Греющая камера выпарного аппарата

Полезная модель применяется для нагрева солесодержащих жидкостей и может быть использована в составе выпарной установки для повышения концентрации растворов и получения пресной воды.
Греющая камера предназначена для нагрева солесодержащей жидкости, циркулирующей в трубках, горячим паром или жидкостью. Солесодержащая жидкость представляет собой техническую или морскую воду, содержащую в своем составе растворенные соли. Ввиду особенности эксплуатации большинство выпарных аппаратов имеют общий недостаток, заключающийся в достаточно быстром зарастании трубного пространства кристаллическими структурами малорастворимых соединений. Эффект обусловлен тем, что при нагреве солесодержащей жидкости из-за высокой адгезии нагретых частиц солей к внутренней стенке трубок происходит активное оседание частиц на теплообменной поверхности, что приводит к инкрустации солей на стенках трубки, закупориванию трубок, снижению эффективности работы и повышению гидравлического сопротивления греющей камеры с последующим выходом ее из строя.
Известна греющая камера выпарного аппарата, содержащая полый корпус, вход и выход солесодержащей жидкости, трубки с гладкой внутренней поверхностью, вход и выход пара [SU1725939, дата публикации: 15.04.1992 г., МПК: B01D1/12].
Недостатком известного технического решения является повышенная скорость отложения солей на внутренней поверхности трубок, из-за слабой турбулизации потока солесодержащей жидкости и ламинарного характера ее движения в пристеночном слое, вследствие чего происходит отложение солей, рост солевых скоплений на внутренней поверхности трубок и их дальнейшее закупоривание.
Известна греющая камера выпарного аппарата, содержащая полый корпус, вход и выход солесодержащей жидкости, трубки со спиральными проволочными вставками, а также вход и выход пара [Источник информации: «Трубчатые выпарные
аппараты для кристаллизирующихся растворов», М., 1982. Л.П. Перцев. Е.М. Ковалев, В.С.Фокин, с. 127,128.].
Преимуществом известного технического решения является более низкая скорость отложения солей на стенках трубок за счет турбулизации ламинарного потока солесодержащей жидкости спиральной проволочной вставкой. Однако недостатком известного технического решения является существенное повышение гидравлического сопротивления трубки, вызванное загромождением вставкой площади поперечного сечения трубки, что приводит к снижению расхода солесодержащей жидкости при существующей мощности на прокачку или требует повышения мощности на прокачку солесодержащей жидкости по трубкам, снижая эффективность выпарного аппарата.
В качестве прототипа выбрана греющая камера выпарного аппарата, содержащая полый корпус, вход и выход солесодержащей жидкости, трубные доски, трубки, установленные в трубных досках, вход и выход пара, при этом внутренняя поверхность трубок имеет сферические, каплеобразные или ромбовидные выступы [US3664928, дата публикации: 23.05.1972 г., МПК: F28F3/04; C02F1/08; F28D3/00].
Преимуществом прототипа перед известным техническим решением является наличие средств турбулизации (турбулизаторов потока), полученных путем пластической деформации наружной поверхности трубок, за счет чего они имеют более низкое гидравлическое сопротивление потоку солесодержащей жидкости, а выпарной аппарат имеет более высокую эффективность. Однако недостатком прототипа является риск остановки циркуляции солесодержащего раствора через трубки, обусловленный тем, что конструктивное выполнение выступов в виде одиночных элементов сферической или каплеобразной формы, либо ромбовидной сетки, хоть и обеспечивает турбулизацию потока солесодержащей жидкости, однако, ввиду незначительных изменений номинального внутреннего диаметра трубки, и неровного профиля внутренней поверхности трубки в ее поперечном сечении, проведенном через вершину выступа, степень турбулизации потока в пристеночном слое трубки является недостаточной для нарушения ламинарного течения солесодержащей жидкости в этой области и предотвращения обрастания внутренней поверхности трубки соляной коркой. Вследствие этого за сравнительно небольшой промежуток времени полученные образования малорастворимых соединений солей значительно увеличиваются в размерах, что в конечном итоге приводит к формированию солевых пробок и к закупориванию трубок, что в значительной степени ухудшает эксплуатационные характеристики греющей камеры выпарного аппарата.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в улучшении эксплуатационных характеристик греющей камеры выпарного аппарата.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в снижении риска остановки циркуляции солесодержащей жидкости через трубки греющей камеры выпарного аппарата.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Греющая камера выпарного аппарата содержит полый корпус, вход и выход солесодержащей жидкости, трубные доски, трубки с выступами на внутренней поверхности, установленные в трубных досках, а также вход и выход теплоносителя межтрубного пространства. В отличие от прототипа выступы на внутренней поверхности трубки выполнены кольцевыми, при этом высота кольцевых выступи» составляет от 0.01 до 0,08 наружного диаметра трубки, а шаг кольцевых выступов составляет от 0.1 до 10 наружных диаметров трубки.
