Устройство теплообменное наружное вертикальных сосудов и аппаратов

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к оборудованию для нефтегазовой, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, и предназначена для подогрева или охлаждения жидких технологических веществ (рабочей среды), а также для поддержания необходимой температуры среды в емкостных вертикальных аппаратах теплоносителем с температурой от минус 60°С до плюс 380°С.
Из уровня техники известно множество теплообменников, содержащих кожух с размещённым в нем змеевиком или трубчатой решёткой, состоящих из секций (SU 1223010, МПК F 28 Р 7/02, опубл. 07.04.1986), (RU 2749474, МПК F28D7/1607 , опубл. 2021-06-11), https://knastu.ru/media/files/page_files/page_421/posobiya_2013/_Shishkin_Prochnost_i_vibratsiya_kozhukhotrubchatykh_teploobmennykh_apparatov.pdf (с. 6-11).
По совокупности существенных признаков наиболее близким техническим решением к заявленному и выбранного за прототип является аппарат с наружными змеевиками (https://gigabaza.ru/doc/17620.html) (рис.13-9) с системой труб, разделенной на секции. Теплоноситель поступает и выходит в аппарат через штуцера.
Недостатками прототипа являются:
1. Конструкция змеевика, навитого по диаметру аппарата, неразборная, трудоемкая при изготовлении.
2. Приварка змеевика к корпусу аппарата, что исключает возможность демонтажа при ремонте и транспортировки отдельно от аппарата.
3. Неразборная конструкция исключает возможность регулировать обогрев и охлаждение как по диаметру аппарата, так и по высоте, исключением отдельных секций и частей.
4. Отсутствует возможность проведения контроля толщины корпуса при техническом освидетельствовании без демонтажа змеевика.
Технической проблемой полезной модели является создание теплообменного аппарата, обладающего улучшенными характеристиками при обогреве по корпусу аппарата (в сочетании со змеевиком на днище) и обеспечивающего бесперебойный технологический процесс аппарата на прямую, оказывающий влияние на качество процесса. Создание аппарата более технологичным, удобным для изготовления, монтажа (демонтажа) и эксплуатации.
Технический результат заключается в возможности демонтажа (монтажа) отдельных секций теплообменного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство теплообменное наружное вертикальных сосудов и аппаратов, закреплённое на корпусе емкости прижимными планками, посредством гаек, шайб, а также шпилек, приваренных к обечайке корпуса вертикального сосуда, и состоящее из нескольких частей, каждая из которых содержит секции, состоящие из двух вертикальный труб, соединенных вальцованными по радиусу аппарата трубами, вваренными в вертикальные трубы под углом 1÷3° к горизонтальной плоскости, при этом каждая вертикальная труба секций оборудована бобышкой для выхода воздуха с пробкой в верхней ее части и бобышкой для слива жидкости с пробкой в нижней части, при этом соединены между собой узлом отвода с фланцевыми соединениями, при этом верхние секции частей теплообменного устройства оборудованы штуцерами входа, нижние секции - штуцерами выхода.
Планки прижимные изготовлены из уголка с прорезными пазами в виде «гребенки», прижимающей каждую вальцованную по радиусу аппарата трубу теплообменного устройства к корпусу аппарата.
Признаками полезной модели являются:
1. Теплообменное устройство наружное вертикальных сосудов и аппаратов закреплено на корпусе емкости с возможностью демонтажа при ремонте или для транспортирования.
2. Устройство состоит из 3-х частей.
3. Каждая часть состоит из 4-х секций.
4. Секции соединены между собой узлом отвода с фланцевыми соединениями.
5. Секции состоят из двух вертикальных труб, соединенных вальцованными по радиусу аппарата трубами, вваренными в вертикальные трубы под углом 1÷3° к горизонтальной плоскости.
6. Каждая вертикальная труба секций оборудована бобышкой для выхода воздуха с пробкой в верхней ее части и бобышкой для полного слива жидкости с пробкой в нижней части.
7. Верхние секции частей теплообменного устройства оборудованы штуцерами входа, нижние секции - штуцерами выхода.
8. Каждая секция закреплена планками прижимными к обечайке корпуса.
9. Планки прижимные закреплены гайками и шайбами на шпильках, приваренных к обечайке корпуса вертикального сосуда или аппарата.
10. Планки изготовлены из уголка с прорезными пазами в виде «гребенки», прижимающей каждую вальцованную по радиусу аппарата трубу теплообменного устройства к корпусу аппарата.
Признаки 1-4, 7, 8 являются общими с прототипом, 5, 6, 9, 10 - отличными от него.
Позициями на чертежах обозначены:
1 - корпус вертикального сосуда или аппарата;
2 - часть теплообменного устройства;
3 - секции частей теплообменного устройства;
4 - вертикальные трубы;
5 - вальцованные трубы;
6 - планка прижимная;
7 - шпилька;
8 - гайка;
9, 10 - шайбы;
11 - узел отвода;
12 - фланцевое соединение;
13 - бобышка для выхода воздуха;
14 - бобышка для полного слива жидкости;
15 - пробка бобышки 13;
15.1 - пробка бобышки 14;
16 - штуцер входа теплоносителя;
17 - штуцер выхода теплоносителя.
Полезная модель иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 представлен аппарат емкостной вертикальный с расположенным на нем теплообменным устройством; на фиг. 2 - части теплообменного устройства, состоящего их секций и закрепленного планками; на фиг. 3 - секция, состоящая их вертикальных и наклонных вальцованных труб;  на фиг. 4 - закрепления труб теплообменного устройства планками прижимными, с их креплением на шпильки, приваренные к аппарату; на фиг. 5 - узел отвода с фланцевым соединением; бобышка с пробкой для слива нагревающей (охлаждающей) жидкости и бобышка с пробкой для выхода воздуха.
