CS206414B1 - Výměník tepla - Google Patents

Výměník tepla Download PDF

Info

Publication number
CS206414B1
CS206414B1 CS853679A CS853679A CS206414B1 CS 206414 B1 CS206414 B1 CS 206414B1 CS 853679 A CS853679 A CS 853679A CS 853679 A CS853679 A CS 853679A CS 206414 B1 CS206414 B1 CS 206414B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
thin
walled
partition
heat exchanger
exchanger
Prior art date
Application number
CS853679A
Other languages
English (en)
Inventor
Jan Florian
Jan Nemcansky
Josef Prchal
Miroslav Rajnoha
Zdenek Vecera
Original Assignee
Jan Florian
Jan Nemcansky
Josef Prchal
Miroslav Rajnoha
Zdenek Vecera
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jan Florian, Jan Nemcansky, Josef Prchal, Miroslav Rajnoha, Zdenek Vecera filed Critical Jan Florian
Priority to CS853679A priority Critical patent/CS206414B1/cs
Publication of CS206414B1 publication Critical patent/CS206414B1/cs

Links

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Vynález se týká uzavřeného plášťového výměníku tepla, opatřeného svazkem topných trubek zaústěných alespoň na jedné straně do pevné trubkovnice. Výměník je urěen zejména pro výměnu tepla mezi látkami s velmi rozdílnou teplotou a tlakem. Může být použit kupříkladu jako výměník odpadního tepla, sloužící pro výrobu páry.
V řadě moderních pracovních procesů vystupuje pracovní látka z procesu s vysokou teplotou a je tedy nositelem značných množství tepelné enágie. Z hlediska ekonomie výroby je pochopitelně žádoucí teto energii využívat. V jiných případech je navíc nutno potlačit průběh vedlejších reakcí, které nevýhodně mění výsledný efekt procesu. Dosahuje, se toho kupříkladu velmi rychlým ochlazením pracovní látky vystupující z procesu. Výměník se v těchto případech stává zařízením s přímým technologickým posláním.
Nejčastěji se k danému účelu využívá jako chladící prostředí voda. Vlastní výměna tepla mezi pracovním prostředím vystupujícím Z procesu a vodou, při níž může s výhodou vznikat pára vyšších parametrů, se uskutečňuje ve výměnících různých konstrukcí? Konstrukční řešení těchto výměníků představuje obecně velmi obtížný, komplexní úkol, nebot na hořké straně výměníku působí značné rozdíly teplot, tepelné toky jsou velmi vysoké, hrozí přojevy různých druhů koroze a navíc zde působí i značné rozdíly tlaků obou látek. Pod tlakem často protichůdných požadavků byla takto dosud volena r^.zná kompromisní řešení,
206.414 jejichž zákonitým důsledkem je, že nejsou zcela prosta různých nedostatků, 7 současné době se vzhledem ke stále vzrůstajícím výkonům chemických zařízení otázka spolehlivosti a životnosti každého jejich členu stává prvořadým požadavkem. Výměník odpadního tepla se v důsledku shora uvedených okolností může stát kritickým místem a zdrojem značných ekonomických ztrát.
Jedno ze známých řešení představuje vysokotlaký plástový výměník, u něhož teplosměnnou plochu tvoří svazek do sebe zasunutých, zdvojených trubek, na obou koncích zaústěných do společných zploštěných kolektorů. Toto řešení obchází sice nutnost použití silnostěnných konstrukčních dílů, zejména trubkovnic, avšak za cenu konstrukční i technologické složitosti zařízení a většího obestavěného prostoru. Nevýhodou je rovněž obtížnost rovnoměrného rozdělení nátoků na stranách obou medií a praktická nemožnost oprav některých míst výměníku.
Při jiném řešení plástového trubkového výměníku je nosná a těsnící funkce trubkovnice na horkém konci výměníku rozdělena mezi trubkovnici, která je provedena jako tenkostěnná, a výztužný systém, sestávající z krátkých táhel, spojených s řadami příčných nosníků, jež se opírají o kruhový výstupek pláště výměníku. Nosníky přebírají přitom nosnou úlohu trubkovnice. Popsané uspořádání představuje nicméně výrobně značně komplikovaný systém. Řešení prostoru na horkém konci výměníku nedává kromě toho předpoklady pro zvládnutí nezbytného rovnoměrného rozdělení nátoku chladící vody při dodrženi potřebné minimální rychlosti po celé ploše tenkostěnné trubkovnice, a tím i pro dostatečné chlazení trubkovnice a odplavování mechanických nečistot. To vyvolává opět obtížné zvládnutelný problém koroze tepelně exponovaných ploch.
