Противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников
ANTI-BYPASS DEVICE FOR SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS

Изобретение относится к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известны кожухотрубчатые теплообменники с трубным пучком, размещенным в кожухе, у которого в зазоре между трубным пучком и кожухом аппарата расположен наполнитель. (Патент РФ №2693804, Кожухотрубчатый теплообменный аппарат, Опубл. 04.07.2019, бюл. №19)
В кожухотрубчатых теплообменниках аппаратах существует зазор между трубным пучком и кожухом аппарата, величина которого во много раз превышает величину зазора между теплообменными трубами. Возникает байпасный поток, при котором значительная часть теплоносителя движется в зазоре между трубным пучком и кожухом аппарата. Байпасный поток существенно снижает эффективность теплообмена, и применяют различного вида противобайпасные устройства. Наполнитель в зазоре между трубным пучком и кожухом аппарата затрудняет или полностью прекращает движение теплоносителя в зазоре между трубным пучком и кожухом аппарата. Наполнитель позволяет практически полностью избавиться от байпасного потока, но имеет недостатки. Как правило, в трубном пространстве устанавливают сегментные поперечные перегородки и другие вспомогательные устройства. Поэтому наполнитель должен состоять из отдельных элементов, монтируемых между перегородками. Наполнитель закрывает теплообменные трубы, поэтому для очистки труб и проведения ремонтных работ его необходимо демонтировать.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является стандартное противобайпасное устройство в виде полосы, устанавливаемой вдоль теплообменных труб с зазором между теплообменной трубой и полосой (ГОСТ 31842-2012 (ИСО 16812:2007) Межгосударственный стандарт. Нефтяная и газовая промышленность. Теплообменники кожухотрубчатые. Технические требования).
Полоса представляет собой прочную металлическую пластину, которая приваривается к промежуточным перегородкам. По требованиям стандарта зазор между полосой и теплообменными трубами должен соответствовать зазору между теплообменными трубами. С учетом того, что расстояния между трубами и стенкой кожуха разные, приходится использовать полосы разной ширины. Полосы располагают так, чтобы они не мешали чистке теплообменных труб, поэтому есть ограничения на расположение и количество полос. При монтаже трубного пучка используют гибкие стропы, которые обхватывают трубный пучок, и часть нагрузки приходится на противобайпасные устройства. Поэтому полосы выполняют из толстого листа, и предъявляются высокие требования к прочности сварных соединений.
Таким образом, известные противобайпасные устройства имеют неразборную конструкцию, повышенную металлоемкость и ограничения по расположению полос, что снижает эффективность устройств.
Задачей изобретения является создание эффективных легкосъемных противобайпасных устройств, снижение материалоемкости, расширение круга применяемых материалов, а также обеспечение возможности массового производства.
Технический результат достигается тем, что в противобайпасном устройстве для кожухотрубчатых теплообменников в виде полосы, устанавливаемой между поперечными перегородками вдоль теплообменных труб с зазором между теплообменной трубой и полосой, согласно изобретению, полосы прикреплены к теплообменным трубам с помощью упругих креплений.
Технический результат достигается также тем, что полосы имеют длину, превышающую половину расстояния между поперечными перегородками.
Технический результат достигается также тем, что упругое крепление состоит из двух изогнутых пластин, которые прикреплены к полосе.
Технический результат достигается также тем, что упругое крепление может быть выполнено из двух частей, соединенных шарниром.
Технический результат достигается также тем, что полосы и упругие крепления могут быть изготовлены из одного листа материала.
