RU1780579C - Входна камера теплообменника - Google Patents

Abstract

Использование: в теплотехнике, преимущественно в конструкци х подогревате- лей холодных газовых сбросов, примен емых в нефтехимии, нефтегазопе- реработке и других отрасл х промышленности . Сущность изобретени : входна  камера теплообменника образована крышкой 1 и трубной решеткой 2 с закрепленными в ней концами теплообменных труб 3 и содержит защитное устройство в виде пакета экранов 4 с отверсти ми 5. Пакет экранов 4 размещен над концами труб 3 отверсти  5 в каждом экране 4 выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб 3, и расположены соосно последним, а экраны 4 в пакете установлены на рассто ни х друг от друга, определ емых из соотношени  ln п d2/4D, где п - количество труб 3; d - внутренний диаметр трубы 3; D - внутренний диаметр крышки-1. Конструкци  обеспечивает равномерное распределение потока по трубам и повышает надежность теплообменника . 1 з. п. ф-лы, 1 ил. W Ё

Description

Изобретение относитс  к теплообменникам , преимущественно к подогревател м холодных газовых сбросов, и может быть использовано в нефтехимии, нефтегазопе- реработке и в других отрасл х промышленности .

Известен теплообменный аппарат по ( авт. св. СССР № 1232924 кл. F 28 F 9/02) с входной распредкамерой, выполненной без защитного устройства.

Недостатком таких аппаратов  вл етс  их ненадежна  работа из-за эрозионного износа трубной решетки и торцевых сварных швов труб при использовании среды трубного пространства, содержащей твердые частицы, а также при использовании подогрева рабочих среде большим перепадом температур.

Известен распределительный коллектор теплообменника (авт. св. СССР № 840671, кл. F 28 F 9/02), содержащий корпус с установленным в нем фильтром в виде фильтрующего сло , размещенного в перфорированной оболочке, и распределительной камерой, использующей длину, превышающую радиус корпуса.

Недостатками данной конструкции  вл етс  то, что така  конструкци  эффективнадл малыхдиаметров распределительных камер, где вход газовой среды осуществл етс  по всему сечению камеры , т. е. распределительна  камера  вл етс  частью входной трубы. Кроме того, така  камера громоздка и не защищает от образовани  местных зон захолаживани  трубной решетки из-за отсутстви  отсеков, уменьшающихс  к трубной решетке.

V|

00

о

СП VJ Ю

СО

Известно также техническое решение 1 выбранное за прототип, содержащее защитное устройство, выполненное в виде не- скольких р дов сеток с различным размером  чеек в каждой сетке. Така  конструкци  позвол ет защитить трубную решетку от эрозионного износа.

Недостатком тгого технического решени   вл етс  возникновение местных зон захолаживани  трубной решетки при использовании в качестве среды трубного пространства холодных газовых сбросов, вследствие чего снижаетс  эксплуатационна  надежность аппарата в целом.

Техническа  система, котора  существует в аналогах и прототипе находитс  в техническом противоречии относительно узлового компонента системы -трубной решетки . Трубна  решетка должна быть дл  выполнени  функции разграничени  трубного и межтрубного пространства, но при этом на ней возникают зоны захолаживани  и, следовательно, снижаетс  эксплуатационна  надежность аппарата. И наоборот, при отсутствии е системе трубной решетки зоны захолаживани  отсутствуют, повышаетс  эксплуатационна  надежность, но при этом не выполн етс  функци  разграничени  трубного и межтрубного пространстёа. Т е трубна  решетка должна быть, чтобы выполн ть функцию разграничени  трубного и межтрубного пространства и ее не должно быть, чтобы аппарат был надежным.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем равномерного распределени  потока по трубам.

