Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 15.11.1973 Opis patentowy opublikowano: 28.04.1975 76842 W, 17f,4/01 12g, 1/01 MKP f2BcJJSSL B01j 1/00 Twórcawynalazku: Józef Strzelski Uprawniony z patentu tymczasowego: Przedsiebiorstwo Projektowaniai Dostaw Kompletnych Obiektów Przemyslowych w Warszawie CHEMADEX Oddzial w Krakowie, Kraków (Polska) Wymiennik ciepla Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepla plaszczówo-rurowy spiralny, przeznaczony do wymiany ciepla cieczy i gazów, zwlaszcza do chlodzenia kwasu siarkowego w wezle absorpcyjnym i myjacym instalacji wytwarzania kwasu siarkowego.Sa znane i stosowane wymienniki ciepla plaszczowo-rurowe oraz wymienniki ciepla spiralne. Wymienniki plaszczowo-rurowe maja przewaznie heksagonalny uklad rur w plytach sitowych, media wymieniajace cieplo przeplywaja w pradzie czesciowo krzyzowym a czesciowo w przeciwpradzie i wymienniki te, mimo wykazywa¬ nia przez nie znacznie korzystniejszych niz wymienniki spiralne wspólczynników wymiany ciepla, cechuja wiek¬ sze opory przeplywu. Wymienniki spiralne, budowane z dwu tasm stalowych o szerokosci do 1500 mm, zwinie¬ tych spiralnie w ten sposób, ze tasmy pomiedzy soba tworza kanaLy, którymi w przeciwpradzie przeplywaja media wymieniajace cieplo, mozna stosowac tylko do malych róznic cisnien i temperatur. Równiez remont wymienników spiralnych w przypadku lokalnycn wzerów korozyjnych w sciankach jest niewykonalny i uszko¬ dzenia takie powoduja koniecznosc zlomowania calego wymiennika.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wad dotychczas stosowanych wymienników plaszczowo-rurowych i spiralnych, z jednoczesnym polaczeniem zalet obu tych wymienników ciepla.Zagadnienie techniczne, które nalezy rozwiazac w tym celu, polega na skonstruowaniu wymiennika, zlozo¬ nego z cylindrycznego plaszcza i swobodnie spoczywajacego w obudowie tego plaszcza wkladu rurowego, zlozo¬ nego z dwu plyt sitowych, dolnej i górnej polaczonych odpowiednio z dolna i górna komora rozdzielcza, oraz rurek wymiennika, osadzonych w plytach sitowych przez które bedzie przeplywac jedno medium. Rurki wy¬ miennika powinny utworzyc scisla palisade rurowa, miedzy scianami której bedzie przeplywac drugie medium.Osie rurek wymiennika beda lezaly na co najmniej jednej powierzchni walcowej, której kierownica na ograni¬ czajacej te powierzchnie plycie sitowej dolnej i górnej jest spirala, na przyklad Archimedesa. Swobodne spoczy¬ wanie wkladu rurowego w obudowie plaszcza pozwala na stosowanie dowolnych temperatur obu mediów bez obawy wywolania niekorzystnych naprezen. Przestrzen miedzy plyta sitowa dolna i górna bedzie podzielona przegrodami, zapewniajacymi kolejno przeplyw srodkowy i obwodowy medium. Z rozwiazaniem powyzej opisa-2 76842 nego zagadnienia konstrukcyjnego laczy sie równiez bedace przedmiotem wynalazku zagadnienie technologicz- nosci rozwiazania zakonczen rurek, mocowanych w plytach sitowych i przegrodowych zalezne od rodzaju ma¬ terialu rurek.Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wymiennik ciepla w przekroju podluznym w rzucie z przodu, fig. 2—wymiennik w przekroju poprzecznym A—A zaznaczonym na fig. 1, w rzucie z góry, fig. 3 — rurki stalowe wymiennika w rzucie z góry, z zaznaczonym spawaniem obwodowym rurek do plyty sitowej, fig. 4 — zakonczenia rurek stalowych wymiennika i ich mocowa¬ nie w plycie sitowej przez spawanie, w przekroju promieniowym B—B wzdluz osi rurek, zaznaczonym na fig. 2. w rzucie z boku, fig. 5 — zakonczenia rurek stalowych wymiennika i ich mocowanie w plycie sitowej przez spa¬ wanie, w przekroju obwodowym C—C wzdluz osi rurek, zaznaczonym na fig. 3 w rzucie z boku, fig. 6 przedsta¬ wia, dla odmiany wynalazku, rurki zeliwne lub grafitowe wymiennika, w rzucie z góry, fig 7 — zakonczenia rurek zeliwnych lub grafiowych wymiennika i ich mocowanie w plycie sitowej przy uzyciu kitów, w przekroju obwo¬ dowym D—D wzdluz osi rurek, zaznaczonym na