RU168684U1

RU168684U1 - SHELL-TUBE HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU168684U1
Application number: RU2016111091U
Authority: RU
Inventors: Леонид Саввич Рева; Александр Борисович Голованчиков; Петр Сергеевич Васильев; Светлана Борисовна Воротнева; Илья Игоревич Улизин
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-02-15

Abstract

Техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может найти применение в различных отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла дымовых газов и сточных вод.Кожухотрубный теплообменник содержит корпус с расширяющейся верхней частью, переднюю и заднюю крышки трубного пространства, трубные решетки с горизонтальным трубным пучком, распределитель теплоносителя в межтрубном пространстве в виде стаканов с колпачками, штуцеры подвода и отвода теплоносителей в трубы трубного пучка и межтрубное пространство, содержащее слой мелкозернистого материала, в межтрубном пространстве установлены вертикальные перегородки с образованием многоходового межтрубного пространства, состоящего из чередующихся друг с другом секций, при этом расширяющаяся верхняя часть корпуса каждой секции снабжена переливной перегородкой и закрыта кожухом, имеющим штуцер отвода теплоносителя из межтрубного пространства, который соединен трубой со штуцером подвода теплоносителя в соседнюю секцию, а слой мелкозернистого материала состоит из частиц, плотность которых больше плотности теплоносителя, при этом псевдоожижение мелкозернистого материала осуществляется восходящим движением теплоносителя в каждой секции.The technical solution relates to heat exchangers and can be used in various industries, as well as in environmental processes of heat recovery of flue gases and wastewater. The shell and tube heat exchanger contains a housing with an expanding upper part, front and rear covers of the tube space, tube sheets with a horizontal tube bundle , distributor of coolant in the annulus in the form of glasses with caps, fittings for supplying and discharging coolants into the pipes of the tube bundle and the annulus are simple a device containing a layer of fine-grained material, vertical partitions are installed in the annular space with the formation of a multi-way annular space, consisting of sections alternating with each other, while the expanding upper part of the housing of each section is equipped with an overflow partition and is closed by a casing having a nozzle for the removal of coolant from the annular space, which is connected by a pipe to the coolant inlet to the adjacent section, and the layer of fine-grained material consists of particles, the density is which is greater than the density of the coolant, while the fluidization of the fine-grained material is carried out by the upward movement of the coolant in each section.

Description

Техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, машиностроительной, горноперерабатывающей, строительной, пищевой и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла дымовых газов и сточных вод.The technical solution relates to heat exchangers and can find application in the chemical, petrochemical, engineering, mining, construction, food and other industries, as well as in environmental processes of heat recovery of flue gases and waste water.

Известна конструкция кожухотрубного теплообменника, описанная в способе предупреждения образования отложений в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника, содержащего кожух с размещенными внутри него трубами и размещенным в межтрубном пространстве мелкозернистым материалом, патрубки для подачи и отвода первого теплоносителя в трубы, патрубки для подачи и отвода второго теплоносителя в межтрубное пространство и распределительное устройство для равномерного распределения второго теплоносителя по сечению межтрубного пространства. Для сохранения частиц мелкозернистого материала в межтрубном пространстве их диаметр и плотность подбираются таким образом, чтобы рабочие скорости потока второго теплоносителя обеспечивали создание псевдоожиженного состояния, а для предупреждения уноса частиц из кожуха предусмотрено расширение в верхней части теплообменника (авторское свидетельство №408598, СССР, F28F 19/00, 1984 г.).A known shell-and-tube heat exchanger design, described in a method for preventing the formation of deposits in the annular space of a shell-and-tube heat exchanger, comprising a casing with pipes placed inside it and finely grained material located in the annulus, pipes for supplying and discharging the first heat carrier to the pipes, pipes for supplying and discharging the second heat carrier to annular space and distribution device for uniform distribution of the second coolant over the annular section a nd. To preserve the particles of fine-grained material in the annulus, their diameter and density are selected so that the working flow rates of the second coolant provide a fluidized state, and to prevent the entrainment of particles from the casing, expansion is provided in the upper part of the heat exchanger (copyright certificate No. 408598, USSR, F28F 19 / 00, 1984).

