КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК С МЯГКИМ КОЖУХОМ

Предлагаемое техническое решение относится теплообменным аппаратам, предназначенным для нагревания, охлаждения, конденсации кипения, выпаривания жидкостей, газов и паров и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, судостроительной атомной, медицинской, пищевой, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепловой энергии дымовых газов, промышленных и сточных вод.
Известны кожухотрубные теплообменники в которых трубки выполнены из углеродистой стали Ст 10, 20, а кожух из стали ВМСт3, а также такие, в которых кожух и трубы выполнены из нержавеющей стали XI8HIOT (Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию / Под редакцией Ю.И. Дытнерского - М.: Химия, 1983, с. 39).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится необходимость периодической остановки работы теплообменника для очистки наружной и внутренней поверхности труб от загрязнений (коррозии, солевого камня термической деструкции и других отложений). Эти загрязнения, во-первых, снижают тепловую мощность во время эксплуатации, а во вторых, уменьшают время основной работы, что в целом снижает производительность.
Известны кожухотрубные теплообменники изготавливаемые за рубежом, в которых трубки выполнены из нержавеющих сталей AJSJ400, AJSJ300, алюминия, алюминиевой бронзы или латуни, меди и никеля или для защиты от коррозии из биметаллических труб (Дж. Перри Справочник инженера-химика. Том 1. - Л.: Химия, 1969, с. 262, 263).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится снижение тепловой мощности и как следствие производительности по нагреваемому или охлаждаемому теплоносителю из-за отложений солевого камня, термической деструкции и других загрязнений на внешней и внутренней поверхности трубок.
Известен кожухотрубный теплообменник содержащий корпус с патрубками и крышкой, трубную систему, трубные доски, причем одна из трубных досок расположения между крышкой и корпусом, при этом параллельно ей установлена мембрана с расположенным в ее центре пьезоэлементом, подсоединенным через преобразователь к источнику переменного тока (описание полезной модели к патенту РФ №734621 28G 13/00, 2008 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неравномерность пульсаций давления, передаваемого мембраной от пьезоэлемента к центральным и периферийным трубкам трубной системы, что снижает эффективность снижения отложений, а с ними уменьшает тепловую мощность, приводящую к снижению производительности. Кроме того, отложения удаляются на внутренней поверхности трубок, где возникают пульсации давления в теплоносителе, движущимся внутри трубок, а внешняя теплопередающая поверхность трубок не очищается. Это еще больше снижает в процессе эксплуатации тепловую мощность и производительность.
r2
3
Известна теплообменная труба, выполненная с коррозионностойким и износостойким покрытием на ее наружной поверхности посредством напыления газотермическим, преимущественно высокоскоростным методом порошковой смеси, включающей металлокерамический порошок СС, NiCr и порошок сплавов, выбранного из следующего числа: FeCrSi, FeCrBSi, NiFeCrSi, NiFeCrBSi, при этом массовое содержание порошка сплава в порошковой смеси составляет от 20% до 80% (описание полезной модели к патенту РФ №80937, F28F 1/00, F22G 3/00/00, 2009 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится возможность образования отложения солей и продуктов деструкции теплоносителей, как на внешней, так и на внутренней (на защищенной от коррозии) теплопередающих поверхностях теплообменной трубки, что снижает тепловую мощность и производительность, а необходимость остановки работы на очистку этих теплопередающих поверхностей еще больше уменьшают производительность.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является кожухотрубный теплообменник с мягким кожухом, содержащий несколько теплообменных трубок снабженных на концах раздающим и собирающим коллекторами с подводящим и отводящим патрубками и помещенных в кожух, имеющий на концах радиально установленные подводящий и отводящий штуцера, при этом кожух выполнен из мягких материалов, например, из дюритовых шлангов, а теплообменные трубки свернуты в растянутую спираль (полезная модель к патенту №48043РФ, F28D 7/00, 2005 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится постепенное в процессе эксплуатации снижения тепловой мощности, передаваемой через теплопередающие поверхности теплообменных трубок от горячего теплоносителя к холодному за счет образования загрязнений на внутренней и внешней поверхности трубок в виде отложения солей, накипи, продуктов термической деструкции, ржавчины и др., что приводит к снижению производительности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного теплообменника является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике с мягким кожухом, содержащий несколько теплообменных трубок, снабженных на концах раздающим и собирающим коллекторами с подводящим и отводящим патрубками и помещенных в кожух, имеющий на концах радиально установленные подводящий и отводящий штуцера, а сам кожух выполнен из дюритового шланга, причем, что дюритовый шланг выполнен гофрированным, а теплообменные трубки выполнены из материала, обладающего эффектом памяти.
