат работает следующим образом. Среда трубного пространства поступает через штуцер 3 в коллектор 1 и распределяется по трубному пространству пучка 8 труб. Выходящая из теплообменных труб среда собирается в коллекторе 2 и выводится из него через штуцер 4.
Среда межтрубного пространства поступает через штуцер 6 в пространство между внутренней поверхностью кожуха 5 и наружными поверхностями теплообменных труб 8, составляющих трубный пучок. Сегментные поперечные перегородки 10 направляют поток жидкости, для поперечного обтекания пучка труб. Дополнительные поперечные перегородки 11 выполняет роль отбойников, преграждая путь части потока и направляя ее вдоль поперечной перегородки.
Установка дополнительных перегородок позволяет решить проблему неравномерного распределения потока по проходному сечению и образования широких застойных зон при обтекании поперечных перегородок в межтрубном пространстве. Локализация и размеры застойных зон зависят от соотношения площади проходного сечения в окне перегородки Sw и площади проходного сечения между поперечными перегородками Sc, следовательно, необходимо учитывать это соотношение при установке дополнительных перегородок.