Известна конструкция кожухотрубного теплообменника с расширяющейся верхней частью, мелкозернистым материалом в межтрубном пространстве, подключенным к распределителю жидкого теплоносителя для псевдоожижения слоя материала и коллектору для равномерного удаления теплоносителя, выполненного в виде карманов, расположенных снаружи расширяющейся части корпуса по его периметру (авторское свидетельство №500695, СССР, F28D 7/00, F28F 19/00,1984 г.).A known design of a shell-and-tube heat exchanger with an expanding upper part, fine-grained material in the annulus connected to a liquid coolant distributor for fluidizing the material layer and a collector for uniform removal of the coolant made in the form of pockets located outside the expanding part of the housing along its perimeter (copyright certificate No. 500695, USSR, F28D 7/00, F28F 19 / 00.1984).

Известен кожухотрубный теплообменник с расширяющейся верхней частью и мелкозернистым материалом в межтрубном пространстве, подключенном к распределителю жидкого теплоносителя для псевдоожижения материала, при этом в расширяющейся части кожуха по ее оси установлен коллектор желобчатого типа с окнами на боковой поверхности для слива жидкого теплоносителя. Теплообменник содержит корпус, переднюю крышку, трубную решетку, заднюю крышку, трубный пучок, вертикальные перегородки, разделяющие межтрубное пространство на секции, распределитель жидкого теплоносителя, коллектор желобчатого типа с окнами для слива жидкого теплоносителя, штуцеры для отвода и подвода теплоносителей в трубное и межтрубное пространства, стаканы с колпачками для равномерного распределения теплоносителя в межтрубном пространстве, чтобы обеспечить равномерное распределение мелкозернистого материала по высоте и сечению межтрубного пространства. Теплообменник может быть как одноходовым, так и многоходовым по трубному пространству (авторское свидетельство №457367, СССР, F28D 7/00, F28F 19/00, 1984 г.).A shell-and-tube heat exchanger is known with an expanding upper part and a fine-grained material in the annular space connected to a liquid coolant distributor for fluidizing the material, while in the expanding part of the casing along its axis there is a grooved type collector with windows on the side surface for draining the liquid coolant. The heat exchanger contains a housing, a front cover, a tube sheet, a back cover, a tube bundle, vertical partitions dividing the annular space into sections, a liquid coolant distributor, a grooved type collector with windows for draining the liquid coolant, fittings for removing and supplying coolant to the pipe and annular spaces cups with caps for uniform distribution of coolant in the annulus to ensure uniform distribution of fine-grained material in height and section th annulus. The heat exchanger can be either single-pass or multi-pass through the pipe space (copyright certificate No. 457367, USSR, F28D 7/00, F28F 19/00, 1984).

Недостатком данных технических решений является то, что теплообменники являются одноходовыми по межтрубному пространству, что определяет малое время пребывания теплоносителя в межтрубном пространстве и, соответственно, низкую эффективность его использования, что, в свою очередь, уменьшает движущую силу процесса теплообмена и снижает его эффективность в целом.The disadvantage of these technical solutions is that the heat exchangers are single-pass along the annulus, which determines the short residence time of the coolant in the annulus and, accordingly, low efficiency of its use, which, in turn, reduces the driving force of the heat transfer process and reduces its overall efficiency .

