РЕБОЙЛЕР С ПАРОВЫМ ПРОСТРАНСТВОМ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а именно, к конструкции кожухотрубчатых теплообменных аппаратов с паровым пространством, предназначенных для кипячения и испарения жидких продуктов в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
В целях углубления переработки исходного сырья в различных технологических процессах производится кипячение и испарение жидких продуктов, для чего используются горизонтальные теплообменные аппараты с паровым пространством - т.н. ребойлеры (кипятильники или испарители). Как правило, подобные аппараты состоят из кожуха и трубного пучка, погруженного в жидкость. В трубный пучок подается теплоноситель, за счет тепла которого происходит нагревание и кипячение жидкого продукта. Сепарация образующегося пара происходит в паровом пространстве, которое располагается над кипящей жидкостью и создается за счет постоянного поддержания её нормального уровня в кожухе.
Вследствие большой разницы температур между теплоносителем и хладагентом (жидким продуктом в кожухе) и необходимости компенсировать соответствующую разницу температурных удлинений кожуха и теплообменных труб в теплообменниках используются трубные пучки двух типов – с U-образными теплообменными трубами и с плавающими головками, – которые размещаются в глухих кожухах. Коренное отличие между ними заключается в том, что плавающая головка позволяет осуществлять чистку внутренней поверхности прямых теплообменных труб, а U-образные теплообменные трубы такой возможности не имеют. Поэтому в аппаратах с плавающими головками могут быть использованы менее чистые теплоносители, обладающие склонностью к образованию отложений на теплообменной поверхности. Однако практическая реализация данного преимущества трубных пучков с плавающими головками в известных конструкциях затруднена, так как снятие крышки плавающей головки требует полной разборки всего аппарата для извлечения трубного пучка вместе с крышкой из глухого кожуха. Контроль герметичности плавающей головки и ее техническое обслуживание также невозможны без извлечения всего трубного пучка вместе с крышкой из кожуха аппарата. Кроме того, в известных устройствах удаление жидкого остатка испаряемого продукта производится через сливную камеру, располагаемую в торце кожуха за трубным пучком и сливной перегородкой. Это требует, с одной стороны, значительного увеличения длины кожуха и аппарата в целом, а с другой стороны, приводит к определенной неравномерности в концентрации испаряемого продукта по длине трубного пучка, что сказывается в итоге на интенсивности процессов нагревания, кипячения и испарения жидкого продукта.
Из уровня техники на практике широко известны ребойлеры типов АКТ, ВКТ и СКТ (в соответствии с классификацией по международному стандарту ТЕМА), то есть:
- с распределительными камерами типов А, В и С (тип A – канального типа со съемной крышкой, тип B – канального типа с глухой крышкой, тип C – канального типа с приварной трубной решеткой и съемной крышкой);
- с кожухом типа К, то есть типа котла с паровым пространством;
- с полнопроходной плавающей головкой типа Т, которая помещается в кожух и извлекается из него только в сборе с трубным пучком, являясь при этом единственно возможным вариантом для применения в глухом кожухе.
Общим недостатком всех перечисленных устройств является использование в них плавающей головки типа Т, крышка которой должна монтироваться на подвижной трубной решетке до сборки трубного пучка с кожухом вследствие его размещения в неразборном глухом корпусе. При этом существенно увеличивается масса трубного пучка, собираемого с кожухом, нарушение герметичности плавающей головки требует ее извлечения из кожуха вместе с трубным пучком, использование полнопроходной плавающей головки значительно уменьшает площадь теплообменной поверхности при сопоставимых размерах трубного пучка.
Известен теплообменный аппарат, содержащий кожух, трубчатую решетку плавающей головки, теплообменные трубы, неподвижную трубную решетку, распределительную камеру с крышкой, при этом теплообменный аппарат дополнительно содержит люк для монтажа трубного пучка, патрубок для выхода остатка продукта, патрубок дренажа, патрубок входа жидкого продукта, патрубок выхода газа или жидкости (теплового агента), патрубок входа газа или жидкости (теплового агента) и люк для осмотра (Патент РФ на изобретение №2306514, МПК F28 D7/00. опубл. 20.09.2007).
Недостатком известного устройства является использование в нём плавающей головки, крышка которой должна монтироваться на подвижной трубной решетке до сборки трубного пучка с кожухом вследствие его размещения в неразборном глухом корпусе. Монтаж и обслуживание плавающей головки ограничены размерами люков и габаритами кожуха. При этом существенно увеличивается масса трубного пучка, собираемого с кожухом, а нарушение герметичности плавающей головки требует ее извлечения из кожуха вместе с трубным пучком. Использование полнопроходной плавающей головки значительно уменьшает площадь теплообменной поверхности при сопоставимых размерах трубного пучка.
Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является создание конструкции ребойлера с паровым пространством, позволяющей повысить эффективность работы аппарата при снижении затрат на его изготовление и обслуживание.
Техническими результатами, достигаемыми при осуществлении полезной модели, являются увеличение площади теплообменной поверхности при неизменном диаметре трубного пучка и распределительной камеры, уменьшение габаритов аппарата, улучшение условий обслуживания плавающей головки без извлечения ее из аппарата вместе со всем трубным пучком.
Для достижения заявляемого технического результата в ребойлере с паровым пространством, содержащем распределительную камеру канального типа, кожух и трубный пучок с плавающей головкой, согласно полезной модели плавающая головка вынесена за пределы кожуха и закрыта отдельной крышкой.
