Самоочищающийся кожухотрубный теплообменник
SELF-CLEANING SHELL-AND-TUBE HEAT EXCHANGER

Предлагаемое изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для нагрева и охлаждения газов и жидкостей в различных отраслях народного хозяйства, а именно для интенсификации процесса теплопередачи и снижения скорости образования накипи.
Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубки ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные перегородки по длине пучка и продольные перегородки [Патент РФ №2169327, МПК F28D 3/02, 2001].
Основными недостатками известного теплообменника являются недостаточная скорость теплопередачи в теплообменных трубах и образование накипи на их внутренней поверхности, обусловленные недостаточной турбулизацией теплоносителя, двигающегося внутри труб.
Более близким к предлагаемому изобретению является трубчатый теплообменник, содержащий кожух, в котором размещен пучок труб, соединенных с трубными решетками, и патрубки ввода и вывода трубной среды, турбулизаторы, размещенные внутри каждой трубы соосно по всей ее длине и представляющие собой металлический прут или проволоку, к которым по всей длине на расстоянии Δ друг от друга прикреплены турбулизирующие элементы [US 2012298340 A1, МПК F16L 55/00, F28F 13/12, 29.11.2012].
Основным недостатком известного теплообменника является сложность конструкции турбулизирующих элементов, влекущая за собой увеличение его стоимости, сложность эксплуатации, что снижает эффективность самоочищающегося кожухотрубного теплообменника.
Технический результат достигается самоочищающимся кожухотрубным теплообменником, включающим кожух, в котором размещен пучок теплообменных труб, соединенных с трубными решетками, и патрубки ввода и вывода межтрубной среды, коллекторные камеры с патрубками ввода и вывода трубной среды, причем внутри каждой трубы по ее длине соосно размещен турбулизатор, представляющий собой туго натянутый металлический прут или проволоку, к которому по всей длине на расстоянии Δ друг от друга прикреплены лепестки, выполненные в форме пропеллера или скрутки проволоки, причем концы прутьев или проволоки прикреплены к опорным стержням, вставленным в пазы между буртиками, прикрепленными к наружной поверхности трубных решеток.
Предлагаемый самоочищающийся кожухотрубный теплообменник (СОКТ) представлен на фиг. 1-5 (фиг. 1, 2 - общий вид и разрез, фиг. 3-5 - узел турбулизаторов 10 и его разрезы).
СОКТ состоит из кожуха 1, в котором размещен пучок теплообменных труб 2, соединенных с трубными решетками 3, и патрубки ввода 4 и вывода 5 межтрубной среды, коллекторные камеры 6 и 7 с патрубками ввода 8 и вывода 9 трубной среды, причем внутри каждой трубы 2 по ее длине соосно размещен турбулизатор 10, представляющий собой туго натянутый металлический прут 11 (1-й вариант) или проволоку 12 (2-й вариант), к которому по всей длине на расстоянии Δ друг от друга прикреплены лепестки 13, выполненные в форме пропеллера (1-й вариант) или скрутки 14 проволоки (2-й вариант), причем концы прутьев 11 (1-й вариант) или проволоки 12 (2-й вариант) прикреплены к опорным стержням 15 (узлы крепления не показаны), вставленным в пазы 16 между буртиками 17, прикрепленными к наружной поверхности трубных решеток 3.
Перед началом эксплуатации, во время изготовления, монтажа или капитального ремонта к наружной поверхности трубных решеток 3 обычного кожухотрубного теплообменника прикрепляют (например, при помощи сварки) буртики 17 таким образом, чтобы ширина паза 16 между ними была равна толщине опорного стержня 15, в теплообменные трубы 2 вкладывают турбулизаторы 10, после чего в пазы между буртиками 17 вставляют стержни 15, к которым соосно трубам 2 крепят концы турбулизаторов 10, туго натягивая их, в результате чего получается конструкция СОКТ.
СОКТ работает следующим образом. При течении жидкости (например, воды) в теплообменных трубах 2 возникает турбулентное винтовое движение по всей их длине, обусловленное наличием в турбулизаторах 10 лепестков 13 или скруток 14. Кроме того, при движении жидкости происходят колебания туго натянутых прутов 11 (проволоки 12), которые создают дополнительные пульсации потока. При этом вихревые структуры и пульсации, образующиеся по всему сечению потока в трубах 2 активизируют процесс теплоотдачи от ядра потока к поверхности труб за счет увеличения скорости пристенного слоя. Эти же процессы обеспечивают интенсивный унос механических примесей, присутствующих в жидкости, и снижают скорость образования накипи и отложений механических примесей за счет уменьшения времени контакта частиц воды с внутренней поверхностью трубы 2.
Предлагаемое устройство применимо в конструкциях кожухотрубных теплообменников с прямыми круглыми трубами. 1-й вариант устройства турбулизатора 10 рекомендуется использовать для теплообменников трубы 2 с диаметрами D>25 мм и длиной L>2 м. Для остальных размеров теплообменников можно использовать 2-й вариант устройства турбулизаторов 10. Шаг между лепестками 13 (скрутками 14) Δ, их размеры зависят от диаметра труб 2, скорости движения жидкости в них и определяются опытным путем.
Таким образом, без серьезной переделки существующей конструкции кожухотрубного теплообменника обеспечивается дополнительная турбулизация потока жидкости в трубах 2, в результате чего происходит интенсификация теплопередачи, снижается скорость образования накипи и отложений на их внутренней поверхности, что повышает эффективность самоочищающегося кожухотрубного теплообменника.