RU154573U1

RU154573U1 - PLATE HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU154573U1
Application number: RU2014154592/06U
Authority: RU
Inventors: Леонид Саввич Рева; Александр Борисович Голованчиков; Сергей Леонидович Рева; Пётр Сергеевич Васильев; Светлана Борисовна Воротнева; Мария Игоревна Лисицына
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Пластинчатый теплообменник, содержащий корпус с расположенными в нём неразъёмно соединёнными параллельными пластинами, сформированными в пакет с первыми межпластинчатыми промежутками для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками для второй среды, отличающийся тем, что каждый межпластинчатый промежуток снабжён подводящим штуцером, расположенным в нижней части корпуса, верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка выполнена с расширением, снабжённым переливной перегородкой, и закрыта кожухами, образующими коллекторы слива со штуцерами отвода первой и второй среды соответственно, причём переливные перегородки расширений первых межпластинчатых промежутков для первой среды и вторых межпластинчатых промежутков для второй среды расположены на противоположных сторонах, а в каждом межпластинчатом промежутке размещён слой мелкозернистого материала.A plate heat exchanger comprising a housing with parallel plates disposed in one piece and formed therein into a bag with first interplate intervals for the first medium and second interplate intervals for the second medium, characterized in that each interplate region is provided with a supply fitting located in the lower part of the housing, the upper a part of each inter-plate gap is made with an extension provided with an overflow partition and is closed by casings forming a collector drain with tap nipples of the first and second environment respectively, with overflow baffle extensions of the first plate interspaces for a first medium and second plate interspaces for a second medium located on opposite sides, and each plate interspaces placed a layer of fine-grained material.

Description

Техническое решение относится к теплообменному оборудованию и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, металлургической, энергетической, фармакологической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла дымовых газов и сточных вод.The technical solution relates to heat exchange equipment and can be used in chemical, petrochemical, machine-building, metallurgical, energy, pharmacological, food, agricultural and other industries, as well as in environmental processes of heat utilization of flue gases and wastewater.

Известна конструкция разборного пластинчатого теплообменника, включающая стойку, нажимные плиты, набор теплопередающих пластин, стягивающие шпильки. Между теплопередающими пластинами установлены резиновые уплотнительные прокладки. Для интенсификации теплопередачи используют пластины сетчато-поточного типа с волнистой поверхностью, обеспечивающие турбулизацию потоков обоих теплоносителей (Машины и аппараты химических производств / под общей ред. А.И. Тимонина. - Калуга: Издательство «Ноосфера», 2014, с. 461-465).A known design of a collapsible plate heat exchanger, including a rack, pressure plates, a set of heat transfer plates, tightening studs. Between the heat transfer plates are installed rubber gaskets. To intensify the heat transfer, mesh-flow type plates with a wavy surface are used to ensure the turbulence of the flows of both heat carriers (Machines and apparatuses of chemical production / edited by A.I. Timonin. - Kaluga: Publishing House "Noosphere", 2014, pp. 461-465 )

Недостатками данной конструкции являются сложность очистки теплопередающих боковых поверхностей пластин, особенно если это пластины с волнистой поверхностью, так как на них в процессе эксплуатации образуется ржавчина, солевой камень, продукты термической деструкции и другие отложения, что приводит к снижению интенсивности теплопереноса, трудность уплотнения между теплообменными пластинами и сложность их очистки.The disadvantages of this design are the difficulty of cleaning the heat transfer lateral surfaces of the plates, especially if they are plates with a wavy surface, since rust, salt stone, thermal degradation products and other deposits are formed on them during operation, which leads to a decrease in the heat transfer intensity, the difficulty of compaction between heat exchangers plates and the difficulty of cleaning them.

Известны пластинчатые сварные теплообменники, собираемые из блоков, в каждом из которых пластины свариваются между собой без прокладок (Ю.Н. Шаповалов, B.C. Шеин Машины и аппараты общехимического назначения: учеб. пособие. - Воронеж: Издательство Воронежского университета, 1981, с. 113).Known plate welded heat exchangers assembled from blocks, in each of which the plates are welded together without gaskets (Yu.N. Shapovalov, BC Shein Machines and apparatus for general chemical use: a training manual. - Voronezh: Publishing House of Voronezh University, 1981, p. 113 )

Недостатком данной конструкции является снижение интенсивности процесса теплопереноса из-за образования на теплопередающих поверхностях пластин ржавчины, солевого камня, продуктов термической деструкции и других отложений и, соответственно, необходимость их периодической очистки.The disadvantage of this design is the decrease in the intensity of the heat transfer process due to the formation of rust, salt stone, thermal degradation products and other deposits on the heat transfer surfaces and, accordingly, the need for periodic cleaning.

