RU182526U1

RU182526U1 - MULTI-WAY SHELL-TUBE HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU182526U1
Application number: RU2018113821U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Ксения Васильевна Чёрикова; Наталья Андреевна Прохоренко; Дарья Олеговна Смольская; Роман Дмитриевич Ребров; Александра Александровна Остапенко
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2018-08-22

Abstract

Техническое решение относится к теплообменной аппаратуре и может найти применение в энергетической, газовой, металлургической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.The technical solution relates to heat exchange equipment and can find application in the energy, gas, metallurgical, chemical, food and other industries.

Технический результат достигается тем, что в многоходовом кожухотрубном теплообменнике, состоящем из цилиндрического корпуса, соединенных между собой с помощью фланцев с прокладками днищ и распределительных камер с перегородками для образования ходов теплоносителя по трубкам, закрепленным в двух трубных решетках, приваренных к корпусу, образуя трубный пучок, перегородок в межтрубном пространстве, патрубков входа и выхода обоих теплоносителей и опор, приваренных к корпусу, причем перегородки в межтрубном пространстве установлены вдоль трубок трубного пучка соосно с перегородками, установленными внутри распределительных камер, и каждая из перегородок в межтрубном пространстве имеет поперечную щелевую прорезь в части, к которой примыкают перегородки в распределительной камере.

The technical result is achieved in that in a multi-way shell-and-tube heat exchanger, consisting of a cylindrical body, interconnected by means of flanges with gaskets of the bottoms and distribution chambers with partitions for the formation of coolant passages through tubes fixed in two tube sheets welded to the body, forming a tube bundle , partitions in the annulus, the inlet and outlet pipes of both coolants and supports welded to the body, and the partitions in the annulus v tubes of the tube bundle coaxially with partitions mounted inside the distribution chambers, each of the partitions in the space between the tubes a slit has a transverse slot in the portion to which the adjacent baffle in the distribution chamber.

Description

Известен двухходовой кожухотрубный теплообменник жесткой конструкции с перекрестным током по межтрубному пространству, состоящий из кожуха, трубных решеток, трубок трубного пучка с крышкой, имеющей продольную перегородку по трубному пространству, и поперечные перегородки по межтрубному пространству, а также патрубков для входа и выхода теплоносителей движущихся в перекрестном токе по трубному и межтрубному пространству (Машины и аппараты химических производств / под ред. А.С. Тимонина. - Калуга: Ноосфера, 2014, с. 450-451).Known two-way shell-and-tube heat exchanger of a rigid structure with cross current through the annular space, consisting of a casing, tube sheets, tube bundle tubes with a cover having a longitudinal partition along the tube space, and transverse partitions along the annular space, as well as nozzles for the entrance and exit of coolants moving into cross current through the pipe and annular space (Machines and equipment for chemical production / edited by A.S. Timonin. - Kaluga: Noosphere, 2014, pp. 450-451).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность из-за перекрестного тока, создаваемого поперечными перегородками для теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве, относительно продольного движения второго теплоносителя, движущегося в трубках трубного пучка, так как поперечное движение теплоносителей снижает движущую силу процесса теплопередачи.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include insufficient productivity due to the cross current created by the transverse baffles for the coolant moving in the annulus relative to the longitudinal motion of the second coolant moving in the tubes of the tube bundle, since the transverse motion of the coolants reduces the driving force of the process heat transfer.

Известен многоходовой кожухотрубный теплообменник пленочного типа, состоящий из пучка труб, концы которых закреплены в специальных трубных решетках путем развальцовки сварки, пайки, а иногда на сальниках. Пучок труб расположен внутри кожуха, причем один из теплоносителей движется по трубам, а другой - в пространстве между трубами. Жидкий теплоноситель не заполняет всего сечения труб, а стекает пленкой по внутренней поверхности труб.Known multi-pass shell-and-tube film-type heat exchanger, consisting of a bundle of pipes, the ends of which are fixed in special tube sheets by flaring welding, soldering, and sometimes on glands. A bunch of pipes is located inside the casing, with one of the coolants moving through the pipes, and the other in the space between the pipes. The liquid coolant does not fill the entire cross section of the pipes, but flows down the film on the inner surface of the pipes.

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится то прямоточное, то противоточное движение второго теплоносителя в межтрубном пространстве относительно первого теплоносителя движущегося в трубах трубного пучка. Это приводит к снижению производительности из-за уменьшения полезной температуры теплоносителей (движущей силы) в ходах с проточным их движением [Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. - Процессы и аппараты химической технологии, 5-е изд., стереотип., 1986, с. 425].The reasons that impede the achievement of a given technical result include either straight-through or countercurrent movement of the second coolant in the annulus relative to the first coolant moving in the tube bundle. This leads to a decrease in productivity due to a decrease in the useful temperature of the coolants (driving force) in the passages with their flowing motion [Planovsky AN, Ramm V.M., Kagan S.Z. - Processes and devices of chemical technology, 5th ed., Stereotype., 1986, p. 425].

