RU181266U1

RU181266U1 - HEAT EXCHANGER "PIPE IN PIPE"

Info

Publication number: RU181266U1
Application number: RU2017145809U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Светлана Борисовна Воротнева; Наталья Андреевна Прохоренко; Михаил Владимирович Гончаров; Александра Александровна Остапенко
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2018-07-09

Abstract

Предполагаемое техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также экологических процессах утилизации тепла дымовых газов.Техническим результатом является увеличение производительности.Технический результат достигается тем, что в теплообменнике «труба в трубе», состоящем из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными наружными и внутренними трубами, и калачей, соединяющих внутренние трубы, при этом свободные концы каждой внутренней трубы и калача выполнены с резьбой и соединены между собой муфтой с равномерно расположенными на ее боковой поверхности центрирующими упругими пластинами, а каждый калач установлен внутри колена, отличающийся тем, что колено выполнено в виде гофрированной трубы из упругого материала, гофры которой образуют винтовую линию.The proposed technical solution relates to heat exchangers and can be used in chemical, petrochemical, energy, pharmacological, food and other industries, as well as environmental processes for the utilization of flue gas heat. The technical result is an increase in productivity. The technical result is achieved in that in the heat exchanger " pipe in pipe ”, consisting of several series-connected tubular elements formed by two concentrically located on with internal and internal pipes, and kalach connecting internal pipes, the free ends of each inner pipe and kalach being threaded and interconnected by a sleeve with centering elastic plates evenly located on its side surface, and each kalach is installed inside the knee, characterized in that that the elbow is made in the form of a corrugated pipe of elastic material, the corrugations of which form a helix.

Description

Предполагаемое техническое решение относится к теплообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, фармакологической, пищевой и других отраслях промышленности, а также экологических процессах утилизации тепла дымовых газов.The proposed technical solution relates to heat exchangers and may find application in chemical, petrochemical, energy, pharmacological, food and other industries, as well as environmental processes for the utilization of flue gas heat.

Известен однопоточный разборный теплообменник, состоящий из внутренних (теплообменных) труб, внешней (кожуховой) трубы, опоры, решеток внутренних и внешних труб, распределительных камер и поворотной камеры, герметичность которых при соединении внутренних труб и внешних труб с распределительными и поворотной камерами обеспечивается фланцами с крепежными элементами (ТУ 3612-014-00220302-99. Теплообменники труба в трубе. Технические условия; ввод. 01.10.99. - Москва: ОАО «ВНИИнефтемаш», 1999).Known single-flow collapsible heat exchanger, consisting of internal (heat exchange) pipes, external (casing) pipes, supports, gratings of internal and external pipes, distribution chambers and a rotary chamber, the tightness of which when connecting the internal pipes and external pipes with distribution and rotary chambers is provided with flanges with fasteners (TU 3612-014-00220302-99. Heat exchangers pipe in the pipe. Technical conditions; input. 10/01/99. - Moscow: JSC "VNIIneftemash", 1999).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится отсутствие теплопередачи в распределительной камере на входе внутренних трубок. Из-за отсутствия в ней внешних труб приводит к низкой теплопередаче в межтрубном пространстве распределительной камеры и поворотной камеры внешней трубы, так как они обеспечивают большое сечение, в котором движется теплоноситель, и, следовательно, малую скорость. Это снижает интенсивность теплопередачи и производительность теплообменника.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the lack of heat transfer in the distribution chamber at the inlet of the inner tubes. Due to the absence of external pipes in it, it leads to low heat transfer in the annular space of the distribution chamber and the rotary chamber of the external pipe, since they provide a large cross section in which the coolant moves, and, therefore, low speed. This reduces the heat transfer rate and the performance of the heat exchanger.

Известна конструкция двухтрубного теплообменника, состоящего из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными трубами, при этом один теплоноситель движется по внутренним трубам, другой по кольцевому зазору между внутренними и наружными трубами. Внутренние трубы соединяются калачами, а наружные - патрубками (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов. - 14-е изд., стереотипное. - М.: ООО ИД «Альянс», 2008 - С. 331).A known design of a two-pipe heat exchanger, consisting of several series-connected tubular elements formed by two concentrically arranged pipes, while one coolant moves along the inner pipes, the other along the annular gap between the inner and outer pipes. The inner pipes are connected by kalacha, and the outer pipes - by pipes (Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology: textbook for high schools. - 14th ed., Stereotyped. - M.: Alliance Publishing House, 2008 - S. 331).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится отсутствие теплопередачи через теплопередающую поверхность калачей, соединяющих внутренние трубы между собой, что снижает производительность известной конструкции теплообменника «труба в трубе».The reasons that impede the achievement of a given technical result include the lack of heat transfer through the heat transfer surface of the streamers connecting the internal pipes to each other, which reduces the performance of the known pipe-in-pipe heat exchanger design.