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип, является кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус с расширяющейся верхней частью, переднюю и заднюю крышки трубного пространства, трубные решетки с горизонтальным трубным пучком, распределитель теплоносителя в межтрубном пространстве в виде стаканов с колпачками, штуцеры подвода и отвода теплоносителей в трубы трубного пучка и межтрубное пространство, содержащее слой мелкозернистого материала, при этом в межтрубном пространстве установлены вертикальные перегородки с образованием многоходового межтрубного пространства, состоящего из чередующихся друг с другом секций с восходящим и нисходящим движением теплоносителя, причем в секциях с восходящим движением теплоносителя плотность частиц мелкозернистого материала больше плотности теплоносителя, в секциях с нисходящим движением теплоносителя плотность частиц мелкозернистого материала меньше плотности теплоносителя, а под трубным пучком каждой секции с нисходящим движением теплоносителя установлены сетки (патент РФ №154574, МПК F28D 7/00, F28D 17/00, 27.08.2015 г.).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is a shell-and-tube heat exchanger containing a housing with an expanding upper part, front and rear covers of the tube space, tube sheets with a horizontal tube bundle, a heat transfer agent in the annulus in the form of glasses with caps , fittings for supplying and discharging coolants into pipes of a tube bundle and annular space containing a layer of fine-grained material, while in the annular In the space, vertical partitions are installed with the formation of a multi-way annulus, consisting of sections alternating with each other with an upward and downward movement of the coolant, and in sections with an upward movement of the coolant, the density of particles of fine-grained material is greater than the density of the coolant, in sections with a downward movement of the coolant, the density of particles of material is fine-grained density of the coolant, and under the tube bundle of each section with a downward movement of the coolant installed reindeer mesh (RF patent No. 154574, IPC F28D 7/00, F28D 17/00, 08/27/2015).

Недостатком данной конструкции являются сложность подбора диаметра и плотности частиц мелкозернистого материала, которые должны иметь плотность меньшую плотности теплоносителя в секциях с нисходящим его движением, причем скорость движения теплоносителя должна обеспечивать псевдоожижение этого материала и его расширение на всю высоту трубного пучка в секциях. Также недостатком является необходимость установки в секциях с нисходящим движением теплоносителя ограничительных сеток, препятствующих провалу частиц мелкозернистого материала в момент загрузки и его уносу в соседнюю секцию в режиме псевдоожижения частиц.The disadvantage of this design is the difficulty in selecting the diameter and density of particles of fine-grained material, which should have a density lower than the density of the coolant in sections with its downward movement, and the velocity of the coolant should provide fluidization of this material and its expansion to the entire height of the tube bundle in the sections. Another disadvantage is the need to install restrictive grids in sections with a downward flow of the coolant that prevent the failure of particles of fine-grained material at the time of loading and its entrainment to the neighboring section in the fluidized particle mode.

Техническим результатом предлагаемой конструкции кожухотрубного теплообменника является увеличение эффективности процесса теплообмена.The technical result of the proposed shell-and-tube heat exchanger design is to increase the efficiency of the heat transfer process.

Технический результат достигается тем, что кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус с расширяющейся верхней частью, переднюю и заднюю крышки трубного пространства, трубные решетки с горизонтальным трубным пучком, распределитель теплоносителя в межтрубном пространстве в виде стаканов с колпачками, штуцеры подвода и отвода теплоносителей в трубы трубного пучка и многоходовое межтрубное пространство из чередующихся друг с другом секций, содержащее слой мелкозернистого материала, при этом расширяющаяся верхняя часть корпуса каждой секции снабжена переливной перегородкой и закрыта кожухом, снабженным штуцером отвода теплоносителя из межтрубного пространства, соединенным трубой со штуцером подвода теплоносителя в следующую секцию, причем плотность мелкозернистого материала больше плотности теплоносителя.The technical result is achieved by the fact that a shell-and-tube heat exchanger containing a housing with an expanding upper part, front and rear covers of the tube space, tube sheets with a horizontal tube bundle, a heat distributor in the annulus in the form of glasses with caps, fittings for supplying and discharging heat carriers into the tubes of the tube bundle and a multi-way annulus from alternating sections containing a layer of fine-grained material, with the expanding upper part of the body each of the second section is equipped with an overflow baffle and closed by a casing provided with a nozzle for removing the coolant from the annulus, connected by a pipe to the nozzle for supplying the coolant to the next section, and the density of the fine-grained material is greater than the density of the coolant.