Теплообменное устройство наружное вертикальных сосудов и аппаратов состоит из частей 2 (фиг. 2), состоящих из 4-х секций 3, соединенных между собой узлом отвода 11 с фланцевыми соединениями 12 (фиг. 5).
Секции 3 (фиг. 3) состоят из двух вертикальных труб 4, соединенных вальцованными по радиусу аппарата трубами 5, вваренными в вертикальные трубы 4 под углом 1÷3° к горизонтальной плоскости. Угол выбран оптимальным (минимальным и допустимым, чтобы существовало пространство между корпусом аппарата и змеевиком). Каждая вертикальная труба 4 секций 3 оборудована бобышкой для выхода воздуха 13 с пробкой 15 в верхней ее части и бобышкой для полного слива из устройства в случае остановки аппарата нагревающей (охлаждающей) жидкости 14 с пробкой 15.1 в нижней части (фиг. 5). Верхние секции частей 2 теплообменного устройства оборудованы штуцерами входа 16, нижние секции - штуцерами выхода 17 (фиг. 2).
Каждая секция 3 закреплена планками прижимными 6 к обечайке корпуса 1. Планки прижимные 6 закреплены гайками 8 и шайбами 9 и 10 на шпильках 7, приваренных к обечайке корпуса 1 вертикального сосуда или аппарата (фиг. 4). Планки 6 изготовлены из уголка с прорезными пазами в виде «гребенки», прижимающей каждую вальцованную по радиусу аппарата трубу теплообменного устройства к корпусу аппарата.
Наклон вертикальных труб 4 способствует полному опорожнению системы теплообмена от нагревающей (охлаждающей) жидкости при остановке аппарата. Количество вальцованных труб и шаг между ними может изменяться в зависимости от конструктивных особенностей аппарата (расположения штуцеров, люков, цапф и других устройств, а также необходимой площади теплообмена и т.п.).
После установки теплообменного устройства на аппарат, необходимо присоединить его к источнику теплоносителя для наполнения нагревающей (охлаждающей) жидкостью. Наполнение происходит наливом через штуцера входа 16. При наполнении бобышки для слива жидкости 14, расположенные в нижней части секций 3, должны быть закрыты пробками 15; бобышки для выхода воздуха 13, расположенные в верхней части секций 3, должны быть открыты. При появлении нагревающей (охлаждающей) жидкости через бобышки выхода воздуха 13, пробки 15 в верхней части секций необходимо завернуть, начиная с нижней секции и в каждой последующей по мере наполнения.
2
Пуск и эксплуатация теплообменного устройства и аппарата должны сопровождаться непрерывным наблюдением за ходом процесса. Нагружение давлением осуществляется с 15-минутными выдержками давлений на ступенях 0,25 Рраб., 0,5 Рраб., Рраб. Скорость нагружения не должна превышать 10% от Рраб. в минуту, но не более 0,5 МПа (5 кгс/см) в минуту. Режим работы устройства должен поддерживаться в пределах, приведенных в технической характеристике, параметров аппарата.
При приостановке работы аппарата необходимо выкрутить все пробки 15 бобышек слива жидкости 14 для полного опорожнения теплообменного устройства. Пробки вкручиваются только при следующем запуске в работу в вышеописанной последовательности.
Обогрев (охлаждение) рабочей среды осуществляется по всей поверхности аппарата, поскольку теплообменное устройство снаружи охватывает всю поверхность корпуса аппарата, что позволяет постоянно поддерживать заданную температуру технологического процесса.
Конструкция заявленного теплообменного устройства обеспечивает:
возможность его установки на аппараты с различным расположением штуцеров, люков и других устройств за счет корректировки расположения вальцованных по радиусу аппарата труб по высоте, что невозможно при навивке змеевика как в прототипе с заданным шагом навивки;
возможность изменения площади теплообмена в большую или меньшую сторону (при условии изменения количества вальцованных по радиусу аппарата труб), что невозможно при навивке змеевика как в прототипе с заданным шагом навивки;
высокий уровень ремонтопригодности за счет предусмотренной возможности монтажа (демонтажа) отдельными секциями (при сравнении, в прототипе необходим демонтаж всего змеевика);
доступ к сварным швам корпуса для проведения контроля толщины стенок элементов аппарата при техническом диагностировании и освидетельствовании, за счет возможности быстрого демонтажа отдельных секций (при сравнении, в прототипе необходим демонтаж всего змеевика);
возможность беспрепятственного проведения визуального и измерительного контроля как аппарата, так и теплообменного устройств за счет возможности быстрого демонтажа отдельных секций (при сравнении, в прототипе необходим демонтаж всего змеевика);
удобство транспортировки, поскольку устройство теплообменное может отгружаться как в сборе с аппаратом, так и отдельно от него (в прототипе змеевик отгружается с установленным на аппарате змеевиком).
Предлагаемая конструкция исключает навивку труб как в прототипе, что обеспечивает снижение трудоемкости при производстве и монтаже.  Также конструкция имеет возможность осуществлять слив и налив в каждой секции и части при помощи бобышки для выхода воздуха с пробкой в верхней ее части и бобышки для слива жидкости с пробкой в нижней части, имеющихся в каждой секции, что позволяет выполнять ремонт отдельных секций и частей с их временным отключением (временным снижением площади поверхности и получаемых технологических характеристик теплообменного устройства), что также влияет на повышение качества технологического процесса.
Представленная конструкция теплообменного устройства является технологичной, удобной для изготовления, монтажа и эксплуатации. Возможность демонтажа (монтажа) отдельных секций является неоспоримым преимуществом при производстве, транспортировке, монтаже, эксплуатации, а также ремонте, так как дает возможность ремонта или замены отдельных частей без демонтажа всей системы теплообмена.