fig. 6, w rzucie z boku, fig. 8 — zakonczenia rurek zeliwnych lub grafitowych wymiennika i ich mocowanie w plycie sitowej przy uzyciu kitów, w przekroju promieniowym B—B wzdluz osi rurek, zaznaczonym na fig. 2, w rzucie z boku oraz fig. 9 przedstawia, dla innej odmiany wynalazku, szczegól konstrukcyjny plyty przegrodowej, oznaczony jako E na fig. 1, w rzucie z boku.Jak pokazano na fig. 1, plaszcz cylindryczny 1 wymiennika ciepla ma króciec wlotowy 2 i króciec wyloto¬ wy 3. Plaszcz 1, zakonczony kolnierzami 4, spoczywa na podstawie 5 polaczonej przez spawanie z komora rozdzielcza dolna 6. Komora 6 ma od spodu króciec wlotowy 7 i króciec wylotowy 8, a miedzyjej kolnierzem 9, stanowiacym zarazem kolnierz podstawy 1 i kolnierzem 4 plaszcza 1 jest zamocowana plyta sitowa dolna 10.Plaszcz cylindryczny 1 jest nakryty kolpakiem 11, którego kolnierz 12 jest polaczony z kolnierzem 4 plaszcza 1. Wklad rurowy spiralny jest zlozony z plyty sitowej dolnej 10, rurek 13 wymiennika, poprzecznych plyt przegrodowych o srodkowym przeplywie 14 i poprzecznej plyty przegrodowej o obwodowym przeplywie 15 oraz plyty sitowej górnej 16, polaczonej kolnierzowo z komora rozdzielcza górna 17, zamykajaca ten wklad rurowy spiralny od góry. Plyta sitowa dolna 10 jest mocowana miedzy kolnierzem 4 i 9 oraz polaczona z przegrodami 18 komory rozdzielczej dolnej 6, zamykajacej wklad rurowy spiralny od dolu. Przestrzen miedzy- rurowa — to jest przestrzen miedzy plyta sitowa dolna 10 i górna 16 —jest podzielona na czesci plytami przegro¬ dowymi o srodkowym przeplywie 14 i o obwodowym przeplywie 15, których liczba, odleglosci miedzy nimijak równiez wielkosc srednicy otworu przegród 14 i srednicy zewnetrznej przegród 15 jest zalezna miedzy innymi od ilosci wymienionego ciepla, rodzaju i ilosci medium oraz zadanej intensywnosci wymiany ciepla. Powierzchnia otworu kolowego plyty o srodkowym przeplywie 14 jest w przyblizeniu równa powierzchni pierscienia kolo¬ wego, powstajacego miedzy brzegiem plyty o obwodowym przeplywie 15 a plaszczem 1 wymiennika.Jak pokazano na fig. 2 rurki 13 wymiennika, wchodzace w sklad wkladu rurowego spiralnego, tworza scisla palisade rurowa, przy czym osie tych rurek leza na powierzchni walcowej, której kierownica na plycie sitowej dolnej 10 i górnej 16, ograniczajacych te powierzcznie, jest spirala 19, korzystnie Archimedesa. Zakon¬ czenia rurek 13 sa mocowane w otworach plyt sitowych 10 i 16, które to plyty, podobnie jak plyty przegro¬ dowe 14 i 15 maja postac tarcz z odpowiednio grubej blachy stalowej z wykonanymi otworami dla rurek 13.Jak pokazano na fig. 3—5, w przypadku wkladu rurowego zlozonego z rurek 13 stalowych, ze stali zwyklej lub kwasoodpornej, stanowiacego podstawowe rozwiazanie wynalazku, zakonczenie kazdej rurki 13 na dlugosci przekraczajacej nieco grubosc plyty sitowej 10 i 16 ma splaszczenia 20 czesci obwodu, stykajacego sie z sasied¬ nia rurka 13. Splaszczenie 20 umozliwia lepsze wypelnienie spoina 21. Pozostala czesc obwodu zakonczenia kazdej rurki 13 mocuje sie w plycie sitowej dolnej 10 i górnej 16 przez spawanie obwodowe. Podobnie mocuje sie rurki 13 w plytach przegrodowych 14 i 15.Jak pokazano na fig. 6S, w bedacej równiez przedmiotem wynalazku odmianie wymiennika ciepla, w ja¬ kiej wchodzace w sklad wkladu rurowego spiralnego rurki 13 sa wykonane z materialu kruchego, jak zeliwo, grafit i tym podobne, zakonczenia kazdej rurki 13 na dlugosci przekraczajacej nieco grubosc plyty sitowej 10 i 16 maja zeszlifowania 22 czesci obwodu, stykajacego sie z sasiednia rurka 13, oraz poprzeczne wyzlobienia 23 w ksztalcie rowków równoleglych lub gwintu i tym podobnie. W tym przypadku plyta sitowa dolna 10 i górna 16 ma postac tarczy z blachy stalowej 24 z przyspawanym do niej plaskownikiem usztywniajacym 25, nawinie¬ tym spiralnie pomiedzy zwojami spirali 19, bedacej kierownica tworzacej powierzchnie walcowa spiralnej palisa¬ dy rurowej. Na tarczy 24 jest wykonana