Jiné řešení navazuje na shora popsaný systém tím způsobem, -že soustavu příčných nosníků nahrazuje vodorovnou nosnou přepážkou. Toto řešení je sice konstrukčně jednodušší, neřeší však dostatečně otázku proudění vody v kritických místech. Odstranění těchto problémů je předmětem dalších řešení. V jednom z nich jsou kupříkladu topné trubky v prostoru nosného systému vedeny souosými usměrňovacími trubkami, které jsou na konci odvráceném od trubkovnice upevněny v nosné přepážce, zatímco na konci přivráceném k trubkovnici jsou ukončeny volně, popř. jsou upevněny v přítlačné desce, apojené pevně s nosnou přepážkou, anebo v další nosné přepážce. Toto řešení, zejména ve spojení s vhodně odstupňovaným vstupním průřezem mezikruhových průtočných kanálků, vymezených mezi stěnami topných trubek a usměrňovačích trubek, přispívá k rovnoměrnému rozdělení chladícího prostředí po celé ploše trubkovnice, a tím i ke zlepšení chladícího účinku.
Vysokotlaký trubkový výměník tepla podle vynálezu vychází ze shora uvedených poznatků a zkušeností a zdokonaluje dále dosud známá provedení těchto aparátů. Výměník je opatřen svazkem topných trubek, uložených v plášti s hrdly pro přívod chladící vody na jednom konci a hrdly pro odvod parovodní směsi na druhém konci a zaústěných na alespoň jedné straně do pevné trubkovnice, která je provedena jako tenkostěnná a je opatřena nosným systémem sestávajícím z jedné nebo více navzájem pevně spojených nosných přepážek,opatře» ných otvory pro topné trubky a pomocí táhel spojených s tenkostSnnou trubkovnicí. Výměník je podle vynálezu charakterizován tím, že ctěn® nosné přepážky sousedící s tenkostěnnou trubkovnicí je na straně přivrácené k trubkovnici provedena jako rotační plocha vyklenutá podle tvořící přímky, popř. křivky směrem k tenkostšnné trubkovnici.
Ve vysokotlakém trubkovém výměníku podle vynálezu se otázka proudění vody v kritických místech na horkém konci výměníku řeší tedy tím, že se mezi nosnou přepážkou a tenkostěnnou trubkovnicí vytvoří tvarovaný prostor, který je sám o sobě schopen ovlivnit charakter proudění chladící vody v tomto prostoru v radiálně-osovém směru tak, že rychlost vody proudící nad tenkostěnnou trubkovnicí v žádném místě neklesne pod minimální kritickou hodnotu požadovanou pro zajištění spolehlivé chladící a oplachovací funkce. Tenkost ěnná trubkovnice se v důsledku toho nepřehřívá a současně se předchází usazování mechanických nečistot, které vytvářejí zárodky pevně ulpívajících úsad, pod nimiž může probíhat koroze, nepříznivě ovlivňující spolehlivost a životnost aparátu.
Otázka proudění chladící vody ve střední části aparátu se dále podle vynálezu řeší tak, že ve středové části trubkového svazku výměníku je vytvořen volný prostor, do něhož je zaústěn nejméně jeden středový prostupný otvor provedený v plné střední části nosné přepážky nebo přepážek. Tímto uspořádáním se podporuje preferenční nátok vody do středové části trubkového svazku a dociluje se požadovaných chladících účinků i v této tepelně nejvíce exponované oblasti. Rychlost proudění chladící vody po ploše trubkovnice je možno dále vhodně regulovat tím, že průtočná plocha otvorů pro topné trubky se po ploše nosné přepážky mění, a to nejlépe tak, že průtočná plocha ve střední části nosné přepážky činí 1,05 až 1,3 násobek průtočné plochy v .obvodové části nosné přepážky.
Za určitých podmínek, kupříkladu u výměníků s přímým trubkovým svazkem, které vykazují velké průměry anebo u výměníků, které jsou z technologických důvodů zkráceny, mohou být i výstupní teploty pracovního media na studeném konci výměníku značně vysoké, takže nedovolují ani v tomto místě použití jednoduché silnostěnné trubkovnice. V tomt.o případě je účelné i tento konec výměníku, provést stejným způsobem jako horký konec, tj. opatřit jpj tenkostěnnou trubkovnicí s nosným systémem. Do prostoru mezi tenkostěnnou trubkovnicí a nosnou přepážkou jsou ve výstupní Části výměníku zaústěna přídavná výstupní hrdla pro odvod parovodní směsi. Parovodní směs je pak v tomto uspořádání odváděna systémem dvou druhů hrdel: hlavní podíl je odváděn bočními hrdly v plášti výměníku, menší podíl hrdly zaústěnými do prostoru mezi tenkostěnnou trubkovnicí a nosnou přepážkou. Tím se prodlouží cesta parovodní směsí až k tenkostěnné trubkovnici a odstraní se parní prostor, který by působil v tomto místě aparátu značné zvýšení teplot jednotlivých konstrukčních iílů.
Příkladné provedení vysokotlakého trubkového výměníku podle vynálezu je blíže znázorněno na připojeném výkrese, kde obr. 1 představuje ve svislém řezu výměník s přímým vazkem topných trubek zaústěných na vstupní straně do tenkostěnné trubkovnice s nosným ystémem a na výstupní straně do trubkovnice silnostěnné, zatímco obr. 2 obdobné proveení výměníku, u něhož jsou oba konce opatřeny tenkostěnnou trubkovnicí s nosným systémem.