Установка в расширяющейся верхней части корпуса в каждой секции переливной перегородки, закрытой кожухом, имеющим штуцер отвода теплоносителя из межтрубного пространства, соединенный трубой с входным штуцером в нижней части соседней секции, позволяет во всех секциях теплообменника создать восходящее движение теплоносителя. При этом переток теплоносителя по ходу его движения из каждой секции в соседнюю осуществляется по трубе, соединяющей смежные секции. Это обстоятельство приводит к тому, что для создания в каждой секции с восходящим движением теплоносителя псевдоожиженного слоя необходимо в каждую секцию аппарата загружать слой мелкозернистого материала, состоящий только из частиц, плотность которых должна быть больше плотности теплоносителя. Это, в свою очередь, позволяет использовать в каждой секции одинаковый мелкозернистый материал, частицы которого имеют плотность большую плотности теплоносителя.Installation in an expanding upper part of the body in each section of the overflow partition, closed by a casing having a nozzle for the removal of coolant from the annular space, connected by a pipe to the inlet fitting in the lower part of the neighboring section, allows upward movement of the coolant in all sections of the heat exchanger. In this case, the flow of the coolant in the direction of its movement from each section to the neighboring is carried out through a pipe connecting adjacent sections. This circumstance leads to the fact that in order to create a fluidized bed in each section with an upward movement of the coolant, it is necessary to load a layer of fine-grained material in each section of the apparatus, consisting only of particles whose density should be greater than the density of the coolant. This, in turn, allows the use of the same fine-grained material in each section, the particles of which have a density greater than the density of the coolant.

Таким образом, переток теплоносителя по трубам по ходу его движения из предыдущей секции в последующую позволяет увеличить время его пребывания в межтрубном пространстве и, соответственно, повысить эффективность его использования, что, в свою очередь, увеличивает движущую силу процесса теплообмена и повышает его эффективность в целом.Thus, the flow of coolant through the pipes in the direction of its movement from the previous section to the next allows you to increase the time spent in the annulus and, accordingly, increase the efficiency of its use, which, in turn, increases the driving force of the heat transfer process and increases its efficiency in general .

На фиг. 1 показан поперечный разрез кожухотрубного теплообменника. На фиг. 2 показан продольный разрез кожухотрубного теплообменника. На фиг. 3 показан фронтальный вид кожухотрубного теплообменника.In FIG. 1 shows a cross-section through a shell-and-tube heat exchanger. In FIG. 2 shows a longitudinal section through a shell-and-tube heat exchanger. In FIG. 3 shows a front view of a shell-and-tube heat exchanger.

Кожухотрубный теплообменник содержит корпус 1 с расширяющейся верхней частью 2 с переливной перегородкой 3, которые закрыты кожухом 4, переднюю 5 и заднюю 6 крышки трубного пространства, трубные решетки 7 и горизонтальные трубы 8 трубного пучка, распределитель жидкого теплоносителя в виде стаканов 9 с колпачками 10, штуцеры подвода 11 и отвода 12 теплоносителя межтрубного пространства, штуцеры подвода 13 и отвода 14 теплоносителя трубного пространства, вертикальные перегородки 15, разделяющие межтрубное пространство равномерно по длине трубного пучка на чередующиеся друг с другом секции, в которые загружен мелкозернистый материал 16. Каждая секция со следующей по ходу движения теплоносителя соединена трубой 17 и имеет крышки 18 для загрузки частиц мелкозернистого материала 16.The shell-and-tube heat exchanger comprises a housing 1 with an expanding upper part 2 with an overflow baffle 3, which is closed by a casing 4, a front 5 and a back 6 of the tube cover, tube sheets 7 and horizontal tubes 8 of the tube bundle, a liquid heat transfer agent in the form of glasses 9 with caps 10, fittings for inlet 11 and outlet 12 of the annular coolant, nozzles for inlet 13 and outlet 14 of the pipe coolant, vertical partitions 15 dividing the annular space evenly along the length of the pipe beam to alternating sections with each other, into which the fine-grained material is loaded 16. Each section with the next in the direction of movement of the coolant is connected by a pipe 17 and has lids 18 for loading particles of fine-grained material 16.

Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.Shell-and-tube heat exchanger operates as follows.

