РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК ТРУБЧАТОЙ ПЕЧИ
RECUPERATIVE HEAT EXCHANGER OF TUBE-TYPE FURNACE

Изобретение относится к энергетическому оборудованию в области переработки нефти, в частности, к устройствам для рекуперации тепла продуктов горения сжигаемого в трубчатой печи топлива (газа, мазута и т.п.) путем предварительного нагрева нефти в установленном в дымоходе печи рекуперативном теплообменнике.
Известны теплообменники, используемые для осуществления теплообменных процессов для систем «газ-жидкость», например, теплообменник по заявке RU (21) 2005137971/06 (13) A, F28F 1/00 от 16.12.05 [1], включающий параллельные секции из ряда прямолинейных оребренных труб, на концах которых установлены коллекторы, выполненные трубчатыми и установленные на концах каждой секции.., а также теплообменник по заявке RU (21) 2005127290/06(13) A, F28F 19/00 от 2005 года [2], содержащий трубные решетки с закрепленными в них теплообменными трубами, размещенные в цилиндрическом корпусе с днищами и образующие с днищами кожуха торцовые растворные камеры, разделенные сплошными перегородками…
Однако упомянутые известные теплообменники не могут использоваться для нагрева нефти в теплообменнике, трубный пучок которого расположен в дымоходе, т.е. в газовом потоке продуктов горения топлива трубных печей, поскольку:
1) в процессе ее нагрева происходит интенсивное выделение из жидкости (нефти) газообразных фракций, образующих в полостях теплообменников парогазовые пробки, которые нарушают сплошность потока жидкости в трубах, приводят к возникновению гидроударов и неконтролируемому росту давления нагнетания, а также местному перегреву элементов теплообменников;
2) большая разница температур греющего агента и нагреваемой жидкости (более 100°С) обуславливает возникновение больших тепловых продольных напряжений в жестких элементах (корпусе и трубках) этих теплообменников.
Известны также теплообменные кожухотрубчатые аппараты с плавающей головкой, например, приведенные в каталоге «Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с плавающей головкой…» рис.1 и 2, с.11 [3], которые наилучшим образом позволяют использовать их в качестве рекуперативных теплообменников при их вертикальном расположении (плавающей головкой вверх) в дымоходе, при этом корпус дымохода будет играть роль кожуха теплообменника.
Указанный теплообменный аппарат с плавающей головкой, как наиболее близкий по технической сущности предлагаемому устройству, принят в качестве прототипа.
Наличие в прототипе плавающей головки исключает возникновение тепловых продольных напряжений в трубных пучках независимо от перепада температур греющего агента в корпусе теплообменника и нагреваемой жидкости внутри теплообменных труб.
Однако прототип не лишен характерного и для других известных теплообменников недостатка, с которым пришлось столкнуться и который заключается в том, что парогазовая смесь, образующаяся при нагреве нефти в прямом (от распределительной камеры к плавающей головке) трубном пучке, накапливается в полости плавающей головки, образуя пробку, приводящую по мере ее роста к повышению гидравлического сопротивления и увеличению давления на магистральной линии подающего насоса, а последующие периодические проскоки этой пробки в обратный трубный пучок (от плавающей головки к распределительной камере) приводит к возникновению гидроударов, нарушению сплошности потока жидкости, что в свою очередь снижает эффективность процесса теплообмена в этом трубном пучке и теплообменнике в целом.
Целью предлагаемого изобретения является исключение перечисленных недостатков и повышение эффективности работы рекуперативного теплообменника.
Поставленная задача решается в рекуперативном теплообменнике трубчатой печи, включающем кожух с каналами для входа и выхода продуктов горения топлива печи, распределительную камеру с перегородкой, трубной решеткой и штуцерами для входа и выхода нагреваемой жидкости, а также плавающую головку с крышкой и подвижной трубной решеткой, соединенную с распределительной камерой двумя трубными пучками (прямым от распределительной камеры к плавающей головке и обратным - от плавающей головки к распределительной камере), тем, что верхний конец по крайней мере одной трубки в обратном трубном пучке расположен в непосредственной близости от верхней точки полости плавающей головки, а ее нижний конец изогнут и расположен соосно и внутри выходного штуцера распределительной камеры.