Известна конструкция теплообменного элемента типа «труба в трубе», содержащий внутреннюю прямолинейную, а также промежуточную и наружную гофрированные трубы, во впадинах гофр которых размещены спиральные элементы, с целью повышения эксплуатационной надежности, торцы промежуточной и наружной труб снабжены днищами, установленными с зазором относительно друг друга, причем внутренняя труба снабжена спиральными ребрами, контактирующими с вершинами гофр промежуточной трубы, а спиральный элемент, размешенный во впадинах последней, установлен в контакте с вершинами гофр наружной трубы (авторское свидетельство СССР №1792158 А1, 1984).A known design of the heat exchange element of the type "pipe in pipe" containing an internal straight, as well as intermediate and external corrugated pipes, in the hollows of the corrugations of which spiral elements are placed, in order to increase operational reliability, the ends of the intermediate and external pipes are provided with bottoms installed with a gap relative to each other other, and the inner pipe is equipped with spiral ribs in contact with the peaks of the corrugations of the intermediate pipe, and the spiral element, placed in the hollows of the latter, is set flax in contact with the tops of corrugations of the outer tube (Inventor's Certificate USSR №1792158 A1, 1984).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность изготовления конструкции и ее ремонт, что приводит к снижению производительности известной конструкции теплообменного элемента.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the complexity of manufacturing the structure and its repair, which leads to a decrease in the productivity of the known design of the heat exchange element.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип относится, теплообменник типа «труба в трубе», состоящий из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными наружными и внутренними трубами и калачей, соединяющих внутренние трубы, причем свободные концы каждой внутренней трубы и калача выполнены с резьбой и соединены между собой муфтой с равномерно расположенными на ее боковой поверхности центрирующими упругими пластинками, а каждый калач установлен внутри двух частей колена, соединенных с наружными трубами посредством неразъемных фланцев, при этом диаметры этих частей подчиняются соотношению:The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype relates to a pipe-in-pipe heat exchanger, consisting of several series-connected tubular elements formed by two concentrically arranged outer and inner pipes and tubes that connect the inner pipes, with free ends of each inner pipe and kalach are made with a thread and interconnected by a sleeve with centering elastic spaced evenly on its side surface plates, and each loaf is installed inside the two parts of the knee, connected to the outer pipes by means of one-piece flanges, the diameters of these portions satisfy a relation:

D₁/d=1,15÷1,25,D ₁ / d = 1.15 ÷ 1.25,

где D₁ - внутренний диаметр одной части колена, м;where D ₁ - the inner diameter of one part of the knee, m;

D - внутренний диаметр другой части колена, м,D is the inner diameter of the other part of the knee, m,

причем часть колена с меньшим диаметром снабжена на торце, смежном с частью колена большего диаметра (патент РФ на полезную модель №166583 F28D 7/10, 2016).moreover, a part of the elbow with a smaller diameter is provided at the end adjacent to the elbow part of the larger diameter (RF patent for utility model No. 166583 F28D 7/10, 2016).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является увеличение площади сечения, в котором движется теплоноситель в части колена с большим диаметром D, что снижает скорость этого теплоносителя и теплопередачу, а значит и производительность теплообменника.The reasons that impede the achievement of the desired technical result is an increase in the cross-sectional area in which the coolant moves in the part of the elbow with a large diameter D, which reduces the speed of this coolant and heat transfer, and hence the performance of the heat exchanger.

Техническим результатом является увеличение производительности.The technical result is an increase in productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что в теплообменнике «труба в трубе», состоящем из нескольких последовательно соединенных трубчатых элементов, образованных двумя концентрически расположенными наружными и внутренними трубами, и калачей, соединяющих внутренние трубы, при этом свободные концы каждой внутренней трубы и калача выполнены с резьбой и соединены между собой муфтой с равномерно расположенными на ее боковой поверхности центрирующими упругими пластинами, а каждый калач установлен внутри колена, отличающийся тем, что колено выполнено в виде гофрированной трубы из упругого материала, гофры которой образуют винтовую линию, а внутренний диаметр гофр D₁ и наружный диаметр калача d подчиняются соотношению:The technical result is achieved by the fact that in the heat exchanger "pipe in pipe", consisting of several series-connected tubular elements formed by two concentrically arranged outer and inner pipes, and kalach connecting the inner pipe, while the free ends of each inner pipe and kalach made threaded and interconnected by a sleeve with centering elastic plates uniformly located on its lateral surface, and each roll is installed inside the knee, characterized I mean that the knee is made in the form of a corrugated pipe of elastic material, the corrugations of which form a helix, and the inner diameter of the corrugations D ₁ and the outer diameter of the kalach d obey the ratio:

D₁/d=1,15÷1,25,D ₁ / d = 1.15 ÷ 1.25,

где D₁ - внутренний диаметр гофр D₁, м;where D ₁ - the inner diameter of the corrugation D ₁ , m;

d - наружный диаметр калача d, м.d is the outer diameter of kalach d, m

Выполнение каждого колена в виде гофрированной трубы из упругого материала (например, резины или полимера), позволяет внутри каждого колена монтировать калач, а при соединении свободных концов калачей со свободными концами внутренних труб муфтами, деформируя упругие гофры, сжимать их, освобождая участок соединения концов калачей с концами внутренних труб, что уменьшает время сборки и разборки теплообменника и увеличивает производительность.The execution of each elbow in the form of a corrugated pipe made of an elastic material (for example, rubber or polymer) allows for mounting of rods inside each elbow, and when connecting the free ends of the kalach to the free ends of the inner pipes by couplings, deforming the elastic corrugations, compress them, freeing the section of the connection of the ends of the kalach with the ends of the inner pipes, which reduces the assembly and disassembly of the heat exchanger and increases productivity.

Выполнение гофр каждого колена с образованием винтовой линии позволяет после герметичного соединения концов таких колен с помощью фланцев с фланцами концов наружных труб, предотвращает закупоривание проходного сечения, образованного гофрами колена и наружный поверхности калача при прилегании внутренней поверхности гофр к наружной поверхности калача, так как даже в этом случае теплоноситель, движущийся между внутренней поверхностью гофр и наружной поверхностью калача, сохраняет свободным проходное сечение, образованное винтовой поверхностью гофр, что сохраняет поверхность теплопередачи колена в полном виде и способствует сохранению высокой производительности теплообменника.The execution of the corrugations of each knee with the formation of a helical line allows, after a tight connection of the ends of such elbows using flanges with flanges of the ends of the outer pipes, to prevent clogging of the bore formed by the corrugations of the knee and the outer surface of the feces when the inner surface of the corrugations is adjacent to the outer surface of the feces, In this case, the coolant moving between the inner surface of the corrugations and the outer surface of the kalach keeps the flow area formed by the helical erhnostyu corrugations that retains heat transfer surface of the knee in full form and contributes to maintaining a high performance heat exchanger.

Кроме того, выполнение соотношения связывающего внутренний диаметр гофр D₁ и наружный диаметр калача d также способствует предотвращению при изгибе гофр контакту с наружной поверхностью калача, что поддерживает сечение между внутренней поверхностью гофр и наружной поверхностью калача в работоспособном состоянии без образования пробки, а значит сохраняет работоспособность теплообменника с высокой производительностью.In addition, the ratio of the corrugation connecting the inner diameter of the corrugation D ₁ and the outer diameter of the kalach d also helps to prevent contact with the outer surface of the kalach during bending of the corrugations, which maintains the cross section between the inner surface of the corrugations and the outer surface of the kalach in a working condition without the formation of a cork, and therefore maintains operability high performance heat exchanger.

Увеличение этого соотношения (1) против верхней границы приводит к слишком большому сечению между наружной поверхностью калача и внутренней поверхностью гофр, что снижает скорость движения теплоносителя и приводит к уменьшению теплопередачи, а значит и производительности.An increase in this ratio (1) against the upper boundary leads to a too large cross section between the outer surface of the feces and the inner surface of the corrugations, which reduces the velocity of the coolant and leads to a decrease in heat transfer, and hence productivity.

Уменьшение нижней границы соотношения (1) приводит к касанию внутренней поверхности гофр к внешней поверхности калача, что снижает проходное сечение, приводит к росту давления и возможностям потери герметичности, что потребует остановки на ремонт, уменьшению времени основной работы и снижению производительности.Reducing the lower boundary of the relation (1) leads to the contact of the inner surface of the corrugations with the outer surface of the kalach, which reduces the cross-section, leads to an increase in pressure and the possibility of loss of tightness, which will require a stop for repairs, a decrease in the time of the main work and a decrease in productivity.