Трубки обеспечивают возможность транспортирования солесодержащей жидкости от входа солесодержащей жидкости к выходу. Трубки установлены и зафиксированы в трубных досках. Трубки могут быть изготовлены горячей или холодной прокаткой. Трубки могут соединяться с трубной доской посредством сварки или развальцовки, или их комбинации.
Кольцевые выступы на внутренней поверхности трубок обеспечивают возможность повышения степени турбулизации потока солесодержащей жидкости в пристеночном слое за счет циклического изменения давления во всем потоке солесодержащей жидкости, движущейся через зоны трубки с кольцевыми выступами и через зоны трубки со впадинами между кольцевыми выступами, благодаря чему снижается риск возникновения солеотложений на внутренней поверхности трубки и риск остановки циркуляции солесодержащей жидкости через трубки греющей камеры выпарного аппарата.
Высота кольцевых выступов составляет от 0,01 до 0,08 наружного диаметра трубки, что обеспечивает снижение риска образования застойных зон потока солесодержащей жидкости во впадинах между кольцевыми выступами, образования соляной корки и как следствие - снижение риска остановки циркуляции солесодержащей жидкости через трубки греющей камеры выпарного аппарата.
Выступы высотой менее 0,01 наружного диаметра трубки не оказывают существенного влияния на поток солесодержащей жидкости, вследствие чего процесс течения солесодержащей жидкости не отличается от процесса течения этой жидкости в гладкой трубе. Выступы высотой более 0,08 наружного диаметра трубки приводят к значительному росту гидравлического сопротивления и увеличению скорости солеотложения на внутренней поверхности трубки в застойных зонах.
Шаг кольцевых выступов составляет от 0,1 до 10 наружных диаметров трубки, за счет чего в широком диапазоне режимов работы может быть обеспечено оптимальное соотношение высоты выступов к ширине впадин, что положительно сказывается на степени турбулизации потока солесодержащей жидкости, позволяя снизить скорость солеотложения на внутренней поверхности трубки. В случае, если шаг кольцевых выступов будет составлять менее 0,1 или более 10 наружных диаметров трубки, то, ввиду либо слишком малого, либо слишком большого расстояния между кольцевыми выступами по отношению к их высоте, степень турбулизации потока в пристеночном слое будет недостаточной, а характер движения потока будет ламинарным, вследствие чего увеличивается скорость солеотложения на внутренней поверхности трубки.
Кольцевые выступы могут быть получены путем механической обработки внутренней поверхности трубки. Механическая обработка внутренней поверхности трубки может включать растачивание, например, путем обработки фасонными резцами или путем обработки проходным резцом с применением приспособлений и копиров. При этом кольцевые выступы могут быть получены путем накатки, выполненной на наружной поверхности трубок, способствующей получению гладкой поверхности кольцевых выступов с низкой величиной шероховатости, что повышает адгезионную стойкость внутренней поверхности трубки, за счет чего снижается риск образования солеотложений на ее внутренней поверхности.
Трубные доски обеспечивают возможность фиксации трубок посредством их закрепления в отверстиях и изолируют межтрубное пространство греющей камеры от трубного пространства.
Вход теплоносителя обеспечивает возможность попадания теплоносителя в межтрубное пространство. Выход теплоносителя обеспечивает возможность удаления теплоносителя из межтрубного пространства. Теплоноситель межтрубного пространства обеспечивает нагрев солесодержащей жидкости, двигающейся в трубках. Теплоноситель межтрубного пространства может быть представлен паром или жидкостью. Вход и выход теплоносителя сообщаются с межтрубным пространством и могут быть выполнены в виде патрубков под приварку или содержать фланцы и др.