Известен кожухотрубный теплообменный аппарат, в котором кроме поперечных перегородок межтрубном пространстве в камерах между ними дополнительно размещены продольные перегородки с противоположными углами закрутки [Патент США №395630, F28F 9/22, 1976 г.]Known shell-and-tube heat exchanger, in which in addition to the transverse partitions of the annular space in the chambers between them additionally placed longitudinal partitions with opposite twist angles [US Patent No. 395630, F28F 9/22, 1976]

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, является то, что с такой организацией потока часть среды не участвует в противоточном обтекании трубок, а обтекает их прямотоком вдоль через зазоры в отверстиях промежуточных перегородок, что в итоге ухудшает теплообмен.The reasons that impede the achievement of the desired technical result is that with such a flow organization, part of the medium does not participate in the countercurrent flow around the tubes, but flows along them directly through the gaps in the openings of the intermediate partitions, which ultimately worsens the heat transfer.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип являются конструкции многоходовых кожухотрубных теплообменников (двух, четырех, шести и двенадцатиходовые), состоящие из цилиндрического корпуса (кожуха), в средней части которых вварен линзовый компенсатор, служащий для компенсации температурных расширений трубок. Кожух имеет два днища, распределительную камеру, которые соединены между собой с помощью фланцев с прокладками, трубки трубного пучка, закрепленные в двух трубных решетках, приваренных к корпусу. Распределительная камера, например, двухтрубного теплообменника имеет перегородку, которая служит для образования двух ходов по трубкам. Два штуцера на корпусе служат для направления в межтрубное пространство второго теплоносителя. Для создания загзагообразного движения теплоносителя в межтрубном пространстве установлены перегородки, соединенные стяжками. Аппарат устанавливается с помощью опор, приваренных к корпусу (Шаповалов Ю.Н., Шеин B.C. Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие. Издательство Воронежского университета. Воронеж, 1982, 108 с.)The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is the design of multi-pass shell-and-tube heat exchangers (two, four, six and twelve-way), consisting of a cylindrical body (casing), in the middle part of which a lens compensator is welded, which serves to compensate for temperature expansion tubes. The casing has two bottoms, a distribution chamber, which are interconnected by means of flanges with gaskets, tube bundle tubes fixed in two tube sheets welded to the body. The distribution chamber, for example, of a two-pipe heat exchanger has a baffle, which serves to form two strokes through the tubes. Two fittings on the body serve to direct the second coolant into the annulus. To create a zag-like movement of the coolant in the annulus, partitions are connected by couplers. The apparatus is installed using supports welded to the body (Shapovalov Yu.N., Shein B.C. Machines and apparatuses of general chemical purpose. Textbook. Publishing House of Voronezh University. Voronezh, 1982, 108 pp.)

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится перекрестное движение теплоносителя в межтрубном пространстве относительно осевого движения теплоносителя в каждом ходе трубного пучка, что снижает производительность теплопередачи от горячего теплоносителя к холодному.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the cross movement of the coolant in the annulus relative to the axial movement of the coolant in each stroke of the tube bundle, which reduces the heat transfer performance from the hot coolant to the cold.

Техническим результатом предлагаемой конструкции многоходового кожухотрубного теплообменника является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of a multi-pass shell-and-tube heat exchanger is an increase in productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что в многоходовом кожухотрубном теплообменнике, состоящий из цилиндрического корпуса, соединенных между собой с помощью фланцев с прокладками, днищ и распределительных камер с перегородками для образования ходов теплоносителя по трубкам, закрепленным в двух трубных решетках, приваренных к корпусу, образуя трубный пучок, перегородок в межтрубном пространстве, патрубков входа и выхода обоих теплоносителей и опор, приваренных к корпусу, причем перегородки в межтрубном пространстве установлены вдоль трубок трубного пучка соосно с перегородками, установленными, внутри распределительных камер, и каждая из перегородок в межтрубном пространстве имеет поперечную щелевую прорезь в части, к которой примыкают перегородки в распределительной камере.The technical result is achieved by the fact that in a multi-pass shell-and-tube heat exchanger, consisting of a cylindrical body interconnected by means of flanges with gaskets, bottoms and distribution chambers with partitions for the formation of coolant passages through tubes fixed in two tube sheets welded to the body, forming tube bundle, partitions in the annulus, the inlet and outlet nozzles of both coolants and supports welded to the body, and the partitions in the annulus are aligned along the tubes of the tube bundle coaxially with the partitions installed inside the distribution chambers, and each of the partitions in the annular space has a transverse slotted slot in the part adjacent to the partitions in the distribution chamber.