wylewka 26 odpowiedniej grubosci z kitu kwasoodpornego lub nisko- topliwego metalu. Wylewka 26 wypelnia zeszlifowania 21 i wyzlobienia poprzeczne 23 zakonczen rur 13, zapew¬ niajac szczelnosc i wytrzymalosc plyty sitowej.Jak pokazano na fig. 9- w innej odmianie wynalazku, zwlaszcza do stosowania z odmiana wynalazku wedlug fig. 6-8, to jest dla rurek z materialu kruchego, plyta przegrodowa 14 i 15 ma postac dwu równoleglych76 842 3 tarcz 27 z blachy stalowej z otworami 28 na rurki 13. Przestrzen nomiedzy tarczami 27 jest wypelniona kitem kwasoodpornym lub niskotopliwym metalem 29.Medium wplywajace króccem 2 wchodzi wejsciem W miedzy scianki palisady rurowej i porusza sie miedzy nimi ruchem zblizonym do ruchu cieczy po pralce, przy czym odleglosci promieniowe miedzy rurkami 13 umozliwiaja przeplyw obwodowy medium, a nieszczelnosci obwodowe palisady — to jest odleglosci miedzy pobocznicami sasiednich rurek 13 —umozliwiaja promieniowe przeciskanie sie medium i omywanie rurek, co równiez zwieksza intensywnosc wymiany ciepla w porównaniu z wymiennikami spiralnymi o gladkich kanalach.Zadaniem przegród 14 i 15 jest zmiana kierunku strug cieczy plynacych obwodowo miedzy rurkami, tak aby osie tych strug-przy bardzo malym kacie nachylenia i uzyskaniu niemal dokladnej krzyzowosci obiegów me¬ diów—kolejno to nawijaly sie na spiralna powierzchnie walcowa — miedzy dolna komora 6 a pierwsza przegroda to jest przegroda 14, to odwijaly sie z tej powierzchni — miedzy pierwsza a druga przegroda to jest przegroda 14 a 15, i tak dalej az do górnej komory 17. Jednoczesnie nastepuje ciagle podnoszenie sie slupów cieczy, wypelniajacych szczelnie przestrzenie miedzyprzegrodowe na calej wysokosci wymiennika, w odróznie¬ niu od wymiennika plaszczowo-rurowego, w którym istnieja przestrzenie martwe z punktu widzenia wymiany ciepla. Te zmiany to jest zaburzenia kierunku wirowania, szczególnie duze przy przegrodach o obwodowym przeplywie, bardzo znacznie zwiekszaja intensywnosc wymianyciepla. % W przypadku potrzeby zmniejszenia predkosci medium przeplywajacego przez przestrzen miedzyrurowa mozna wprowadzic dwa lub wiecej wejsc W miedzy scianami palisady rurowej. Odpowiednio kierownice walcowych powierzchni spiralnych wystapia w tym przypadku jako dwie lub wiecej spirale Archimedesa 19, obrócone wzgledem siebie o dowolny kat zalezny od danych konstrukcyjnych. W takim przypadku uzyskuje sie odpowiednio dwu- lub wiecej zwojowosc strug cieczy, nawijajacych sie na powierzchnie walców spiralnych, lub odwijajacych sie z tych powierzchni miedzy kolejnymi przegrodami o srodkowym przeplywie 14 i przegrodami o obwodowym przeplywie 15. Zaleznie od zdolnosci do tworzenia osadów i stopnia korozyjnosci — w spiralnej przestrzeni miedzyrurowej krazy medium chlodzone, w rurkach zas —medium chlodzace , ub odworotnie — przy czym powinna byc spelniona zasada, ze w rurkach krazy medium czystsze, o mniejszej zdolnosci do tworzenia osadów.Wymienniki z rurkami 13 ze stali kwasoodpornej lub z zeliwa moga byc stosowane na stezony i goracy kwas siarkowy, natomiast z rurkami 13 grafitowymi na slaby kwas siarkowy, na przyklad w wezle wymywania gazu w instalacjach kwasu siarkowego z pirytu.Wynalazek wykazuje zwarta budowe, do 50% lzejsza w stosunku do wymienników plaszczowo-rurowych oraz do 30% - w stosunku do wymienników spiralnych o tej samej srednicy hydraulicznej. Wspólczynnik wymiany ciepla jest dla tych samych warunków pracy o okolo 30% wiekszy w porównaniu z wymiennikami plaszczowo-rurowymi. Wynika to z faktu, ze przeplyw w walcu spiralnym o scianach pralki, w polaczeniu ze zmiana kierunku spiralnego nawijania sie i odwijania strug cieczy, jest bardzo burzliwy. W bedacym przedmiotem wynalazku wymienniku spiralno-rurowym mozna stosowac dowolne cisnienia, tak jak w wymiennikach ruro¬ wych. Wymiennik wedlug wynalazku moze byc budowany z dowolnych tworzyw konstrukcyjnych, zaleznie od stopnia zagrozenia korozja. PL PL