КАССЕТА ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Полезная модель относится к энергетике, а именно, к трубчатым теплообменникам, например, сепараторов-пароперегревателей.
Известна кассета трубчатого теплообменника, предназначенная для установки в корпусе теплообменника и содержащая закрепленный в трубных решетках трубный пучок (Патент РФ №561069). Как правило, геометрические параметры такой кассеты определяются в соответствии с ГОСТ 9929-82 и не являются оптимальными с точки зрения обеспечиваемого кассетой теплообмена.
Известное техническое решение реализовано в кассете трубчатого теплообменника, содержащей стальные трубные решетки с выполненными в них с определенным шагом установочными отверстиями и трубный пучок, трубы которого выполнены из стали и заделаны в трубных решетках путем раздачи концевой зоны каждой трубы в соответствующем установочном отверстии и сварки торца труб с трубной решеткой (Патент РФ №2128560). Это техническое решение выбрано в качестве прототипа и сопровождается оригинальным способом заделки труб в трубные решетки, при котором производят раздачу труб в отверстиях трубной решетки и приварку их к трубной решетке по периметру соединения, для чего в зону раздачи труб вводят разжимные кольцевые сварочные электроды, в процессе раздачи прижимают их к внутренней поверхности трубы по ее периметру, а в конце раздачи к упомянутым электродам и трубной решетке подают сварочный ток и осуществляют контактную сварку труб с трубной решеткой кольцевым швом, причем раздачу труб в отверстиях трубной решетки выполняют кольцевыми участками ограниченной ширины в заданных зонах по толщине трубной решетки.
Недостаток указанной кассеты трубчатого теплообменника заключается в ее низкой эффективности, обусловленной не оптимально выбранным шагом между установочными отверстиями трубной решетки, являющимся одним из определяющих параметров эффективности теплообмена. Кроме того, указанная кассета не является унифицированной для теплообменников с подачей через трубный пучок как греющей (нагреваемая среда подается в корпус теплообменника), так и нагреваемой (греющая среда подается в корпус теплообменника) среды.
Полезная модель направлена на решение задачи повышения эффективности кассеты трубчатого теплообменника и ее унификации.
Технический результат - обеспечение наиболее эффективного теплообмена и унификации кассеты для различных схем ее взаимодействия с греющей и нагреваемой средой.
нap
нap
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в кассете трубчатого теплообменника, содержащей предназначенные для установки в корпусе стальные трубные решетки с выполненными в них с определенным шагом установочными отверстиями и трубный пучок, трубы которого выполнены из стали и заделаны в трубных решетках путем раздачи концевой зоны каждой трубы в соответствующем установочном отверстии и сварки торца труб с трубной решеткой, установочные отверстия выполнены с шагом, определяемым из соотношения S/d - 1,17÷1,27, где S - шаг расположения установочных отверстий, d - наружный диаметр труб.
Полезная модель иллюстрируется рисунками:
Фиг.1 - кассета трубчатого теплообменника, установленная в корпус теплообменника;
Фиг.2 - разрез по А-А на Фиг.1;
Фиг.3 - разрез по Б-Б на Фиг.2;
Фиг.4 - диаграмма: эффективность теплообмена - шаг установочных отверстий.
нap
Трубчатый теплообменник 1 включает несколько кассет 2 (Фиг.1). Кассета 2 трубчатого теплообменника (Фиг.2) содержит выгородку 3, стальные трубные решетки 4 и трубный пучок, состоящий из труб 5. Трубы 5 заделаны в установочные отверстия 6 трубных решеток 4 (Фиг.3). Установочные отверстия 6 (и соответственно трубы 5 трубного пучка) выполнены в трубных решетках 4 с шагом S=1,17÷1,27 d.
Трубы 5 трубного пучка и трубные решетки 4 выполнены из стали. Применяемые обычно марки стали: Ст22К, Ст20, 08Х18Н10Т, 08Х14МФ и их аналоги.
Опытным путем установлена зависимость эффективности теплообмена (отношение расхода теплоносителя к выходу нагреваемой среды при заданных параметрах) от шага расположения труб в трубном пучке кассеты трубчатого теплообменника. Графики этой зависимости представлены на диаграмме (фиг.4): А - график для схемы, когда греющая среда подается через трубный пучок (нагреваемая среда подается в корпус теплообменника 1/выгородку 3 кассеты 2), Б - график для схемы, когда нагреваемая среда подается через трубный пучок (греющая среда подается в корпус теплообменника 1/выгородку 3 кассеты 2).
нap
нар
нap
1
BX
2
Опыты проводились на кассете трубчатого теплообменника серийного сепаратора-пароперегревателя СПП-500-2 с шагом S установочных отверстий в трубных досках от 1,05 d до 1,35 d с интервалом Δ=0,01 d опытных значений S. В процессе опытов для опытных значений шага S измерялись расход теплоносителя и выход нагреваемой среды. Управление параметрами процесса осуществлялось с поддержанием заданных температур теплоносителя t и нагреваемой среды: на входе t и на выходе t.
нap.
1
1
2
BX
2
Из представленной диаграммы видно, что для обеих схем оптимум эффективности теплообмена находится в вышеозначенном интервале значений шага S=1,17÷1,27 d, т.е. при минимальном расходе теплоносителя V=0,55 тонн/час с рабочей температурой t=270° получаем максимальный выход нагреваемой среды V=4 тонн/час с температурой на входе t=190° и температурой на выходе t=262°.
нap
Одновременно, в процессе опытов, было подтверждено отсутствие негативных с точки зрения качества заделки труб в трубных решетках явлений (течи и потения в местах заделки труб) при значениях S равным 1,17 d и больше.
С учетом изложенного можно сделать вывод, что заявленный технический результат - обеспечение наиболее эффективного теплообмена и унификации кассеты для различных схем ее взаимодействия с греющей и нагреваемой средой - достигнут.