Известен теплообменник, содержащий корпус с первым и вторым каналами для теплоносителей, разделенные теплопередающей поверхностью, входными и выходными патрубками первого канала, входными и выходными патрубками второго канала, сферические теплопередающие элементы, размещенные в сферических лунках, при этом сферические теплопередающие элементы размещены в сферических лунках на теплопередающих поверхностях и на внутренней поверхности корпуса (патент РФ №2500965 РФ, МПК F28D 3/02, F28F 1/10, F28D 9/00, 10.12.2013).Known heat exchanger comprising a housing with a first and second channels for coolants, separated by a heat transfer surface, input and output pipes of the first channel, input and output pipes of the second channel, spherical heat transfer elements placed in spherical holes, while spherical heat transfer elements are placed in spherical holes on heat transfer surfaces and on the inner surface of the housing (RF patent No. 2500965 RF, IPC F28D 3/02, F28F 1/10, F28D 9/00, 12/10/2013).

Недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и, соответственно, очистки сферических теплопередающих элементов и внутренних поверхностей корпуса, на которых образуются отложения из ржавчины, солевого камня, продуктов термической деструкции, приводящие к снижению интенсивности теплопередачи от одного теплоносителя к другому.The disadvantages of this technical solution are the complexity of the design and, accordingly, the cleaning of spherical heat transfer elements and the inner surfaces of the housing, on which deposits of rust, salt stone, thermal degradation products are formed, leading to a decrease in the intensity of heat transfer from one coolant to another.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков по заявляемому объекту и принятому за прототип является пластинчатый теплообменник, содержащий ряд параллельных пластин, который включает в себя пластины теплообменника и упрочняющие пластины, располагающиеся снаружи пластин теплообменника. Пластины теплообменника формируют пакет пластин с первыми межпластинчатыми промежутками для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками для второй среды, при этом каждая из пластин теплообменника имеет четыре сквозных отверстия, формирующих каналы, проходящие через пакет пластин, а сами пластины неразъемно соединены друг с другом (патент РФ №2419053, МПК F28F 9/00, F28F 9/02, 20.05.2011).The closest technical solution for the totality of features of the claimed object and adopted for the prototype is a plate heat exchanger containing a series of parallel plates, which includes heat exchanger plates and reinforcing plates located outside the heat exchanger plates. The heat exchanger plates form a package of plates with the first inter-plate spaces for the first medium and the second inter-plate spaces for the second medium, while each of the heat exchanger plates has four through holes forming channels passing through the plate package, and the plates themselves are inseparably connected to each other (RF patent No. 2419053, IPC F28F 9/00, F28F 9/02, 05.20.2011).

Недостатком данной конструкции является невысокая интенсивность теплопереноса через теплопередающие боковые поверхности пластин, которая постоянно уменьшается в процессе эксплуатации за счет образования на этих поверхностях ржавчины, накипи, солевого камня и других отложений.The disadvantage of this design is the low intensity of heat transfer through the heat-transmitting side surfaces of the plates, which is constantly reduced during operation due to the formation of rust, scale, salt stone and other deposits on these surfaces.

Задача, на которую направлено данное техническое решение -увеличение интенсивности теплопереноса через теплопередающие поверхности пластин.The task to which this technical solution is directed is to increase the intensity of heat transfer through the heat transfer surfaces of the plates.

Техническим результатом является повышение производительности процесса теплообмена и упрощение конструкции теплообменного аппарата.The technical result is to increase the productivity of the heat transfer process and simplify the design of the heat exchanger.

