КОЖУХОТРУБЧАТЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, в частности к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам с неподвижными трубными решетками, и может быть использована в газовой промышленности.
Известен кожухотрубчатый теплообменный аппарат с неподвижными трубными решетками, принятый за прототип (Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. Учебник для вузов / Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. - М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000, стр. 567). Кожухотрубчатый теплообменник включает цилиндрический кожух, трубный пучок, крышки, штуцеры для теплообменивающихся сред, опору. При этом трубный пучок состоит из теплообменных труб, трубных решеток и поперечных перегородок.
Недостатком известного кожухотрубчатого теплообменника, имеющего большую длину, является конструктивное исполнение трубного пучка, а именно отверстия под теплообменные трубы в поперечных перегородках позиционно совпадают с соответствующими отверстиями под теплообменные трубы в трубных решетках. Согласно ГОСТ 31842-2012 наружный диаметр поперечных перегородок меньше внутреннего диаметра цилиндрического кожуха. При установке трубного пучка в цилиндрический кожух теплообменника, под действием силы тяжести, средняя часть трубного пучка прогибается и ложится поперечными перегородками на нижнюю часть кожуха. В теплообменных трубах трубного пучка образуется застойная зона, в которой скапливается жидкость после гидравлического испытания, окалина.
Технический результат заявляемой полезной модели - ликвидация прогиба трубного пучка при сборке теплообменника большой длины и обеспечение полного слива жидкости из теплообменных труб трубного пучка после гидравлического испытания кожухотрубчатого теплообменника.
Технический результат достигается тем, что кожухотрубчатый теплообменник содержит цилиндрический кожух с трубным пучком, цилиндрический кожух снабжен фланцами, на которых жестко установлены торцевые крышки, в верхней части цилиндрического кожуха размещены штуцеры входа и выхода нагреваемой среды, в нижней части размещены штуцеры входа и выхода теплоносителя, опора и краны дренажные для слива жидкости из трубного и межтрубного пространства, трубный пучок включает в себя теплообменные трубы, трубные решетки с выполненными в них сквозными отверстиями, в которых жестко закреплены концы теплообменных труб, поперечные перегородки с выполненными в них сквозными отверстиями, через которые последовательно введены теплообменные трубы, сквозные отверстия поперечных перегородок и соответствующие сквозные отверстия трубных решеток позиционно не совпадают, оси сквозных отверстий поперечных перегородок смещены вверх, относительно осей соответствующих сквозных отверстий трубных решеток, причем величина смещения осей отверстий увеличивается по мере удаления поперечных перегородок от трубных решеток, и становится максимальной в середине трубного пучка, теплообменные трубы имеют форму, при которой середина теплообменной трубы находится выше концов на максимально допустимую величину.
На фиг. 1 показан общий вид кожухотрубчатого теплообменника в сборе.
На фиг. 2 - продольный разрез трубного пучка.
Кожухотрубчатый теплообменник (фиг. 1) содержит цилиндрический кожух 1, внутри которого расположен трубный пучок 2, образующий трубное и межтрубное пространство. Цилиндрический кожух 1 снабжен фланцами 3, на которых жестко установлены торцевые крышки 4 при помощи шпилечных соединений 5. В верхней части цилиндрического кожуха 1 размещены штуцер входа нагреваемой среды 6 и штуцер выхода нагреваемой среды 7. В нижней части цилиндрического кожуха 1 размещены штуцер входа теплоносителя 8 и штуцер выхода теплоносителя 9, опора 10, кран дренажный для слива жидкости из трубного пространства 11, и кран дренажный для слива жидкости из межтрубного пространства 12 после гидроиспытаний.
max
Трубный пучок 2 состоит из теплообменных труб 13 (фиг. 2), трубных решеток 14 с выполненными в них сквозными отверстиями 15, в которых жестко закреплены концы теплообменных труб 13, поперечных перегородок 16 с выполненными в них сквозными отверстиями 17, через которые последовательно введены теплообменные трубы 13. Сквозные отверстия 17 поперечных перегородок 16 и соответствующие сквозные отверстия 15 трубных решеток 14 позиционно не совпадают. Оси сквозных отверстий 17 поперечных перегородок 16 смещены вверх на величину h, относительно осей соответствующих сквозных отверстий 15 трубных решеток 14, причем величина h смещения осей отверстий увеличивается по мере удаления поперечных перегородок 16 от трубных решеток 14 и становится максимальной птах в середине трубного пучка 2. Теплообменные трубы 13 имеют форму, при которой середина теплообменной трубы 13 находится выше концов на максимально допустимую величину h.
