ТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен трубчатый теплообменный аппарат, содержащий трубные решетки, в которых закреплены трубные пучки, образующие теплообменные элементы типа труба в трубе, при этом трубчатый теплообменный аппарат выполнен нежесткой конструкции без кожуха (см. JP 2005127684 A от 19.05.2005, авторы Yasuro Suzuki, Masahisa Venishi).
В таком теплообменнике исключается полная компенсация температурных деформаций в трубах за счет возможности удлинения труб под действием температуры независимо от температуры друг друга вследствие отсутствия в его конструкции двух плавающих головок, обеспечивающих нежесткую конструкцию.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является кожухотрубчатый теплообменник, содержащий корпус, трубные решетки с закрепленными в них пучками труб, образующих теплообменники типа труба в трубе, при этом внешние трубы закреплены в дополнительных трубных решетках, установленных в корпусе между трубными решетками внутренних труб (см. патент на полезную модель №127438 от 27.04.13, Бюл. №13) - прототип.
Согласно описанию принципа работы прототипа такая конструкция теплообменника имеет недостатки, выражающиеся в частичной компенсации температурных деформаций из-за установки одной плавающей головки со стороны нагреваемой среды (воды) (см. описание поз. 15). Это не обеспечивает требуемую компенсацию температурных деформаций между пучками труб, особенно со стороны пара, так как аппараты для системы «пар-вода» часто работают при разности температур, равных или больших 50…100°С.
Задачей полезной модели являются создание высокой эффективности теплообмена в трубчатом теплообменном аппарате; снижение металлоемкости трубчатого теплообменного аппарата; исключение температурных деформаций в широком интервале разности температур в трубах трубных пучков, образующих теплообменные элементы типа «труба в трубе».
Технический результат достигается тем, что в трубчатом теплообменном аппарате нижние трубные решетки трубных пучков закрыты крышками с образованием двух плавающих головок, образуя нежесткую конструкцию.
На фиг. 1 представлен трубчатый теплообменный аппарат, в котором нижние трубные решетки трубных пучков закрыты крышками с образованием двух плавающих головок, образуя нежесткую конструкцию.
На фиг. 2 - узел А, содержащий трубные решетки, в которых закреплены трубные пучки, образующие теплообменные элементы типа «труба в трубе».
Отличительным признаком предлагаемого трубчатого теплообменного аппарата является возможность, независимо друг от друга, свободно удлиняться трубам трубных пучков под действием температуры, так как нижние трубные решетки трубных пучков закрыты крышками с образованием двух плавающих головок, образуя нежесткую конструкцию.
Трубчатый теплообменный аппарат 1 состоит из трубных пучков 2 и 3. Трубы трубных пучков установлены концентрически относительно друг друга и образуют теплообменные элементы типа «труба в трубе» 4. Трубы трубного пучка 2 (большего диаметра) закреплены в трубных решетках 5, а трубы трубного пучка 3 (меньшего диаметра) установлены в трубных решетках 6. Над верхней трубной решеткой 5 трубного пучка 2 смонтирована камера 7 для равномерного распределения теплоагента в трубы трубного пучка 2, снабженная патрубком 8 для подачи пара. Нижняя трубная решетка 5 трубного пучка 2 закрыта крышкой 9 и снабжена патрубком 10 для отвода конденсата. Таким образом, одна из нижних трубных решеток 5 трубного пучка 2, закрытая крышкой 9, образует плавающую головку. Нижняя трубная решетка 6, в которой закреплены трубные пучки 3 закрыта крышкой 11, также представляет собой плавающую головку.
В результате трубчатый теплообменный аппарат, снабженный нижними трубными решетками, в которых закреплены трубные пучки, закрытые крышками с образованием двух плавающих головок, обеспечивают аппарату нежесткую конструкцию.
К верхней трубной решетке 6 крепится крышка 12, разделенная перегородкой 13 на секции I и II и снабженная патрубками 14 и 15 для ввода и вывода теплоагента (холодной и горячей воды).
Трубчатый теплообменный аппарат работает следующим образом. При однократном смешанном токе движения теплоносителей холодная вода через патрубок 14 секции II в крышке 12 поступает в трубчатый теплообменный аппарат 1 и далее движется по трубам трубного пучка 3, установленным в трубных решетках 6.
Одновременно через патрубок 8 камеры 7 подается насыщенный водяной пар, который двигаясь по кольцевому межтрубному пространству теплообменных элементов типа «труба в трубе» 4 трубных пучков 2 и 3, нагревает воду в трубах трубного пучка 3 и далее через крышку 12 и патрубок 15 секции I в виде горячей воды выводится из теплообменного аппарата 1.
Преимуществом предлагаемого трубчатого теплообменного аппарата являются трубные пучки, образующие теплообменные элементы типа «труба в трубе», где при небольших поперечных сечениях трубного и межтрубного пространства теплообменных элементов, даже при небольших расходах сред, достигаются довольно высокие скорости теплоносителей (1…1,5 м/с).
Это позволяет получать более высокие коэффициенты теплоотдачи и достигать более высоких тепловых нагрузок на единицу массы аппарата, чем в кожухотрубчатых теплообменниках. Кроме того, с увеличением скорости теплоносителей уменьшается возможность отложения загрязнений на поверхности теплообмена.
В трубчатом теплообменном аппарате, выполненном с нижними трубными решетками, где трубные пучки, закрытые крышками с образованием двух плавающих головок, образуя нежесткую конструкцию, предотвращают:
- во-первых, (независимо от температуры друг друга) значительные деформации в трубах в результате их удлинения;
- во-вторых, исключается возможность нарушения плотности соединения труб трубных пучков с трубными решетками из-за разрушения сварных швов в местах их контакта с трубными решетками;
- в-третьих, исключается недопустимое смешение обменивающихся теплом сред в случае разрушения труб от температурных деформаций.
Конструкция предлагаемого трубчатого теплообменного аппарата обеспечивает существенную экономию металла по сравнению с металлоемкостью известных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов.