RU140083U1

RU140083U1 - WATER-SHELL-TUBE HEATER

Info

Publication number: RU140083U1
Application number: RU2013139135/02U
Authority: RU
Inventors: Сергей Евгеньевич Исаев; Александр Николаевич Назин; Олег Геннадьевич Сорокин
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Цээвт"
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2014-04-27

Abstract

1. Водяной кожухотрубный подогреватель, содержащий кожух с установленным внутри него пучком труб диаметром 12×1 или 12×0,8 мм, профилированных кольцевой накаткой и закрепленных в трубных решетках сваркой, продольную перегородку, установленную в межтрубном пространстве с разделением трубного пучка на две равные части, патрубки подвода и отвода теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, переднюю и заднюю камеры трубного пространства подогревателя, причем патрубки подвода и отвода теплоносителя установлены на крышке передней камеры, а продольная перегородка начинается от передней трубной решетки, установленной в районе расположения патрубков подвода и отвода теплоносителя, и не доходит до задней трубной решетки.2. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что кожух изготовлен из сварной тонкостенной обечайки с приваренным к ней в районе задней трубной решетки кольцевым мембранным компенсатором температурного удлинения труб, изготовленным из стали.3. Подогреватель по п.1, отличающийся тем, что в полости камер трубного пространства установлены перегородки с возможностью обеспечения от одного до четырех трубных ходов.1. Water shell-and-tube heater, comprising a casing with a tube bundle 12 × 1 or 12 × 0.8 mm in diameter installed inside it, profiled by ring knurling and fixed in the tube sheets by welding, a longitudinal partition installed in the annular space with the tube bundle divided into two equal parts, inlets and outlets of the coolant circulating in the annulus, the front and rear chambers of the tube space of the heater, and the inlets and outlets of the coolant are installed on the front cover chamber, and the longitudinal partition begins from the front tube sheet installed in the area of the inlet and outlet pipes of the coolant, and does not reach the rear tube sheet. 2. The heater according to claim 1, characterized in that the casing is made of a welded thin-walled shell with an annular membrane compensator for the temperature extension of pipes made of steel welded to it in the region of the rear tube sheet. The heater according to claim 1, characterized in that partitions are installed in the cavity of the chambers of the pipe space with the possibility of providing from one to four pipe passages.

Description

Настоящее устройство относится к рекуперативным теплообменным аппаратам, а именно к кожухотрубным подогревателям, в которых нагреваемой среде передается тепловой поток от горячей воды.This device relates to recuperative heat exchangers, namely, shell-and-tube heaters, in which heat is transferred to the heated medium from hot water.

Из предшествующего уровня техники известен кожухотрубный подогреватель воды (типа ПВ или ВВП), каждая секция которого содержит кожух (корпус) с патрубками подвода и отвода среды, циркулирующей в межтрубном пространстве, трубный пучок, переднюю и заднюю камеры трубного пространства с патрубками подвода и отвода среды, циркулирующей в трубах, отличающийся тем, что корпуса секций имеют обечайки, выполненные из стандартных труб диаметром от 57 до 325 мм, а трубный пучок скомпонован из прямых гладких или профилированных кольцевой накаткой латунных труб диаметром 16×1 мм, закрепленных в трубных решетках вальцовкой, в межтрубном пространстве установлены поперечные перегородки, в определенной мере закручивающие поток теплоносителя, в трубном пространстве каждой из соединяемых секций реализован только один трубный ход, в подогревателе может быть одна или несколько последовательно соединенных с помощью сварных или цельнолитых калачей с фланцами секций (ГОСТ 27590-88 и ТУ 4933-002-57728543-2006).From the prior art, a shell-and-tube water heater (type PV or GDP) is known, each section of which contains a casing (housing) with nozzles for supplying and discharging medium circulating in the annulus, a tube bundle, front and rear chambers of the pipe space with nozzles for supplying and discharging the medium circulating in pipes, characterized in that the section bodies have shells made of standard pipes with a diameter of 57 to 325 mm, and the tube bundle is composed of straight smooth or profiled brass ring-shaped of pipes with a diameter of 16 × 1 mm, fixed in rolling gratings by rolling, transverse partitions are installed in the annular space, to some extent swirling the coolant flow, only one pipe passage is realized in the pipe space of each of the connected sections, in the heater there can be one or several series-connected with the help of welded or solid casting rolls with section flanges (GOST 27590-88 and TU 4933-002-57728543-2006).