Поставленный технический результат достигается тем, что в пластинчатом теплообменнике, содержащем корпус с расположенными в нем неразъемно соединенными параллельными пластинами, сформированными в пакет с первыми межпластинчатыми промежутками для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками для второй среды, при этом каждый межпластинчатый промежуток снабжен подводящим штуцером, расположенным в нижней части корпуса, верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка выполнена с расширением, снабженным переливной перегородкой, и закрыта кожухами, образующими коллекторы слива со штуцерами отвода первой и второй среды соответственно, причем переливные перегородки расширений первых межпластинчатых промежутков для первой среды и вторых межпластинчатых промежутков для второй среды расположены на противоположных сторонах, а в каждом межпластинчатом промежутке размещен слой мелкозернистого материала.The technical result achieved is achieved by the fact that in a plate heat exchanger containing a housing with one-piece parallel plates located therein, formed into a bag with first inter-plate spaces for the first medium and second inter-plate spaces for the second medium, each inter-plate space provided with a supply fitting located in the lower part of the casing, the upper part of each interplate interval is made with an extension equipped with an overflow partition casing, and is closed by casings forming drain manifolds with discharge fittings of the first and second medium, respectively, and the overflow partitions of the extensions of the first inter-plate gaps for the first medium and the second inter-plate gaps for the second medium are located on opposite sides, and a layer of fine-grained material is placed in each inter-plate gap.

Установка в нижней части корпуса для каждого межпластинчатого промежутка подводящего штуцера позволяет создавать восходящие потоки первой и второй сред в каждом межпластинчатом промежутке со скоростями, лежащими в диапазоне скоростей существования псевдоожиженного слоя используемого мелкозернистого материала.The installation in the lower part of the casing for each inter-plate gap of the supply fitting allows you to create upward flows of the first and second media in each inter-plate gap with velocities lying in the range of the velocity of existence of the fluidized bed of the used fine-grained material.

Размещение в каждом межпластинчатом промежутке слоя мелкозернистого материала позволяет при скоростях, лежащих в диапазоне скоростей псевдоожижения, создавать восходящими потоками первой и второй сред в каждом межпластинчатом промежутке псевдоожиженный слой мелкозернистого материала по всей высоте и ширине параллельных пластин с обеих их теплопередающих поверхностей. В качестве мелкозернисто материала могут использоваться песок, стеклянные или керамические шарики, пластиковые гранулы и т.п. Оптимальный для псевдоожижения размер частиц в среднем составляет 1,5÷4,0 мм.Placing a layer of fine-grained material in each inter-plate gap at speeds lying in the range of fluidization velocities allows the ascending flows of the first and second media in each inter-plate gap to create a fluidized bed of fine-grained material along the entire height and width of parallel plates from both of their heat transfer surfaces. As fine-grained material, sand, glass or ceramic balls, plastic granules, etc. can be used. The optimal particle size for fluidization is on average 1.5–4.0 mm.

Псевдоожижение, во-первых, повышает в два-три раза коэффициент теплоотдачи в каждом межпластинчатом промежутке от поверхности пластин к одной среде или от другой среды к поверхности пластин по сравнению с теплоотдачей от жидкого теплоносителя без псевдоожиженного слоя, а, во-вторых, за счет трения частиц мелкозернистого материала, образующих псевдоожиженный слой, о боковые теплопередающие поверхности параллельных пластин предотвращается в процессе эксплуатации аппарата образование на них ржавчины, солевого камня, накипи, продуктов термической деструкции и других отложений, обеспечивая работу теплообменника с постоянно чистыми теплообменными поверхностями, что способствует интенсификации теплопереноса между первой и второй средами.Fluidization, firstly, increases the heat transfer coefficient by two to three times in each inter-plate gap from the surface of the plates to one medium or from another medium to the surface of the plates compared to heat transfer from a liquid coolant without a fluidized bed, and, secondly, due to the friction of the particles of fine-grained material forming a fluidized bed on the side heat transfer surfaces of parallel plates prevents the formation of rust, salt stone, scale, and products on them during the operation of the apparatus thermal destruction and other deposits, ensuring the operation of the heat exchanger with constantly clean heat-exchange surfaces, which contributes to the intensification of heat transfer between the first and second environments.

Выполнение верхней части каждого межпластинчатого промежутка с расширением увеличивает его проходное сечение, что позволяет предотвратить унос частиц мелкозернистого материала из каждого межпластинчатого промежутка за счет резкого снижения скорости потоков обеих сред, которая становится меньше скорости псевдоожижения, что приводит к постоянному и устойчивому содержанию частиц мелкозернистого материала в каждом межпластинчатом промежутке.The implementation of the upper part of each interlamellar gap with expansion increases its flow area, which prevents the entrainment of particles of fine-grained material from each interlamellar gap due to a sharp decrease in the flow rates of both media, which becomes lower than the fluidization velocity, which leads to a constant and stable content of fine-grained particles in each lamellar gap.