Výměník v provedení podle obr. 1 sestává z válcového pláště J.» který je opatřen vstupními hrdly 2 pro přívod chladícího prostředí, tj. obvykle vody, a výstupními hrdly 11 pro odvod parovodní směsi. Chlazené pracovní prostředí vstupuje do výměníku na čele tenkostěnné trubkovnice 2» protéká svazkem topných trubek £ a z nich vystupuje na čele silnostěnné trubkovnice 12.
Tenkostěnné trubkovnice je ve znázorněném provedení vevařena do pláště výměníku a je zavěšena na táhlech 2> která jsou zakotvena v nosné přepážce 6, umístěné v úrovni pod vstupními hrdly 2. V nosné přepážce ,6 jsou dále vytvořeny otvory 8 pro topné trubky 2, jeden nebo několik středových otvorů a v obvodové části přepážky přestupní otvory £.
Chladící voda, které se do výměníku přivádí vstupními hrdly 2, natéká nejprve do nátokové komory 20. která je vymezena svislou prstencovou přepážkou 10 a obvodovou částí nosné přepážky či. Z nátokové komory 20 postupuje voda přestupnými otvory £ do prostoru 18 mezi tenkostěnnou trubkovnicí 2 ® nosnou přepážkou 6, přičemž je usměrňována převážně do radiálního směru, takže proudí podél tenkostěnné trubkovnice 2 a omývá ji. Z radiálního toku chladící vody se oddělují postupně podíly, které získávají osový směr a opouštějí prostor 18 otvory 8, jejichž průměr je větší než průměr topných trubek 2· Zbývající podíl vody protéká středovými otvory 2 d« volného prostoru vytvořeného ve středové části trubkového svazku. Postupný úbytek chladící vody v prostoru 18. který by mohl nepříznivě ovlivnit poklesvrychlosti proudění vody, a tím i chladící účinek vůči omývané tenkostěnné trubkovnici 2» je kompenzován vhodným vytvarováním stěny nosné přepážky 6 na straně přivrácené k tenkostěnné trubkovnici J. Další, neméně významnou výhodou vytvoření tvarovaného usměrňovacího prostoru nad tenkostěnnou trubkovnicí 2 je i ta okolnost, že nosná přepážka 6 je v tomto případě uložena v bezprostřední blízkosti tenkostěnné trubkovnice 2» takže pro její spojení s trubkovnicí 2 jeou použita táhla kratší než táhla užitá v dříve popsaných konstrukčních provedeních, kdy byly nosné přepážky, resp. obecně nosné prvky umístěny v úrovni nad přítokovými hrdly chladící vody. Táhla 2 jsou v důsledku toho méně pružná a vykazují menší deformace, což se projevuje ve sníženém namáhání tenkostěnné trubkovnice 2·
Parovodní směs, která ee vytváří po průchodu chladící vody mezitrubkovým prostorem výměníku, opouští výměník na studeném konci výstupními hrdly 11.
Na obr. 2 je znázorněno alternativní provedení výměníku pro případy, kdy teploty pracovního prostředí na výstupu z trubkového svazku výměníku zůstávají i nadále značně vysoké a je proto účelné i na studeném konci výměníku použít obdobného konstrukčního řešení jako na horkém konci. Parovodní směs je z mezitrubkového prostoru výměníku odváděna jednak hlavními výstupními hrdly 11. jednak přídavnými výstupními hrdly 17. zaústě• v.
nými do prostoru 19 mezi nosnou přepážkou 13 a tenkostěnnou trubkovnicí 14. Tak jako na horkém konci výměníku tvoří i zde součást nosného systému táhla 15 spojující nosnou přepážku 13 s tenkostěnnou trubkovnicí 14« Využívá se zde rovněž vhodného tyarování prostoru 19. které však může být obecně jiné než na horkém konci výměníku. Ve středové části výměníku je opět vynechána jedna topná trubka £ a obě nosné přepážky 6 a jsou opatřeny středovými otvory 9 ® IŘ·
Provedení trubkového výměníku tepla podle vynálezu není ovšem omezeno pouze na oba znázorněné případy - je možno zde použít různých dalších variant v provedení jednotlivých konstrukčních dílů. Trubkový svazek může být kupříkladu v některých technologických případech proveden z U-trubek zaústěných jednostranně do tenkostěnné trubkovnice. Celkové uspořádání výměníku zůstává i v tomto případě v podstatě shodné: přívod chladící vody je upraven ve spodní ěásti pláště výměníku, odvod parovodní směsi v horní části pláště výměníku. Vstupní prostor výměníku je však v tomto případě rozdělen ve dvě ěásti: z nich jedna slouží pro rozvod chlazeného plynného pracovního prostředí do jednotlivých topných trubek trubkového svazku, zatímco druhá pro sběr a odvod ochlazeného prostředí.
Při jiném uspořádání, které přichází v úvahu zejména u výměníků velkých průměrů,· může být nosný systém dále vytvořen ze dvou nosných přepážek, spojených navzájem táhly nebo přímo topnými trubkami. Horní, netvarovaná nosná přepážka je v tomto případě umístěna nad úrovní vstupních hrdel pro chladící vodu a podílí se na vytvoření nátokové komory.