На чертеже представлена схема в разрезе предлагаемой конструкции теплообменника «труба в трубе».The drawing shows a diagram in section of the proposed design of the heat exchanger "pipe in pipe".

Он состоит из наружной трубы 1 с внутренним диаметром D и внутренней трубы 2 с наружным диаметром d, соосно установленной внутри наружной трубы 1. Наружная труба 1 имеет патрубок 3 для ввода одного теплоносителя в межтрубное пространство. На концах наружной трубы 1 установлены неразъемные фланцы 4 и 5. У патрубка входа 6 второго теплоносителя во внутреннюю трубу 2 установлен неразъемный фланец 7 для болтового соединения с фланцем 4 наружной трубы 1. Верхняя и нижняя внутренние трубы 2 имеют на свободных концах резьбу 8 для герметичного соединения концов внутренних труб 2 с концами калача 9 с помощью резьбовых соединений 8 и 10 муфты 11. На боковых стенках муфты 11 равномерно по окружности прикреплены упругие цилиндрические пластины 12, предупреждающие консольные провисания внутренних труб 2 и смещение их относительно общей оси с наружными трубами 1.It consists of an outer pipe 1 with an inner diameter D and an inner pipe 2 with an outer diameter d coaxially mounted inside the outer pipe 1. The outer pipe 1 has a pipe 3 for introducing one coolant into the annulus. At the ends of the outer pipe 1, one-piece flanges 4 and 5 are installed. At the nozzle of the inlet 6 of the second coolant in the inner pipe 2, a one-piece flange 7 is installed for bolting to the flange 4 of the outer pipe 1. The upper and lower inner pipes 2 have a thread 8 on the free ends for tight connecting the ends of the inner tubes 2 with the ends of the kalach 9 using threaded joints 8 and 10 of the sleeve 11. On the side walls of the sleeve 11, elastic cylindrical plates 12 are uniformly attached around the circumference to prevent cantilever sagging of the inner x pipe 2 and shift their common axis relative to the outer tube 1.

Для подачи теплоносителя из межтрубного пространства наружной трубы 1 и внутренней трубы 2 верхней секции в нижнюю устанавливают колено 13, выполненное в виде гофрированной трубы из упругого материала, при этом гофры 14 образуют винтовую линию, а размеры внутреннего диаметра гофр 14 в колене 13 и наружного диаметра калача 9 подчиняются соотношению (1).To supply the coolant from the annular space of the outer pipe 1 and the inner pipe 2 of the upper section to the lower, a bend 13 is made, made in the form of a corrugated pipe of elastic material, the corrugations 14 form a helical line, and the dimensions of the inner diameter of the corrugations 14 in the bend 13 and the outer diameter kalacha 9 obey the relation (1).

На концах колена 13 прикреплены неразъемные фланцы 15 для соединения и герметизации наружной трубы 1 и ее фланцев 5 с помощью болтового соединения 16.At the ends of the elbow 13, one-piece flanges 15 are attached for connecting and sealing the outer pipe 1 and its flanges 5 with a bolted connection 16.

Сборка предлагаемой конструкции теплообменника типа «труба в трубе» осуществляется следующим образом.Assembly of the proposed design of the heat exchanger type "pipe in pipe" is as follows.

Наружную трубу 1 одевают на внутреннюю трубу 2, продвигая ее слева направо до упора с неразъемным фланцем 4, на который предварительно установлена прокладка и герметизируют фланцы 4 и 7 с помощью болтового соединения. Навинчивают на резьбу 8 внутренней трубы 2 муфту 11, центруя ее с помощью упругих центрирующих стержней 12 осесимметрично с наружной трубой 1. Надевают колено 13 на калач 9, сжимают гофры 14 в верхней части, освобождая рабочее пространство для свинчивания с помощью муфты 11 по резьбе 8 конец верхней трубы 2 с верхним концом калача 9. Отпускают гофры 14 и герметично соединяют верхний фланец 5 наружной трубы 1 с фланцем 15 колена 13 болтовым соединением 16. Сжимают гофры 14 нижней части колена 13, освобождая рабочее пространство для свинчивания и герметизации с помощью муфты 11 нижнего конца с резьбой 8 внутренней трубы 2 и конца с резьбой 10 колена 13. Отпускают сжатые гофры 14 нижней части колена 13 и герметично соединяют нижний фланец 5 наружной трубы 1 с фланцем 15 колена 13 болтовым соединением 16.The outer pipe 1 is put on the inner pipe 2, pushing it from left to right until it stops with a one-piece flange 4, on which the gasket is pre-installed and the flanges 4 and 7 are sealed with a bolted connection. Screw the sleeve 11 onto the thread 8 of the inner pipe 2, centering it with the help of elastic centering rods 12 axisymmetrically with the outer pipe 1. Put the elbow 13 on the roll 9, compress the corrugations 14 in the upper part, freeing up the working space for screwing with the help of the sleeve 11 on the thread 8 the end of the upper pipe 2 with the upper end of the pecker 9. Release the corrugations 14 and hermetically connect the upper flange 5 of the outer pipe 1 with the flange 15 of the elbow 13 with a bolt connection 16. Compress the corrugations 14 of the lower part of the elbow 13, freeing up the working space for screwing and sealing with the help of the coupling 11 of the lower end with a thread 8 of the inner pipe 2 and the end with a thread 10 of the elbow 13. Release the compressed corrugations 14 of the lower part of the elbow 13 and hermetically connect the lower flange 5 of the outer pipe 1 to the flange 15 of the elbow 13 with bolt connection 16.