Упругие крепления позволяют легко монтировать и демонтировать противобайпасные устройства. Величина зазора между теплообменными трубами зависит только от высоты креплений и обеспечивается при изготовлении противобайпасных устройств. Разность расстояний между трубами и стенкой кожуха компенсируется за счет установки устройств под разными углами. Например, при монтаже можно выравнивать вершины пластин по краю поперечных перегородок. Сами пластины можно изготавливать из металла, пластика, композитных и других материалов. Расстояния между поперечными перегородками в теплообменниках разного типоразмера, а также в отдельно взятом теплообменнике могут отличаться. При установке устройств может возникнуть зазор между концом полосы и поперечной перегородкой, который снижает эффективность устройства. Для уменьшения этого зазора потребуется использовать противобайпасные устройства с разной длиной полос или производить индивидуальную подгонку длины полос. Индивидуальная подгонка длины полос и изготовление противобайпасных устройств разной длины повышает затраты на изготовление и монтаж устройств.
Если полосы имеют длину, немного превышающую половину расстояния между поперечными перегородками, то можно между поперечными перегородками устанавливать два противобайпасных устройства на одну трубу. Края пластин можно прижать вплотную к поперечным перегородкам, а в середине пластины накладываются друг на друга внахлест. Таким образом, можно, используя противобайпасные устройства одинаковой длины, минимизировать зазор между концом полосы и поперечной перегородкой при различном расстоянии между поперечными перегородками.
Полосы и упругие крепления могут быть изготовлены из одного листа материала. Например, путем штамповки можно изготовить полосы с выступающими изогнутыми лепестками, которые позволяют крепить противобайпасное устройство к трубам. Это может быть эффективным при массовом производстве.
Упругое крепление, которое состоит из двух частей, соединенных шарниром, может быть изготовлено в виде отдельного стандартного узла. Такая конструкция позволяет без усилия устанавливать крепление на трубу, а затем с небольшим усилием вставлять полосы. При этом образуется надежное крепление противобайпасных устройств к теплообменным трубам.
На фиг. 1 изображено противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников. На фиг. 2 изображено противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников в разрезе. На фиг. 3 изображено противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников, в котором полосы имеют длину, немного превышающую половину расстояния между поперечными перегородками. На фиг. 4 изображено противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников, в котором упругое крепление состоит из двух частей, соединенных шарниром. На фиг. 5 изображено противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников, изготовленное из одного листа материала.
На фиг. 1 в кожухотрубчатом теплообменнике между кожухом 1, поперечными перегородками 2 и теплообменными трубами 3 расположено противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников, состоящее из полосы 4 и упругих креплений 5. На фиг. 2 показано, что упругое крепление 5 состоит из двух изогнутых пластин, которые прикреплены к полосе 4, например, контактной сваркой. Дуги упругого крепления 5 обхватывают теплообменную трубу 3 и удерживают противобайпасное устройство. На фиг. 3 полосы 4 имеют длину, немного превышающую половину расстояния между поперечными перегородками 2. На одной теплообменной трубе 3 установлено два противобайпасных устройства. При этом зазор между концом полосы 4 и поперечной перегородкой 2 минимален, а в середине полосы 4 накладываются друг на друга внахлест. На фиг. 4 в противобайпасном устройстве для кожухотрубчатых теплообменников упругое крепление 5 состоит из двух частей, соединенных шарниром 6. Упругое крепление 5 одной частью установлено на теплообменной трубе 3, а другая часть удерживает полосу 4. На фиг. 5 противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников, изготовлено из одного листа материала. При этом полоса 4 имеет изогнутые лепестки, которые образуют упругое крепление 5.
Таким образом, противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников перекрывает зазор между теплообменными трубами 3 и кожухом 1, ограничения по количеству и месту установки противобайпасных устройств практически отсутствуют, что обеспечивает высокую эффективность противобайпасных устройств. Противобайпасные устройства легко монтируются и демонтируются, что облегчает, например, чистку межтрубного пространства. Противобайпасные устройства могут изготавливаться в массовом количестве, требуется небольшой типоразмерный ряд, чтобы перекрыть все потребности. При изготовлении противобайпасных устройств можно использовать различные материалы. Противобайпасные устройства можно устанавливать как на новых, так и на действующих кожухотрубчатых теплообменниках.