В секции межтрубного пространства загружается мелкозернистый материал 16 с плотностью большей плотности теплоносителя. По штуцеру 11 теплоноситель подают в первую секцию межтрубного пространства со скоростью в диапазоне скоростей существования псевдоожиженного слоя данного мелкозернистого материала 16. Количество мелкозернистого материала 16, загружаемого в каждую секцию, определяется таким образом, чтобы при данной скорости теплоносителя слой расширялся на всю высоту трубного пучка. Расширение 2 верхней части корпуса 1 увеличивает площадь проходного сечения для теплоносителя, что снижает скорость его движения до скорости, меньшей скорости начала псевдоожижения частиц мелкозернистого материала. Соответственно, частицы остаются в псевдоожиженном состоянии в межтрубном пространстве, но не выносятся в расширенную часть корпуса 1. Далее теплоноситель, не содержащий твердые частицы, переливается через переливную перегородку 3, попадает в кожух 4 и через отводящий штуцер 12 по трубе 17 подается в подводящий штуцер 11 следующей секции, а через стакан 9 и колпачок 10 попадает в межтрубное пространство и осуществляет в ней псевдоожижение мелкозернистого материала. Аналогично происходит псевдоожижение мелкозернистого материала, движение теплоносителя и его переток во всех последующих секциях.In the annulus section, fine-grained material 16 is loaded with a density of a higher density of the coolant. According to the nozzle 11, the coolant is fed into the first section of the annular space at a speed in the range of the existence rates of the fluidized bed of this fine-grained material 16. The amount of fine-grained material 16 loaded into each section is determined so that at a given coolant speed the layer expands to the entire height of the tube bundle. The extension 2 of the upper part of the housing 1 increases the flow area for the coolant, which reduces its speed to a speed lower than the velocity of the start of fluidization of the particles of fine-grained material. Accordingly, the particles remain in a fluidized state in the annulus, but are not carried out to the expanded part of the housing 1. Then, the coolant that does not contain solid particles is poured through the overflow baffle 3, enters the casing 4 and is fed through the pipe 12 to the inlet fitting 11 of the next section, and through the glass 9 and the cap 10 enters the annulus and carries out the fluidization of fine-grained material in it. Similarly, the fluidization of fine-grained material, the movement of the coolant and its flows in all subsequent sections.

Трубный пучок, сформированный трубными решетками 7 и горизонтальными трубами 8, закрыт задней крышкой 6 и передней крышкой 5, в которую по штуцеру 13 подается, а по штуцеру 14 выводится теплоноситель трубного пространства. I-I - вход и выход теплоносителя межтрубного пространства, II-II - вход и выход теплоносителя трубного пространства (фиг. 1, 2, 3).The tube bundle formed by the tube sheets 7 and the horizontal tubes 8 is closed by a back cover 6 and a front cover 5 into which the nozzle 13 is supplied and the coolant of the tube space is discharged through the nozzle 14. I-I - the inlet and outlet of the coolant of the annulus, II-II - the inlet and outlet of the coolant of the pipe space (Fig. 1, 2, 3).

Таким образом, наличие в расширяющейся верхней части корпуса каждой секции переливной перегородки и кожуха, снабженного штуцером отвода теплоносителя из межтрубного пространства, соединенного трубой со штуцером подвода теплоносителя в следующую секцию, а также наличие в каждой секции кожухотрубного теплообменника слоя мелкозернистого материала, плотность которого больше плотности теплоносителя, улучшает степень использования тепловых свойств теплоносителя межтрубного пространства, увеличивает движущую силу процесса и, соответственно, эффективность процесса теплообмена в целом.Thus, the presence in the expanding upper part of the body of each section of the overflow partition and the casing, equipped with a fitting for the removal of coolant from the annular space, connected by a pipe with a fitting for supplying the coolant to the next section, as well as the presence in each section of the shell-and-tube heat exchanger of a layer of fine-grained material, the density of which is higher than the density coolant, improves the degree of use of the thermal properties of the annular coolant, increases the driving force of the process and, accordingly enno, the heat exchange efficiency of the overall process.

Claims

A shell-and-tube heat exchanger comprising a housing with an expanding upper part, front and back covers of the tube space, tube sheets with a horizontal tube bundle, a heat transfer distributor in the annular space in the form of glasses with caps, fittings for supplying and discharging heat carriers into the tube bundle pipes and a multi-way annular space from alternating each other sections containing a layer of fine-grained material, characterized in that the expanding upper part of the housing of each section is equipped with an overflow the partition and is closed by a casing, equipped with a fitting for the removal of coolant from the annular space, connected by a pipe with a fitting for supplying the coolant in the next section, and the density of the fine-grained material is greater than the density of the coolant.