При этом в ребойлере могут быть использованы:
- распределительная камера канального типа со съемной крышкой;
- распределительная камера канального типа с глухой крышкой;
- распределительная камера канального типа с приварной трубной решеткой и съемной крышкой;
- плавающая головка, уплотняемая снаружи;
- плавающая головка c уплотняемой снаружи подвижной трубной решеткой;
- одна сливная камера, размещаемая на боковой поверхности кожуха;
- две сливные камеры, размещаемые на противоположных боковых поверхностях кожуха;
- устройство для сепарации пара в паровом пространстве кожуха;
- канал для равномерного распределения потока жидкого продукта по всей длине трубного пучка.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 показан продольный разрез ребойлера с паровым пространством. На фиг.2 представлен поперечный разрез ребойлера с паровым пространством.
Ребойлер состоит из распределительной камеры 1, кожуха 2, сливной камеры 3, трубного пучка 4 с плавающей головкой 5. В ребойлере плавающая головка 5 вынесена за пределы кожуха и закрывается отдельной крышкой 6. На боковой поверхности кожуха размещена сливная камера 3 с переливной перегородкой 7, обеспечивающей поддержание нормального уровня жидкости. Между опорными поверхностями 9 кожуха 2 и полосами скольжения 10 трубного пучка 4 сформирован распределительный канал 8. Ребойлер оснащен патрубками уровнемеров 12, контролирующими уровень жидкости, сливным патрубком 11. Над паровым пространством 13 расположено устройство для сепарации пара 14.
Размещение плавающей головки 5 за пределами кожуха 2 позволяет осуществлять ее сборку после размещения трубного пучка 4 в кожухе 2 и производить техническое обслуживание без извлечения трубного пучка 4 из ребойлера. В случае нарушения герметичности плавающей головки 5 в процессе эксплуатации для осуществления ремонтных работ достаточно разобрать крышку 6 кожуха 2.
2
Вследствие вынесения плавающей головки 5 за пределы кожуха 2, наружный диаметр ее крышки не ограничивается внутренним диаметром распределительной камеры 1, что позволяет значительно увеличить количество теплообменных труб, размещаемых в подвижной трубной решетке. При неизменном размере распределительной камеры площадь теплообменной поверхности в подобном аппарате увеличивается не менее, чем на 40% по сравнению с известными конструкциями. Так, например, в известном ребойлере диаметром Ø1200 мм с плавающей головкой типа Т при длине теплообменных труб 6 м площадь теплообменной поверхности составляет 357 м, а в аппарате с плавающей головкой, вынесенной за пределы кожуха, площадь теплообменной поверхности составит при этом не менее 499 м².
Кроме того, вынесение плавающей головки 5 за пределы кожуха 2 предполагает размещение сливной камеры 3 вдоль боковой цилиндрической части кожуха, что приводит к значительному сокращению общей длины ребойлера. При этом длина переливной перегородки 7 составляет не менее половины длины трубного пучка 4, что значительно облегчает удаление жидкого остатка кипящего продукта.
В отличие от известной конструкции трубный пучок 4 в ребойлере приподнят над нижней образующей кожуха 2. Направляющий канал 8, расположенный под трубным пучком 4 и формируемый за счет опорных поверхностей 9 кожуха 2 и полос скольжения 10 трубного пучка 4, обеспечивает равномерное распределение потока жидкого продукта, поступающего в ребойлер, по всей длине теплообменных труб и направляет его внутрь трубного пучка 4, что, безусловно, способствует интенсификации теплообмена, так как исключает байпасные (паразитические) перетоки.
Сливная камера 3, расположенная на боковой поверхности кожуха, выполнена в виде кармана, оборудованного сливным патрубком 11, через который происходит удаление из аппарата жидкого остатка кипящего продукта. При необходимости ребойлер может оборудоваться второй сливной камерой, располагаемой на противоположной стороне кожуха 2.
Оснащение теплообменного аппарата патрубками 12 для уровнемеров позволяет контролировать уровень жидкости, как в сливной камере, так и в самом аппарате, чтобы исключить перегрев теплообменных труб при их осушении и не допустить прохождения пара через сливную камеру.
Для исключения уноса капель кипящей жидкости с потоком пара из парового пространства 13 ребойлер может быть оборудован устройством для сепарации пара 14.
Таким образом, по сравнению с известным техническим решением предлагаемая конструкция ребойлера обладает следующими преимуществами:
- увеличенной площадью теплообменной поверхности, которая не менее, чем на 40% превышает аналогичную характеристику стандартного ребойлера, имеющего сопоставимый диаметр распределительной камеры;
- высокой интенсивностью теплопередачи, которая обеспечивается за счет оптимизации скоростного режима потока теплоносителя и соответствующего повышения степени нагрева теплообменных труб;
- повышенной надежностью и долговечностью, которые являются следствием вынесения плавающей головки за пределы кожуха и обеспечения ее высокой прочности и доступности для технического обслуживания в процессе эксплуатации;
- простотой изготовления и эксплуатации, что обеспечивается выносом плавающей головки за пределы кожуха и созданием условий для ее удобной собираемости, как в процессе сборки самого трубного пучка, так и аппарата в целом.
Заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна», т.к. из уровня техники не выявлены технические решения с предлагаемой совокупностью признаков, и критерию «промышленная применимость».