Недостатками данного технического решения являются недостаточная компактность теплообменного аппарата, что связано с большим диаметром труб и ограничениями по диаметру обечайки кожуха, требующих применения многосекционных конструкций, низкая ремонтопригодность, значительные дополнительные гидравлические и тепловые потери на калачах и переходах, а также недостаточно высокие передаваемые тепловые потоки и невысокий по современным меркам теплосъем с 1 м³ габаритного объема. Размещение таких аппаратов требует больших объемов и площадей помещений.The disadvantages of this technical solution are the insufficient compactness of the heat exchanger, which is associated with the large diameter of the pipes and restrictions on the diameter of the shell of the casing, requiring the use of multi-sectional structures, low maintainability, significant additional hydraulic and heat losses on the pipes and transitions, as well as insufficiently high transmitted heat fluxes and low heat removal by modern standards with 1 m ³ overall volume. The placement of such devices requires large volumes and floor spaces.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является подогреватель водоводяной разборный типа ПВВР (Лыгин П.А. Новая конструкция кожухотрубных водоводяных теплообменников // Новости теплоснабжения, №11, 2004 г., с.50-53.). Корпус этого аппарата выполнен из серийно изготавливаемых труб диаметром от 114 до 630 мм, все подогреватели номенклатурного ряда имеют единую рабочую длину труб, равную 2000 мм. Трубный пучок состоит из двух стальных трубных решеток с завальцованными в них прямыми латунными трубками диаметром 16×1 мм. Аппарат по движению жидкости в трубном пространстве является двухходовым, что позволяет повысить скорость воды до 2 м/сек. Рассматриваемый теплообменный аппарат представляет собой кожухотрубный теплообменник горизонтального типа (фиг.1), основными узлами которого являются съемные передняя и задняя водяные камеры 1 и 4, корпус 2, трубный пучок 3 и съемная крышка корпуса 5. Передняя и задняя водяные камеры выполнены разъемными. Передняя водяная камера выполняет роль распределительной, задняя - поворотная. Задняя камера плавающая, чем обеспечивается надежная компенсация температурных удлинений труб. Передняя водяная камера крепится к корпусу с помощью фланцевого разъема, задняя водяная камера крепится к трубной решетке с помощью специальных зажимов. К особенностям конструкции трубного пучка можно отнести применение поперечных сегментных перегородок совместно с продольной, что делает движение жидкости в межтрубном пространстве многоходовым и поперечно-продольным, при этом скорость воды достигает 1,2-1,5 м/сек. Еще одной отличительной особенностью конструкции трубной системы является применение как гладких латунных труб, так и труб с профильной накаткой.Closest to the claimed technical solution is a collapsible water-water heater type PVVR (Lygin PA, New design of shell-and-tube water-water heat exchangers // News of heat supply, No. 11, 2004, p. 50-53.). The casing of this apparatus is made of commercially manufactured pipes with a diameter of 114 to 630 mm, all nomenclature heaters have a single working pipe length of 2000 mm. The tube bundle consists of two steel tube sheets with straight brass tubes rolled in them with a diameter of 16 × 1 mm. The apparatus for the movement of fluid in the pipe space is two-way, which allows to increase the speed of water to 2 m / s. Consider the heat exchanger is a horizontal shell-and-tube heat exchanger (Fig. 1), the main nodes of which are removable front and rear water chambers 1 and 4, housing 2, tube bundle 3 and a removable housing cover 5. The front and rear water chambers are detachable. The front water chamber acts as a distribution chamber, and the rear one as a rotary one. The rear chamber is floating, which provides reliable compensation for the temperature extensions of the pipes. The front water chamber is attached to the body with a flange connector, the rear water chamber is attached to the tube sheet using special clamps. The design features of the tube bundle include the use of transverse segmental partitions together with the longitudinal one, which makes the fluid movement in the annular space multi-pass and transverse-longitudinal, while the water velocity reaches 1.2-1.5 m / s. Another distinctive feature of the design of the pipe system is the use of both smooth brass pipes and pipes with profile knurling.