Установка перегородок в межтрубном пространстве трубного пучка, соосно с перегородками, установленным внутри распределительных камер для образования ходов теплоносителя по трубам позволяет равномерно распределять теплоноситель, движущийся в межтрубном пространстве, пропорционально числу труб в каждом ходе теплоносителя, движущемуся внутри труб, что обеспечивает высокую скорость теплопередачи в каждом ходе обеих теплоносителей и способствует росту производительности.The installation of partitions in the annular space of the tube bundle, coaxially with the partitions installed inside the distribution chambers for the formation of coolant moves through the pipes, allows you to evenly distribute the coolant moving in the annular space, in proportion to the number of pipes in each passage of the coolant moving inside the pipes, which ensures a high heat transfer rate in each stroke of both heat carriers and promotes productivity growth.

Создание поперечной щелевой прорези в каждой перегородке, установленной в межтрубном пространстве вдоль труб трубного пучка, в зоне, примыкающей к ней перегородки в распределительной камере, обеспечивает противоточное движение обоих теплоносителей для каждого хода, то есть при изменении направления теплоносителя в трубках трубного пучка, изменяется на противоположное направление теплоносителя в межтрубном пространстве, а противоточное движение теплоносителей позволяет как известно охлаждать горячий теплоноситель до более низких температур, а холодный нагреватель до более высоких температур, что увеличивает среднюю движущую силу процесса теплопередачи и ведет к увеличению производительности.The creation of a transverse slot in each baffle installed in the annular space along the tubes of the tube bundle in the area adjacent to the septum in the distribution chamber ensures countercurrent movement of both heat carriers for each stroke, i.e., when the direction of the coolant in the tubes of the tube bundle changes, it changes to the opposite direction of the coolant in the annulus, and the countercurrent movement of the coolants allows, as you know, to cool the hot coolant to lower t temperatures, and a cold heater to higher temperatures, which increases the average driving force of the heat transfer process and leads to increased productivity.

На фиг. 1 представлена схема двухходового кожухотрубного теплообменника предлагаемой конструкции, фиг. 2 - трехходового теплообменника, на рис. 3 - четырехходового теплообменника.In FIG. 1 shows a diagram of a two-way shell-and-tube heat exchanger of the proposed design, FIG. 2 - three-way heat exchanger, in fig. 3 - four-way heat exchanger.

Многоходовой кожухотрубный теплообменник состоит из цилиндрического корпуса 1, днища 2, распределительных камер 3 с перегородками 4 для образования ходов теплоносителя в трубках 5 трубного пучка. Днище 2 и распределительные камеры 3 соединены с кожухом 1 с помощью фланцев 6 с прокладками 7 разъемными соединениями (болтами с шайбами и гайками). Концы труб 5 трубного пучка герметично закреплены в трубных решетках 8, приваренных к корпусу 1. Внутри межтрубного пространства соосно с перегородками 4, установленными внутри распределительных камер 3 для образования ходов теплоносителя по трубам 5 трубного пучка, вдоль труб 5 установлены перегородки 9 для образования ходов теплоносителя в межтрубном пространстве труб 5 трубного пучка. Каждая из перегородок 9 имеет поперечную щелевую прорезь 10 в зоне, примыкающую к ней перегородки 4 в распределительной камере 3, чтобы при изменении направления потока одного теплоносителя в трубах 5 трубного пучка, изменять направление потока другого теплоносителя в межтрубном пространстве, позволяющие обеспечить противоточное движение теплоносителей в каждом ходе многоходовог кожухотрубного теплообменника. Патрубки входа 11 и выхода 12 на распределительной камере 3 для теплоносителя, движущегося в трубах 5, и патрубки входа 13 и выхода 14 для теплоносителя, движущегося в межтрубном пространстве выполнены на корпусе 1.A multi-way shell-and-tube heat exchanger consists of a cylindrical body 1, a bottom 2, distribution chambers 3 with partitions 4 for the formation of coolant moves in the tubes 5 of the tube bundle. The bottom 2 and the distribution chambers 3 are connected to the casing 1 by means of flanges 6 with gaskets 7 by releasable connections (bolts with washers and nuts). The ends of the tubes 5 of the tube bundle are hermetically fixed in the tube sheets 8 welded to the housing 1. Inside the annular space coaxially with the partitions 4 installed inside the distribution chambers 3 for the formation of coolant moves through the tubes 5 of the tube bundle, along the tubes 5 are partitions 9 for the formation of coolant moves in the annular space of the pipes 5 of the tube bundle. Each of the partitions 9 has a transverse slotted slot 10 in the zone adjacent to it of the partition 4 in the distribution chamber 3, so that when changing the flow direction of one coolant in the pipes 5 of the tube bundle, change the flow direction of the other coolant in the annulus, allowing countercurrent movement of the coolants in each stroke of a multi-pass shell-and-tube heat exchanger. The nozzles of the inlet 11 and the outlet 12 on the distribution chamber 3 for the coolant moving in the pipes 5, and the nozzles of the inlet 13 and the outlet 14 for the coolant moving in the annulus are made on the housing 1.