Разборку с отделением верхней секции от нижней можно производить в обратном порядке. Отвинчивают гайки болтового соединения 16 нижней секции, сжимают гофры 14 колена 13, освобождая рабочее пространство для отвинчивания муфты 11 с резьбой 8 калача 9. Отпускают гофры 14 колена 13, отвинчивают гайки болтового соединения 16 верхней секции, сжимают гофры 14 колена 13 этой секции, освобождая рабочее пространство для отвинчивания муфты 11 с резьбой 8 калача 9. Снимают колено 13 с калачом 9 и вынимают калач 9 из колена 13. Далее отвинчивают болты соединяющие фланцы 4 и 7 и снимают наружную трубу 1, продвигая ее слева направо вдоль внутренней трубы 2.Dismantling with separation of the upper section from the bottom can be done in the reverse order. Unscrew the nuts of the bolt connection 16 of the lower section, squeeze the corrugations 14 of the knee 13, freeing up the working space for unscrewing the coupling 11 with the thread 8 of the cam 9. Release the corrugations 14 of the knee 13, unscrew the nuts of the bolt connection 16 of the upper section, compress the corrugations 14 of the knee 13 of this section, releasing the working space for unscrewing the coupling 11 with the thread 8 of the kalach 9. Remove the knee 13 with the kalach 9 and remove the kalach 9 from the knee 13. Next, unscrew the bolts connecting the flanges 4 and 7 and remove the outer pipe 1, moving it from left to right along the inner pipe 2.

Предлагаемая конструкция теплообменника «труба в трубе» проста в сборке и разборке, причем собирать и разбирать можно любые секции по отдельности, не затрагивая звенья других секций, что позволяет производить индивидуальный ремонт и замену любых линейных участков наружной 1 и внутренней 2 труб, их калачей 9 и колен 13, герметизацию резьбовых соединений 8 и 10 муфтой 11 и всех фланцевых соединений 4 и 7, 5 и 15, которых меньше чем в конструкции, принятой за прототип.The proposed design of the pipe-in-pipe heat exchanger is easy to assemble and disassemble, and it is possible to assemble and disassemble any sections individually without affecting the links of other sections, which allows for individual repairs and replacement of any linear sections of the outer 1 and inner 2 pipes, their cans 9 and elbows 13, sealing threaded connections 8 and 10 with a sleeve 11 and all flange connections 4 and 7, 5 and 15, which are less than in the design adopted for the prototype.

Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменника типа «труба в трубе» проще по конструкции, что уменьшает время сборки и разборки при ремонте, монтаже и демонтаже по сравнению с прототипом, увеличивает рабочее время теплопередачи и способствует возрастанию производительности в целом.Thus, the proposed design of the pipe-to-pipe heat exchanger is simpler in design, which reduces the assembly and disassembly time during repair, installation and dismantling in comparison with the prototype, increases the working time of heat transfer and increases overall productivity.

Claims

The pipe-in-pipe heat exchanger, consisting of several tubular elements connected in series, formed by two concentrically arranged outer and inner pipes, and kalach connecting the inner pipes, the free ends of each inner pipe and kalach being threaded and interconnected by a sleeve with uniform centering elastic plates located on its lateral surface, and each kalach is installed inside the knee, characterized in that the knee is made in the form of a corrugated pipe made of up ugogo material, which corrugations form a helix, and an inner diameter D ₁ of corrugations and an outer diameter Kalacha d satisfy a relation:

D ₁ / d = 1.15 ÷ 1.25,

where D ₁ - the inner diameter of the corrugation D ₁ , m;

d is the outer diameter of kalach d, m