Недостатками данного технического решения являются недостаточно высокая компактность изделия, что связано с применением теплообменных труб диаметром 16×1 мм, а не труб меньшего диаметра, чрезмерно высокие скорости воды в трубах и межтрубном пространстве, что нейтрализует эффект интенсификации теплоотдачи вследствие накатки труб. Высокие скорости теплоносителей, особенно в межтрубном пространстве аппаратов ПВВР, снижают срок службы подогревателя вследствие эрозионного износа материалов, могут вызвать вибрацию труб, наличие поперечных перегородок не сможет предотвратить уменьшение их срока службы. Плавающая трубная решетка нужна не всегда - для многих условий эксплуатации компенсацию температурного удлинения труб можно получить менее затратным способом. Одновременное применение поперечных сегментных и продольной перегородки в межтрубном пространстве существенно увеличивает гидравлическое сопротивление этого пространства, тем более при высоких скоростях теплоносителей. Латунные трубы имеют невысокий ресурс.The disadvantages of this technical solution are the insufficiently compact product, which is associated with the use of heat transfer pipes with a diameter of 16 × 1 mm, and not pipes of a smaller diameter, excessively high water velocities in the pipes and the annulus, which neutralizes the effect of heat transfer intensification due to the rolling of the pipes. High coolant speeds, especially in the annular space of the PVVR apparatus, reduce the heater's service life due to erosive wear of materials, can cause pipe vibration, the presence of transverse partitions cannot prevent a decrease in their service life. A floating tube sheet is not always needed - for many operating conditions, compensation for the temperature extension of the pipes can be obtained in a less costly way. The simultaneous use of transverse segmental and longitudinal septa in the annular space significantly increases the hydraulic resistance of this space, especially at high speeds of coolants. Brass pipes have a low resource.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала технического использования теплообменного аппарата в данной области, а также повышения надежности и теплогидравлических и массогабаритных характеристик изделия.The problem to which the claimed technical solution is directed is to expand the arsenal of technical use of the heat exchanger in this area, as well as to increase the reliability and thermohydraulic and overall dimensions of the product.

Данная задача достигается за счет того, что заявленный водяной кожухотрубный подогреватель, характеризуется тем, что его трубный пучок включает в себя трубы диаметром 12×1 или 12×0,8 мм, профилированные кольцевой накаткой, закрепленные в трубных решетках сваркой, одну продольную перегородку в межтрубном пространстве, а конструкция кожуха и расположение патрубков подвода и отвода теплоносителей, сгруппированных в районе передней трубной решетки, обеспечивает наибольшее удобство обвязки и эксплуатации подогревателя.This problem is achieved due to the fact that the claimed shell-and-water water heater is characterized by the fact that its tube bundle includes pipes with a diameter of 12 × 1 or 12 × 0.8 mm, profiled by ring knurling, fixed in the tube sheets by welding, one longitudinal partition in annulus, and the casing design and the location of the inlets and outlets of coolants, grouped in the area of the front tube grill, provides the most convenient tying and operation of the heater.

Корпус водяного кожухотрубного подогревателя может быть изготовлен из сварной тонкостенной обечайки с приваренным к ней в районе задней трубной решетки кольцевым мембранным компенсатором температурного удлинения труб, изготовленными из стали, патрубками подвода и отвода среды, циркулирующей в межтрубном пространстве, а трубный пучок, может быть скомпонован из профилированных кольцевой накаткой труб диаметром 12×1 мм или 12×0,8 мм, закрепленных в трубных решетках сваркой, в межтрубном пространстве может быть установлена одна разделяющая трубный пучок на две равные части продольная перегородка, начинающаяся от передней трубной решетки и не доходящая до задней трубной решетки, а в трубном пространстве с помощью перегородок в полости камер трубного пространства может быть реализовано от одного до четырех трубных ходов. Для повышения реализуемых тепловых потоков отдельные подогреватели могут быть объединены в блоки с последовательным, параллельным и последовательно-параллельным соединением потоков теплоносителей и их можно рассматривать как одну секцию в блочной конструкции.The shell and tube water heater case can be made of a welded thin-walled shell with an annular membrane compensator for pipe temperature extension welded to it in the region of the rear tube sheet made of steel, pipes for supplying and discharging the medium circulating in the annulus, and the tube bundle can be composed of profiled annular knurled pipes with a diameter of 12 × 1 mm or 12 × 0.8 mm, fixed in the tube sheets by welding, in the annulus can be installed one separating a tube bundle in two equal parts is a longitudinal partition starting from the front tube sheet and not reaching the rear tube sheet, and from one to four pipe passages can be realized in the pipe space with the help of partitions in the chamber chamber cavity. To increase the realized heat fluxes, individual heaters can be combined into blocks with serial, parallel and serial-parallel connection of heat carrier flows and they can be considered as one section in a block design.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение гидравлического сопротивления межтрубного пространства, повышение компактности и вследствие этого расширение возможностей применения аппарата в стесненных помещениях, повышение надежности (безотказности, долговечности, ремонтопригодности) и простоты эксплуатации вследствие неразборной конструкции межтрубного пространства и повышения жесткости труб с накатанными канавками-выступами, интенсификация теплоотдачи в межтрубном пространстве и в трубах с помощью профилирования труб кольцевой накаткой при скоростях теплоносителя не более 0,5 м/с.The technical result provided by the given set of features is to reduce the hydraulic resistance of the annular space, increase compactness and, as a result, expand the possibilities of using the apparatus in cramped rooms, increase reliability (reliability, durability, maintainability) and ease of operation due to the collapsible design of the annular space and increase the stiffness of pipes with knurled grooves, intensification of heat transfer in the annulus and in pipes with the help of profiling of pipes by ring knurling at coolant speeds of not more than 0.5 m / s.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - подогреватель водоводяной разборный типа ПВВР;figure 1 - heater water-water collapsible type PVVR;

на фиг.2 - водяной кожухотрубный подогреватель, имеющий совокупность признаков заявляемой полезной модели.figure 2 - water shell-and-tube heater having a combination of features of the claimed utility model.