Многоходовой кожухотрубный теплообменник работает следующим образом.Multi-pass shell-and-tube heat exchanger operates as follows.

По патрубку 11 подают первый теплоноситель, который из распределительной камеры 3 сверху вниз течет по трубам 5 первого хода, а по патрубку 13 подают снизу вверх в межтрубное пространство первого хода второй теплоноситель (линии тока со стрелками обоих теплоносителей показаны на фиг. 1-3).A first coolant is supplied through a pipe 11, which flows from the distribution chamber 3 from top to bottom through the pipes 5 of the first stroke, and a second coolant flows from the bottom to the top of the annulus of the first stroke through the pipe 13 (streamlines with arrows of both coolants are shown in Figs. 1-3) .

Выходя из крышки 2 первый теплоноситель разворачивается и меняя направление движения на противоположное, то есть снизу вверх движется по второму ходу труб 5. Так как перегородки 9, установленные в межтрубном пространстве вдоль труб 5 соосно с перегородками 4 распределительных камер 3, имеют поперечную прорез 10 в зоне, примыкающей к ней перегородки 4 в распределительной камере 3, то в этой прорези второй теплоноситель поворачивает и меняет направления потока на противоположное, поэтому в каждом ходе многоходового кожухотрубного теплообменника оба теплоносителя движутся противотоком друг относительно друга, и выходят наружу соответственно первый теплоноситель из последнего хода труб 5 трубного пучка по патрубку 12, а второй из последнего хода межтрубного пространства по патрубку 14.Leaving the cover 2, the first heat carrier unfolds and reverses the direction of movement, that is, it moves upward from the second stroke of pipes 5. Since the partitions 9 installed in the annular space along the pipes 5 are aligned with the partitions 4 of the distribution chambers 3, they have a transverse cut 10 area adjacent to the partition 4 in the distribution chamber 3, then in this slot the second heat carrier rotates and changes the flow direction to the opposite, therefore, in each stroke of the multi-pass shell-and-tube heat exchanger both heat carriers move countercurrently relative to each other, and the first heat carrier, respectively, comes out from the last pipe passage 5 of the tube bundle along the pipe 12, and the second from the last pipe passage along the pipe 14.

Таким образом, установка перегородок 9 в межтрубном пространстве вдоль труб 5 трубного пучка соосно с перегородками 4 распределительных камер 3 и создание в каждой перегородке 9, установленной в межтрубном пространстве поперечной щелевой прорези 10 в зоне, примыкающей к ней перегородки 4 в распределительной камере 3, обеспечивает число ходов в межтрубном пространстве одинаковое с числом ходов в трубном пучке и противоточное движение теплоносителей в трубах и межтрубном пространстве в каждом ходе многоходового кожухотрубного теплообменника, что приводит к увеличению средней движущей силы, интенсификации теплообменных процессов и росту производительности по теплоносителям.Thus, the installation of the partitions 9 in the annular space along the pipes 5 of the tube bundle coaxially with the partitions 4 of the distribution chambers 3 and the creation in each partition 9 installed in the annular space of the transverse slotted slot 10 in the area adjacent to the partition 4 in the distribution chamber 3, provides the number of strokes in the annulus is the same as the number of strokes in the tube bundle and the countercurrent movement of the coolants in the pipes and the annulus in each stroke of the multi-pass shell-and-tube heat exchanger and that leads to increase in the average driving force intensification of heat transfer processes and higher productivity for coolants.

Claims

A multi-way shell-and-tube heat exchanger, consisting of a cylindrical body, interconnected by means of flanges with gaskets of the bottoms and distribution chambers with partitions for the formation of coolant moves through tubes fixed in two tube sheets welded to the body, forming a tube bundle, partitions in the annulus, nozzles the entrance and exit of both coolants and supports welded to the housing, characterized in that the partitions in the annulus are installed along the tubes of the tube bundle coaxially with partitions installed inside the distribution chambers, and each of the partitions in the annulus has a transverse slotted slot in the part to which the partitions are adjacent in the distribution chamber.