Наличие кожухов, закрывающих расширенные части каждого межпластинчатого промежутка с образованием коллекторов слива через переливные перегородки для первой и второй сред соответственно, позволяет удалять первую и вторую среды из теплообменного аппарата через их штуцеры отвода. Над пакетом параллельных пластин, образующих межпластинчатые промежутки для первой и второй сред, расположена крышка.The presence of casings covering the expanded parts of each inter-lamellar gap with the formation of drain collectors through overflow partitions for the first and second media, respectively, allows you to remove the first and second media from the heat exchanger through their discharge fittings. A lid is located above the stack of parallel plates forming inter-plate gaps for the first and second media.

Таким образом, установка в нижней части корпуса для каждого межпластинчатого промежутка подводящего штуцера и выполнение верхней части каждого межпластинчатого промежутка с расширением, снабженным переливной перегородкой, закрытым кожухами, образующими коллекторы слива со штуцерами отвода первой и второй сред соответственно, а также размещение слоя мелкозернистого материала в каждом межпластинчатом промежутке обеспечивает предотвращение образования на них различных отложений, таких как ржавчина, накипь, солевой камень, и создание устойчивого псевдоожиженного слоя в каждом межпластинчатом промежутке по всей высоте и ширине поверхностей каждой параллельной пластины, позволяет интенсифицировать процесс теплопереноса между первой и второй средами.Thus, the installation in the lower part of the housing for each inter-plate gap of the inlet fitting and the implementation of the upper part of each inter-plate gap with an expansion equipped with an overflow partition, closed casings, forming drain manifolds with discharge fittings of the first and second media, respectively, as well as placing a layer of fine-grained material in each inter-lamellar gap prevents the formation of various deposits on them, such as rust, scale, salt stone, and the creation of a stable fluidized bed in each inter-plate gap along the entire height and width of the surfaces of each parallel plate, allows you to intensify the heat transfer process between the first and second environments.

На фиг. 1 представлен фронтальный вид в разрезе А-А предлагаемой конструкции пластинчатого теплообменника, на фиг. 2 - вид сверху в разрезе Б-Б, на фиг. 3 - вид сверху в разрезе В-В.In FIG. 1 is a frontal sectional view A-A of the proposed plate heat exchanger design; FIG. 2 is a top view in section BB, in FIG. 3 is a top view in section BB.

Пластинчатый теплообменник состоит из корпуса 1 с расположенными в нем неразъемно соединенными параллельными пластинами 2, сформированными в пакет с первыми межпластинчатыми промежутками I для первой среды и вторыми межпластинчатыми промежутками II для второй среды. В нижней части корпуса 1 каждого межпластинчатого промежутка I и II расположены подводящие штуцеры 3 для первой и второй сред соответственно. Верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка выполнена с расширением 4, снабженным переливной перегородкой 5 таким образом, что переливные перегородки расширений первых межпластинчатых промежутков I для первой среды и вторых межпластинчатых промежутков II для второй среды расположены на противоположных сторонах. Расширенная части каждого межпластинчатого промежутка I и II закрыта общим кожухами 6 для первой среды и 7 - для второй среды, которые образуют коллекторы слива для первой и второй сред соответственно, снабженные штуцерами отвода 8 и 9 этих сред. Над пакетом параллельных пластин, образующих межпластинчатые промежутки I и II для первой и второй сред, расположена крышка 10. В каждый межпластинчатый промежуток засыпан слой, состоящий из частиц 11 мелкозернистого материала.The plate heat exchanger consists of a housing 1 with parallel plates 2 permanently connected and formed therein and formed in a packet with the first interplate intervals I for the first medium and the second interplate intervals II for the second medium. In the lower part of the housing 1 of each inter-plate gap I and II are the supply nozzles 3 for the first and second environments, respectively. The upper part of each inter-plate gap is made with an extension 4 provided with an overflow partition 5 so that the overflow partitions of the extensions of the first inter-plate gaps I for the first medium and the second inter-plate gaps II for the second medium are located on opposite sides. The extended part of each inter-lamellar gap I and II is closed by common casings 6 for the first medium and 7 for the second medium, which form drain manifolds for the first and second media, respectively, equipped with outlet fittings 8 and 9 of these media. A lid 10 is located above the stack of parallel plates forming the interlamellar gaps I and II for the first and second media. A layer consisting of particles 11 of fine-grained material is buried in each interlamellar gap.