Выполнение теплообменных трубок из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет им при нагревании удлиняться на 10% и более по сравнению с долями процентов при выполнении трубок из обычных материалов, не обладающих эффектом памяти. При длительной эксплуатации на внутренней и внешней теплопередающих поверхностях растянутых трубок образуются отложения (солевые камни, продукты термической деструкции, ржавчины и др.), приводящие к постепенному снижению тепловой мощности. При остановке работы и охлаждении длина трубок сокращается до первоначального размера, что приводит к растрескиванию, выкрашиванию, отслоению отложений от теплопередающих поверхностей трубок и уменьшает время очистки, продувки и промывки внутренней и внешней теплопередающих поверхностей трубок, увеличивает время основной работы теплообменника, а значит и производительность.
Выполнение дюритного шланга кожуха гофрированным позволяет за счет деформации гофр удлиняться дюритному шлангу вслед за трубками на 10% и более, что предупреждает разрыв шланга, потерю им герметичности и необходимости преждевременной остановки работы теплообменника. Это увеличивает время основной работы теплообменника, а значит способствует увеличению производительности.
На чертеже представлена схема кожухотрубного теплообменника с мягким кожухом. Он состоит из кожуха, выполненного из мягкого материала, например, дюритового шланга 1 с гофрами 2. Внутри кожуха установлены теплообменные трубки 3, герметично закрепленные в подводящем 4 и отводящем 5 коллекторах с подводящим 6 и отводящим 7 патрубками для горячего теплоносителя. Дюритовый гофрированный шланг 1 кожуха имеет на концах радиально установленные подводящий 8 и отводящий 9 штуцера для холодного теплоносителя.
Для установки теплообменника на фундамент корпус снабжен опорами 10. Отличительной особенностью кожухотрубного теплообменника с мягким кожухом, помимо гофр 2 на дюритовом шланге 1, является то, что теплообменные трубки 3 выполнены из материала, обладающего эффектом памяти.
Кожухотрубный теплообменник с мягким кожухом работает следующим образом.
По подводящему патрубку 6 в коллектор 4 подают горячий теплоноситель, который поступает в теплообменные трубки 3 и поднимаясь снизу вверх охлаждается, поступает в коллектор 5 и выводится наружу через отводящий патрубок 7. Холодный теплоноситель по радиальному подводящему штуцеру 8 поступает в межтрубное пространство кожуха дюритового гофрированного шланга 1, омывает наружную теплопередающую поверхность теплообменных трубок 3 и опускаясь сверху вниз нагревается и выводится наружу по радиальному отводящему штуцеру 9.
При нагревании трубки 3, выполненные из материала, обладающего эффектом памяти удлиняются на 10 или более %, то есть трубки 3 имеющие длину 4÷6 м удлиняются на 40-60 см. Так как дюритовый шланг 1 имеет на боковой поверхности гофры 2, то он также за счет деформации гофр 2 удлиняется на эту величину без разрывов и потери герметичности.
В процессе работы на наружной и внутренней поверхности теплообменных трубок 3 образуются отложения в виде солевого камня, продуктов термической деструкции горячего и холодного теплоносителя, ржавчины и т.п..
При их накоплении работу теплообменника останавливают и охлаждают. Стенки теплообменных трубок 3 также охлаждаются, а так как они выполнены из материала, обладающего эффектом памяти, то их длина уменьшается на 40-60 см., возвращаясь к первоначальной длине в холодном состоянии. Отложения на внешней и внутренней теплопередающих поверхностях трубок 3 деформируются, выкрашиваются, растрескиваются и отслаиваются от поверхности трубок 3, что облегчает их удаление при промывки и продувке, уменьшает время очистки теплопередающих поверхностей, а значит уменьшает время подготовительных к операций к новому циклу работы и приводит росту производительности.
Материалы, обладающие эффектом памяти известны. (Физические эффекты в машиностроении. Справочник:/Под редакцией В.А. Лукьянца - М.: Машиностроение, 1993, с. 150). Это может быть легированная сталь 12Х18Н10Т; никель-алюминиевый сплав (36,8% AL); медно-алюминиевый - никелевый сплав; марганцово-медный сплав Mn-Cu (90% Мn); титан-никелевый сплав.
Таким образом, предлагаемая конструкция кожухотрубного теплообменника с мягким кожухом, выполненном в виде дюритового шланга 1 с гофрами 2, а теплообменные трубки 3 которого выполнены из материала, обладающего эффектом памяти, позволяет уменьшить время очистки теплопередающих поверхностей теплообменных трубок 3 от отложений, увеличить время основной работы, а тем самым и производительность.