Claims (5)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU i
1. Výměník tepla pro vysoké tlaky a teploty, opatřený svazkem topných trubek uložených v plášti s hrdly pro přívod chladící vody na jednom konci a hrdly pro odvod parovodní směsi na druhém konci a zaústěných na alespoň jedné straně do pevné trubkovnice, která je provedena jako tenkostěnná a je opatřena nosným systémem, sestávajícím z jedné nebo více navzájem pevně spojených nosných přepážek, opatřených otvory prc topné trubky a pomocí táhel spojených s tenkostěnnou trubkovnicí, vyznačený tím, že stěna nosné přepážky (6, 13‘) sousedící s tenkostěnnou trubkovnicí (3, 14) je na straně přivrácené k tenkostěnné trubkovnici (3, 14) provedena jako rotační plocha vyklenutá podle tvořící přímky, popřípadě křivky směrem k tenkostěnné trubkovnici (3, 14).
2. Výměník tepla podle bodu 1, -vyznačený tím, že ve středové části trubkového svazku výměníku je vytvořen volný prostor, do něhož je zaústěn nejméně jeden středový prostupný otvor (9, 16) provedený v plné střední části nosné přepážky nebo přepážek (6, 13).
3. Výměník tepla podle bodů 1 a 2, vyznačený tím, že průtočná plocha otvorů (8) pro topné trubky (7) se po ploše nosné přepážky (6, 13) mění tak, že průtočná plocha ve střední části nosné přepážky (6, Í3) činí 1,05 až 1,3 násobek průtočné plochy v obvodové části nosné přepážky (6, 13).
4. Výměník tepla podle bodů 1 až 3, jehož oba konce jsou opatřeny tenkostěnnými trubkovnicemi s nosným systémem, vyznačený tím, že do prostoru (19) vymezeném tenkostěnnou trubkovnicí (14) a nosnou přepážkou (13) ve výstupní části výměníku je zaústěno přídavné výstupní hrdlo (17) pro odvod parovodní směsi.
5. Výměník tepla podle bodů 1 až 4, vyznačený tím, že nosná přepážka (6) ve vstupní části výměníku nese na svém obvodu na straně odvrácené od tenkostěnné trubkovnice (3) svislou prstencovou přepážku (10), jejíž horní konec je připevněn k plášti (1) výměníku v rovině ležící nad úrovní vstupních hrdel (2) pro přívod chladící vody, přičemž v obvodové části nosné přepážky (6) jsou mezi pláštěm (1) výměníku a svislou přepážkou (10) vytvořeny přestupní otvory (4).
CS853679A 1979-12-07 1979-12-07 Výměník tepla CS206414B1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS853679A CS206414B1 (cs) 1979-12-07 1979-12-07 Výměník tepla