Водяной кожухотрубный подогреватель, изображенный на фиг.2, включает корпус 2 с патрубками 6 подвода и отвода теплоносителя, циркулирующего в межтрубном пространстве, трубный пучок 3, скомпонованный из труб, профилированных винтовой накаткой и закрепленных в трубных решетках 4, переднюю (на фиг.2 не видно) и заднюю 5 камеры трубного пространства подогревателя, причем на крышке передней камеры установлены патрубки 1 подвода и отвода теплоносителя, циркулирующего в трубах.The water shell-and-tube heater shown in Fig. 2 includes a housing 2 with pipes 6 for supplying and discharging a coolant circulating in the annulus, a tube bundle 3 composed of pipes profiled by helical knurling and fixed in the tube sheets 4, front (in Fig. 2 not visible) and the rear 5 chamber of the tube space of the heater, and on the front chamber lid there are installed pipes 1 for supplying and discharging the coolant circulating in the pipes.

Устройство работает следующим образом. Теплоноситель 1 поступает в межтрубное пространство, входит в контакт с трубами и поворачивает в сторону задней камеры на угол 90°, омывая трубы продольно. В районе задней трубной решетки, не доходя до нее, продольная перегородка заканчивается, и поток теплоносителя, поперечно омывая трубы, разворачивается на 180° и движется к патрубку выхода теплоносителя 1 из межтрубного пространства, омывая трубы продольно. В зависимости от принятого конструктором решения теплоноситель 1 может нагреваться за счет теплоты, передаваемой теплоносителем 2 в трубах, или, наоборот, охлаждаться, передавая теплоносителю 2 свою теплоту через стенки труб. Теплоноситель 2 входит в трубы через патрубок 1, проходит внутри труб половины трубного пучка, охлаждаясь или нагреваясь (см. выше), поворачивает на 180° в задней (поворотной) камере, входит в трубы оставшейся половины трубного пучка, продолжая нагреваться или охлаждаться, и выходит через патрубок выхода теплоносителя 2 из подогревателя. В результате на большей части участков теплообменного аппарата реализуется наиболее эффективная схема тока теплоносителей - противоток.The device operates as follows. The coolant 1 enters the annulus, comes into contact with the pipes and rotates 90 ° towards the rear chamber, washing the pipes longitudinally. In the region of the rear tube sheet, before reaching it, the longitudinal partition ends, and the coolant flow, washing the pipes transversely, turns 180 ° and moves to the coolant outlet 1 from the annular space, washing the pipes longitudinally. Depending on the decision made by the designer, the coolant 1 can be heated due to the heat transferred by the coolant 2 in the pipes, or, conversely, be cooled by transferring its heat through the pipe walls to the coolant 2. The coolant 2 enters the pipes through the pipe 1, passes inside the pipes of the half of the tube bundle, cooling or heating (see above), rotates 180 ° in the rear (rotary) chamber, enters the pipes of the remaining half of the tube bundle, continuing to heat or cool, and exits through the outlet pipe of the coolant 2 from the heater. As a result, in the most part of the heat exchanger sections, the most effective heat carrier current scheme, countercurrent, is implemented.

Claims

1. Water shell-and-tube heater, comprising a casing with a tube bundle 12 × 1 or 12 × 0.8 mm in diameter installed inside it, profiled by ring knurling and fixed in the tube sheets by welding, a longitudinal partition installed in the annular space with the tube bundle divided into two equal parts, inlets and outlets of the coolant circulating in the annulus, the front and rear chambers of the tube space of the heater, and the inlets and outlets of the coolant are installed on the front cover chamber, and the longitudinal partition begins from the front tube sheet installed in the area of the inlet and outlet pipes of the coolant, and does not reach the rear tube sheet.

2. The heater according to claim 1, characterized in that the casing is made of a welded thin-walled shell with an annular membrane compensator for the temperature extension of pipes made of steel welded to it in the region of the rear tube sheet.

3. The heater according to claim 1, characterized in that partitions are installed in the cavity of the chambers of the tube space with the possibility of providing from one to four pipe passages.