Указанна  цель достигаетс  тем, что во входной камере теплообменника, преимущественно подогревател  газовых сбросов, образованной крышкой и трубной решеткой с закрепленными в ней концами теплооб- менных труб и содержащей защитное устройство в виде пакета экранов с отверсти ми, согласно изобретению пакет экранов размещен над концами труб, отверсти  в каждом экране выполнены с диаметром , не превышающим внутренний диаметр труб, и расположены соосно последним, а экраны в пакете установлены на рассто ни х один от другого определ емых из соотношени 

I -

где п - количество труб

d - внутренний диаметр трубы; D - внутренний диаметр крышки Рассто ний между экранами выполнены уменьшающимис  в направлении к трубной решетке

Размещение пакета экранов над концами труб позвол ет создать в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки дл  термической рабочей среды и

снизить ее скорость, исключив тем самым термический удар потока среды непосредственно о трубную решетку, а следовательно , и образование зоны местного захолаживани  или нагрева торцовой поверхности трубной решетки.

Выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб и расположение соосно последним позвол ет направить

термическую рабочую среду в каждую трубу с наименьшим сопротивлением и защитить торцовые сварные швы труб и торец трубной решетки от пр мого термического удара потока среды.

Минимальный диаметр отверсти  определ етс  проходным сечением входного штуцера, а максимальный - обеспечением защиты торцового сварного шва трубы. Наибольша  надежность работы входной камеры теплообменника достигаетс  при рассто нии между экранами защитного

устройства 1П -.-., где п - количество

труб, d - внутренний диаметр труб, D - внутренний диаметр крышки.

Выбор такого рассто ни  между экранами обусловлен необходимостью создани  застойных зон среды между экранами дл  обеспечени  защитного сло  из самой сре- ды. Среда сама создает защитный слой перед торцовой поверхностью решетки в отсеках экранов путем послойного прогрева или охлаждени  застойных зон в направлении от трубной решетки.

Местные застойные зоны гарантированно образуютс  в отсеках при их максимальном проходном сечении, не превышающем суммарного проходного сечени  труб.

Так как максимальное проходное сечение расположено по кольцу

SOTC - Л О -ln J2

V с nvr-cr 2, Ьтруб2j-

Тогда л-0-1п

Упростив выражение, получаем D

. п/ - зЗ

Выражение позвол ет рассчитать максимальное рассто ние между экранами за-г щитного устройства.

Увеличение рассто ни  больше максимального расчетного приведет к образованию вихревых потоков в отсеках между экранами и непосредственно в зоне перед торцом трубной решетки, что в свою очередь приведет к образованию местных зон захолаживани  или нагрева торцов труб и трубной решетки и к снижению надежности теплообменника.

Минимальное рассто ние между экранами и их количество обусловлено температурой и скоростью вход щей рабочей среды, а также диаметром входного патрубка .

Уменьшение рассто ни  In между экранами по направлению движени  холодной среды к трубной решетке обусловлено снижением веро тности образовани  вихревых потоков в отсеках между экранами и редственно в зоне перед решеткой, что В свою очередь приведет к снижению веро тности образовани  местных зон захолажи- вани  или нагрева торцов труб и трубной решетки и повышению надежности тепло - обменника.

Авторам известны защитные устройст- ва камеры теплообменника, выполненные в виде экрана конической формы с отверсти ми и прорез ми по авт. св. СССР № 515023, кл. F 28 F 9/02, № 877309, кл. F 28 F 9/02 и № 1201660.кл. F 28 F 10/02.

Однако экраны такого типа служат только как отбойник рабочей среды

В предложенном же решении размещение пакета экранов над концами труб, выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположение соосно последним , создает в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки дл  рабочей среды по всей торцовой поверхности трубной решетки и позвол ет тем самым защитить торец решетки от пр мого удара термического потока рабочей среды.

Известно выполнение экрана, предназначенного дл  защиты трубной доски от вредного воздействи  перепада температур из двух кольцевых пластин, установленных на небольшом рассто нии от трубной доски и с зазором между собой (см. патент Великобритании Ne 1212526 кл. F 4) зазор между пластинами по периметру закрыт обечайкой, и через пластину проход т трубки , расположенные соосно с теплообемнны- ми трубами и своими концами вход щие в эти трубы. В полость между пластинами подаетс  теплообменна  среда дп  изменени 

температуры выходного потока. Т. Q. известный экран  вл етс  дополнительной ступенью предварительного теплообмена с подачей дополнительного потока теплоно- 5 сител .