max
Сборку заявляемого кожухотрубчатого теплообменника производят в заводских условиях. Сначала собирают трубный пучок 2. Для этого изготовленные трубные решетки 14 с выполненными в них сквозными отверстиями 15 и поперечные перегородки 16, с выполненными в них сквозными отверстиями 17, устанавливают на стапеле. Трубные решетки 14 и поперечные перегородки 16 фиксируют шпильками (соединения на фиг. не показаны) и приваривают с соблюдением их длинновых размеров и позиционного расположения. Затем последовательно вводят теплообменные трубы 13 через сквозные отверстия 15 трубных решеток 14 и соответствующие сквозные отверстия 17 поперечных перегородок 16. Сквозные отверстия 17 поперечных перегородок 16 и соответствующие сквозные отверстия 15 трубных решеток 14 позиционно не совпадают. Оси сквозных отверстий 17 поперечных перегородок 16 смещены вверх на величину h, относительно осей соответствующих сквозных отверстий 15 трубных решеток 14, причем величина h смещения осей отверстий увеличивается по мере удаления поперечных перегородок 16 от трубных решеток 14 и становится максимальной птах в середине трубного пучка 2. Теплообменные трубы 13 принимают форму, при которой середина теплообменной трубы 13 находится выше концов на максимально допустимую величину h. В трубных решетках 14 концы теплообменных труб 13 приваривают и развальцовывают. Собранный трубный пучок 2 помещают в цилиндрический кожух 1. Далее трубные решетки 14 приваривают к цилиндрическому кожуху 1. Затем с торцевых сторон к цилиндрическому кожуху 1 приваривают фланцы 3, на которые жестко устанавливают торцевые крышки 4 с помощью шпилечных соединений 5. В верхней части цилиндрического кожуха 1 приваривают штуцер входа нагреваемой среды 6 и штуцер выхода нагреваемой среды 7, а в нижней части - штуцер входа теплоносителя 8 и штуцер выхода теплоносителя 9, опору 10, кран дренажный для слива жидкости из трубного пространства 11 и кран дренажный для слива жидкости из межтрубного пространства 12.
Перед запуском в эксплуатацию, для проверки качества изготовления кожухотрубчатого теплообменника, проводят гидравлическое испытание на прочность и герметичность. При испытании теплообменника используют воду. Испытание проводят пробным давлением в два этапа. Этап первый - испытание межтрубного пространства (без торцевых крышек 4) пробным давлением межтрубного пространства. Этап второй - испытание трубного пространства (теплообменник в сборе) пробным давлением трубного пространства. Давление поднимают равномерно до достижения пробного и выдерживают определенное время. После выдержки под пробным давлением, давление снижают до расчетного, при котором проводят визуальный осмотр наружной поверхности, разъемных и сварных соединений. После проведения гидравлического испытания вода полностью удаляется из теплообменных труб 13 через кран дренажный для слива жидкости из трубного пространства 11. Из межтрубного пространства вода удаляется через кран дренажный 12.
Кожухотрубчатый теплообменник, например теплообменник «газ-газ», работает следующим образом.
Теплоноситель, например сырой газ, поступает по штуцеру входа теплоносителя 8 в трубное пространство, последовательно проходит по теплообменным трубам 13 трубного пучка 2 и выходит через штуцер выхода теплоносителя 9. Одновременно нагреваемая среда, например осушенный газ, полученный от низкотемпературного сепаратора УКПГ (установки комплексной подготовки газа), подается по штуцеру входа нагреваемой среды 6 в межтрубное пространство, последовательно проходит через межтрубное пространство, огибая поперечные перегородки 16, выходит через штуцер выхода нагреваемой среды 7. Проходя противотоком через теплообменные трубы 13 и межтрубное пространство соответственно, сырой газ охлаждается, а осушенный газ, имеющий более низкую температуру, подогревается.
Преимущество полезной модели состоит в том, что предлагаемая компоновка трубного пучка 2 кожухотрубчатого теплообменника позволяет ликвидировать прогиб средней части теплообменных труб 13 при сборке теплообменника большой длины. Исключает образование в теплообменных трубах 13 застойных зон, в которых скапливается жидкость, окалина и залегание поперечных перегородок 16 на нижнюю часть цилиндрического кожуха 1. Кроме того, после проведения гидравлического испытания кожухотрубчатого теплообменника обеспечивает полное удаление воды из теплообменных труб 13 за счет траектории движения потока. Таким образом, заявленная полезная модель позволяет повысить долговечность и эксплуатационную надежность аппарата.