Вход солесодержащей жидкости обеспечивает возможность попадания солесодержащей жидкости в греющую камеру. Выход солесодержащей жидкости обеспечивает возможность удаления нагретой солесодержащей жидкости из греющей камеры. Вход и выход солесодержащей жидкости сообщаются с трубками и могут быть выполнены в виде патрубков, или в форме цилиндров, содержащих фланцы. При этом вход солесодержащей жидкости может содержать распределительную камеру, а выход солесодержащей жидкости может содержать сборную камеру, обеспечивающие возможность улучшения организованности движения солесодержащей жидкости в областях входа и выхода из трубного пучка. При этом распределительная камера обеспечивает возможность разделения единого потока солесодержащей жидкости на множество потоков между трубками, а сборная камера обеспечивает возможность объединения множества потоков солесодержащей жидкости в единый поток.
Полый корпус обеспечивает несущие и защитные функции устройства, а также герметичность межтрубного пространства. Полый корпус имеет механическое соединение со входом и выходом солесодержащей жидкости и может быть представлен в виде обечайки.
Компоненты устройства могут быть изготовлены из материалов, обладающих требуемой прочностью и коррозионной стойкостью, например, из чугунов, сталей, сплавов металлов и т.д.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что выступы на внутренней поверхности трубки выполнены кольцевыми, что позволяет не только образовываться в ламинарном потоке солесодержащей жидкости зон с повышенным и пониженным давлением, но и за счет того, что трубка в поперечном сечении, проведенном через вершину кольцевого выступа, имеет ровный профиль внутренней поверхности, обеспечивать высокую степень турбулизации пристеночного слоя потока солесодержащей жидкости, благодаря чему увеличивается эффективность турбулизации всего потока солесодержащей жидкости в трубке, что позволяет снизить риск оседания частиц солей на внутренней поверхности трубок и риск образования в трубках солевых пробок, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска остановки циркуляции солесодержащей жидкости через трубки греющей камеры выпарного аппарата, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики греющей камеры выпарного аппарата.
Полезная модель обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 — Общий вид выпарного аппарата с местным разрезом греющей камеры.
Фиг. 2 — Трубка греющей камеры выпарного аппарата с выступами кольцевой формы на внутренней поверхности, продольный разрез.
Греющая камера выпарного аппарата содержит полый корпус 1, входную распределительную камеру 2, выходную сборную камеру 3, трубные доски 4, трубки 5, установленные в трубных досках 4, а также вход 6 и выход 7 теплоносителя межтрубного пространства, при этом трубки на внутренней поверхности имеют кольцевые выступы 8.
Выпарной аппарат состоит из циркуляционной трубы 9, входа 10 подпитки солесодержащей жидкости, насоса 11, узла 12 сепарации, выхода пара и выхода соли.
Полезная модель работает следующим образом.
В циркуляционную трубу 9 выпарного аппарата через вход 10 подается солесодержащая жидкость. Затем запускается насос 11 и солесодержащая жидкость через входную камеру 2 начинает поступать в трубки 5 греющей камеры, в которых производится ее нагрев теплоносителем межтрубного пространства в виде пара, подаваемого через вход 6 теплоносителя и удаляемого из греющей камеры через выход 7 теплоносителя. За счет движения солесодержащей жидкости вдоль выступов 8 кольцевой формы, имеющих высоту h и расположенных с шагом t, ввиду цикличного изменения давления в потоке солесодержащей жидкости, возникает интенсивная турбулизация пристеночного слоя потока, ввиду чего снижается скорость отложения солей. Солесодержащая жидкость движется по трубкам 5 к выходной камере 3, при этом температура солесодержащей жидкости увеличивается по мере движения по трубкам 5, давление падает, а кипение солесодержащей жидкости начинается в камере 3, за пределами трубок 5. Из камеры 3 кипящая солесодержащая жидкость попадает в узел сепарации 12, в котором происходит ее разделение на пар, концентрированный раствор и соль. При этом пар удаляется из узла сепарации через выход пара, а отделение капель солесодержащей жидкости от пара осуществляется брызгоотделителем (не показан на фигурах). При этом из кипящей солесодержащей жидкости происходит выпадение соли, которая удаляется из узла сепарации через выход соли. Концентрированный раствор удаляется из узла сепарации и попадает в циркуляционную трубу 9. Далее цикл выпаривания повторяется.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в снижении риска остановки циркуляции солесодержащей жидкости через трубки греющей камеры выпарного аппарата, тем самым улучшаются эксплуатационные характеристики греющей камеры выпарного аппарата.