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS853679A CS206414B1 (cs) 1979-12-07 1979-12-07 Výměník tepla

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS206414B1 true CS206414B1 (cs) 1981-06-30

Family

ID=5436007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS853679A CS206414B1 (cs) 1979-12-07 1979-12-07 Výměník tepla

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS206414B1 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3169963B1 (en) Shell and tube heat exchanger
JP3129727B2 (ja) 管束式熱交換器
US3656543A (en) Liquid metal heat exchanger
US3266566A (en) Multi-component heat exchanger
US4219077A (en) Multitubular heat exchanger used in a power plant
US3635287A (en) Once-through vapor generator
US3545412A (en) Molten salt operated generator-superheater using floating head design
JPH0250398B2 (cs)
US2946570A (en) Vertical feedwater heater
US4541366A (en) Feed water preheater
US4289198A (en) Heat exchanger
US3298358A (en) Vertical steam generator with a central downcomer
JPS5823559B2 (ja) 熱交換器
CS206414B1 (cs) Výměník tepla
EP0074434B1 (en) Heat exchanger and use thereof
RU2549277C1 (ru) Пароводяной подогреватель
US4700772A (en) Heat exchanger system
US4137967A (en) Steam generator
JPH06185891A (ja) 管形熱交換器の棒バッフル
CN112781404A (zh) 一种立式纵向流蒸发器
JP2749957B2 (ja) 多管式熱交換器
GB1411472A (en) Method of and apparatus for heat exchange
EP4390295A1 (en) Heat exchanger with longitudinal baffle and dual operating method thereof
SU1462073A1 (ru) Теплообменник
CS200412B1 (cs) Vestavba vertikálního žárotrubného kotle