В результате такого технического решения попадающая в полость плавающей головки парогазовая смесь собирается в ее верхней части и тут же отводится по упомянутой трубке в распределительную камеру теплообменника непосредственно в выходной штуцер этой распределительной камеры и далее - за пределы теплообменника, не приводя к упомянутым отрицательным последствиям.
На чертеже схематично изображен продольный разрез предлагаемого рекуперативного теплообменника.
Предлагаемый рекуперативный теплообменник состоит из кожуха 1, являющегося корпусом дымохода трубчатой печи и снабженного штуцером 2 для входа газообразных продуктов горения из трубчатой печи. Кожух 1 закреплен на распределительной камере 3 теплообменника, снабженной перегородкой 4, трубной решеткой 5 и штуцерами 6 и 7, соответственно, для входа и выхода нагреваемой жидкости (нефти). В верхней части теплообменника расположена плавающая головка 8 с крышкой 9 и трубной решеткой 10. Плавающая головка 8 соединена с распределительной камерой 3 прямым 11 и обратным 12 трубными пучками. По крайней мере одна трубка 13 в обратном трубном пучке выполнена таким образом, что ее верхний конец расположен в непосредственной близости от верхней точки полости плавающей головки 8, а нижний конец этой трубки изогнут и расположен соосно и внутри выходного штуцера 7.
Работает предлагаемый рекуперативный теплообменник следующим образом.
Исходное сырье (нефть) перед подачей в трубчатую печь направляется через штуцер 6 в левую полость распределительной камеры 3 и затем по прямому 11 трубному пучку - в полость плавающей головки 8, а из нее по обратному трубному пучку 12 - в правую полость распределительной камеры и далее через штуцер 7 отводится из теплообменника и направляется в трубчатую печь. Газообразные продукты горения топлива из трубчатой печи через штуцер 2 подаются в дымоход (кожух теплообменника 1), омывают трубные пучки 11 и 12, отдавая им тепло, и отводятся вверх по дымоходу. При этом нефть в трубных пучках 11 и 12 нагревается до заданной температуры. В процессе нагрева нефти в прямом трубном пучке 11 происходит наиболее интенсивное выделение из нее парогазовой смеси, которая вместе с нефтью направляется в плавающую головку 8, где эта парогазовая смесь, отделяясь от нефти, собирается в верхней части полости плавающей головки, но не успев накопиться и образовать в последней газовую пробку, тут же отводится по трубке 12 в распределительную камеру 3, непосредственно в штуцер 7 и далее - в трубчатую печь. В результате этого поток нефти в обратном трубном пучке 12 содержит лишь незначительное количество парогазовой смеси, которое не приводит к нарушению сплошности потока жидкости в этом трубном пучке, а удаление газовой пробки в полости плавающей головки исключает рост давления нагнетания на подающем насосе, а также исключает возникновение гидроударов в системе. В итоге обеспечивается стабилизация рабочих параметров теплообменника, а также повышается эффективность процесса теплообмена в рекуперативном теплообменнике, т.е. эффективность процесса рекуперации тепла продуктов горения сжигаемого в трубчатой печи топлива.
Источники информации
1. Заявка №RU (21)2005137971/06(13) А, F28F 1/00 от 16.12.05, бюллетень изобретений, 2007 г.
2. Заявка №RU (21)2005127290/06(13) A, F28F 19/00, 2005 год, бюллетень изобретений, 2007 г.
3. Каталог «Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с плавающей головкой…», АООТ ВНИИНЕФТЕМАШ, Москва, 2001 г., с.11, рис.1 и 2.