В предложенном же решении размещени  пакета экранов над концами труб, выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний

0 диаметр труб, и расположение соосно по- следним, создает в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки дл  рабочей среды по всей торцовой поверхности трубной решетки и позвол ет тем

5 самым защитить торец решетки от пр мого удара термического потока рабочей среды. Таким образом, совокупность отличительных признаков за вл емого технического решени  позвол ет решить

0 противоречи , возникающие в технической системе аналог-прототип.

Ни в патентной, ни в технической литературе не обнаружено указанной отличительной части формулы изобретени 

5 совокупности отличительных признаков, следовательно техническое решение соответствует критерию существенные отличи .

На чертеже 1 изображена входна  каме0 ра теплообменника.

Входна  камера теплообменника, преимущественно подогревател  газовых сбросов образована крышкой 1 и трубной .решеткой 2 с закрепленными в ней концами

5 теплообменных труб 3 и содержит защитное устройство в виде пакета экранов 4 с отверсти ми 5. Пакет экранов 4 размещен над концами труб 3, отверсти  5 в каждом экране 4 выполнены с диаметром, не превыша0 ющим внутренний диаметр труб 3, и расположены соосно последним, а экраны 4 в пакете установлена ха рассто ни х один от другого, определ емых из соотношени 

5 In -TfTfj где п - количество труб 3; d - внутренний диаметр трубы 3; D - внутренний диаметр крышки 1. Экраны 4 закреплены на трубной решетке 2 при помощи болтового соединени  6 и втулок 7, выполненных дли0

ной, равной расчетному рассто нию In, и

образуют отсеки 8, св занные между собой отверсти ми 5. При этом рассто ние между экранами 4 уменьшаетс  в направлении движени  холодной среды к трубной решет- 5 ке2.

В процессе работы подогревател  газовых сбросов поток холодных газов поступает во входную камеру через крышку 1 наталкиваетс  на первый экран 4 защитного

устройства, тер ет свою скорость и проходит через отверсти  5 в отсеки 8 пакета экранов 4 и в трубы 3. Рассто ни  между экранами 4, рассчитанные по формуле, обеспечивают создание в каждом отсеке 8 сопротивлени , меньшего, чем сопротивление в трубах 3, что обеспечит при установившемс  режиме работы подогревател  рзвномерйое раШр дёлёйй ЧтйтоТ а гто трубам и создаст защитные подогретые слои в отсеках из самой среды перед торцами труб 3 и решетки 2 по всему сечению и исключит тем самым местные зоны захолаживани  торцов труб 3 и трубной решетки 2.

Кроме того, уменьшение рассто ни  In между экранами 4 по направлению движени  холодной среды к трубной решетке 2 снижает веро тность образовани  вихревых потоков в отсеках 8 между экранами 4 и непосредственно в зоне перед решеткой 2. что в свою очередь приводит к снижению веро тности образовани  местных зон захолаживани  торцов труб и трубной решетки и повышает надежность подогревател .

Таким образом, применение изобрете- ни  позвол ет равномерно распределить поток по трубам и исключить образование местных термических зон на торцах трубной

решетки и труб, тем самым повысить надежность .

Claims (2)

1.Входна  камера теплообменника, преимущественно подогревател  газовых сбросов, образованна  крышкой и трубной решеткой с закрепленными в ней концами теплообменных труб и содержаща  защитное устройство в виде пакета экранов с отверсти ми , отличающа с  тем, что, с целью повышени  надежности путем равномерного распределени  потока по трубам, пакет экранов размещен над концами труб, отверсти  в каждом экране выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположены соосно последним , а экраны в пакете установлены на рассто ни х друг от друга, определ емых из соотношени 

, ln 4-D

где п - количество труб:

d - внутренний диаметр труб; D - внутренний диаметр крышки.

2.Камера по п. 1,отличающа с  тем. что рассто ние между экранами выполнены уменьшающимис  в направлении к трубной решетке.