Пластинчатый теплообменник работает следующим образом. В каждый межпластинчатый промежуток рабочего пространства загружается мелкозернистый материал. Через подводящие штуцеры 3 первую и вторую среды подают внутрь каждого межпластинчатого промежутка I и II со скоростями, значения которых лежат в диапазоне скоростей псевдоожижения частиц 11 мелкозернистого материала. При этом весь слой переходит в псевдоожиженное состояние по всей высоте и ширине параллельных пластин каждого межпластинчатого промежутка I и II. Так как верхняя часть каждого межпластинчатого промежутка I и II выполнена с расширением 4, закрытым крышкой 10, то скорости первой и второй сред в этих расширениях резко уменьшаются и становятся меньше скорости псевдоожижения, что предотвращает унос частиц 11 мелкозернистого материала из каждого межпластинчатого промежутка I и II. Далее первая и вторая среды уже без частиц 11 мелкозернистого материала из расширения 4 каждого межпластинчатого промежутка I и II через переливную перегородку 5 перетекают в общие кожухи: 6 для первой среды и 7 для второй среды, образующие коллекторы слива для первой и второй сред соответственно. После чего первая среда удаляется из коллектора слива для первой среды через штуцер отвода 8, а вторая среда удаляется из коллектора слива для второй среды через штуцер отвода 9.Plate heat exchanger operates as follows. Fine-grained material is loaded into each inter-lamellar gap of the working space. Through the inlet fittings 3, the first and second media are fed into each interplate interval I and II with velocities whose values lie in the range of fluidization velocities of the particles 11 of fine-grained material. In this case, the entire layer passes into the fluidized state along the entire height and width of the parallel plates of each inter-plate gap I and II. Since the upper part of each inter-lamellar gap I and II is made with extension 4, closed by a cover 10, the velocities of the first and second media in these expansions sharply decrease and become lower than the fluidization velocity, which prevents the entrainment of particles 11 of fine-grained material from each inter-lamellar gap I and II . Further, the first and second media, already without particles 11 of fine-grained material, from the expansion 4 of each inter-lamellar gap I and II through the overflow partition 5 flow into common casings: 6 for the first medium and 7 for the second medium, forming drain manifolds for the first and second media, respectively. After that, the first medium is removed from the drain manifold for the first medium through the discharge nozzle 8, and the second medium is removed from the drain collector for the second medium through the discharge nozzle 9.

Наличие псевдоожиженных слоев мелкозернистого материала в межпластинчатых промежутках I и II, во-первых, увеличивает в два-три раза коэффициент теплоотдачи за счет турбулизации потоков обеих сред, а во-вторых, за счет трения частиц 11 мелкозернистого материала, образующих псевдоожиженный слой, о теплопередающие поверхности параллельных пластин 2 предотвращает в процессе эксплуатации теплообменника образование на них ржавчины, солевого камня, накипи, продуктов термической деструкции и других отложений, что способствует интенсификации теплопереноса между первой и второй средами.The presence of fluidized layers of fine-grained material in the interplate intervals I and II, firstly, increases the heat transfer coefficient by two to three times due to the turbulization of the flows of both media, and secondly, due to friction of particles 11 of the fine-grained material forming a fluidized bed, on heat transfer surfaces of parallel plates 2 prevents the formation of rust, salt stone, scale, thermal degradation products and other deposits during operation of the heat exchanger, which contributes to the intensification of transport transfer between the first and second environments.

Claims

A plate heat exchanger comprising a housing with parallel plates disposed in one piece and formed therein into a bag with first interplate intervals for the first medium and second interplate intervals for the second medium, characterized in that each interplate region is provided with a supply fitting located in the lower part of the housing, the upper a part of each inter-plate gap is made with an extension provided with an overflow partition and is closed by casings forming a collector drain with tap nipples of the first and second environment respectively, with overflow baffle extensions of the first plate interspaces for a first medium and second plate interspaces for a second medium located on opposite sides, and each plate interspaces placed a layer of fine-grained material.