RU2157495C1

RU2157495C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2157495C1
Application number: RU99124105/06A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Волошин; В.Л. Долматов; М.М. Казаков; А.К. Шестапалов; Ю.А. Якубенко; Ю.Л. Овчинников
Original assignee: Закрытое акционерное общество Производственное объединение "ПРОМХИМАППАРАТ"
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-10-10

Abstract

FIELD: petroleum-refining, petrochemical and food branches of industry. SUBSTANCE: heat exchanger is intended for use in heat-exchanging processes between two different-temperature media by heat transfer through wall. Heat exchanger has tube bundle provided with jacket which envelops bundle surface tightly. End of jacket is attached to tubular sheet of bundle, and two recesses with common axis of symmetry are made in jacket symmetrically with longitudinal partition for passage of intertube medium. EFFECT: enhanced reliability and efficiency. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для проведения теплообменных процессов между двумя разнотемпературными средами путем передачи тепла через стенку и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности. The invention relates to devices for conducting heat transfer processes between two different temperature media by transferring heat through a wall and can be used in the oil refining, petrochemical and food industries.

Известен теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубки ввода и вывода межтрубной среды, распределительную камеру, расположенную в торце кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды, трубную решетку и продольную перегородку, причем последняя делит кожух на равные объемы и имеет уплотнительный элемент между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха (1). Данная конструкция кожухотрубного теплообменника не эффективна в эксплуатации из-за слабого уплотнения между перегородкой и кожухом теплообменника. Known heat exchanger containing a casing with a bundle of heat exchange pipes and nozzles for the input and output of the annular medium, a distribution chamber located at the end of the casing and equipped with nozzles for the input and output of the pipe medium, a tube sheet and a longitudinal partition, the latter divides the casing into equal volumes and has a sealing element between the partition and the inner surface of the casing (1). This design of shell-and-tube heat exchanger is not effective in operation due to poor sealing between the partition and the casing of the heat exchanger.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой конструкции является теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку, вертикальные трубные решетки по длине пучка и продольные перегородки по оси коллекторной камеры и кожуха теплообменника, причем последняя снабжена уплотнительными элементами, расположенными между перегородкой и внутренней поверхностью кожуха (2). Closest to the technical nature of the claimed design is a heat exchanger containing a casing with a bundle of heat exchange tubes and nozzles for input and output of the annular medium, a collector chamber with nozzles for the input and output of the pipe medium, a collector pipe grid, vertical tube sheets along the length of the beam and longitudinal partitions along the axis the collector chamber and the casing of the heat exchanger, the latter being equipped with sealing elements located between the partition and the inner surface of the casing (2).

Недостатком данной конструкции теплообменника является относительно невысокую эффективность теплообмена из-за наличия байпасных зон между корпусом теплообменника и пучком. The disadvantage of this design of the heat exchanger is the relatively low efficiency of heat transfer due to the presence of bypass zones between the body of the heat exchanger and the beam.

Технической задачей является повышение эксплутационных характеристик теплообменника. The technical challenge is to increase the operational characteristics of the heat exchanger.

Поставленная задача достигается тем, что трубный пучок теплообменника снабжен корсетом, плотно облегающим поверхность пучка, а торец корсета прикреплен к трубной решетке пучка, причем в корсете симметрично продольной перегородки выполнены два выреза с общей осью симметрии для прохода межтрубной среды. The task is achieved in that the tube bundle of the heat exchanger is equipped with a corset that fits tightly on the beam surface, and the end of the corset is attached to the tube bundle, moreover, two cutouts with a common axis of symmetry for the passage of the annular medium are made in the corset symmetrically to the longitudinal partition.

Один из вырезов в корсете может быть выполнен в проекционной плоскости патрубка ввода или вывода межтрубной среды. One of the cutouts in the corset can be made in the projection plane of the pipe input or output annular medium.

Оба выреза в корсете могут быть выполнены противорасположенно относительно патрубков ввода и вывода межтрубной среды. Both cutouts in the corset can be made opposite to the nozzles of the input and output of the annular medium.

Оба выреза в корсете могут быть выполнены в проекционных плоскостях патрубков ввода и вывода межтрубной среды. Both cutouts in the corset can be made in the projection planes of the inlet and outlet pipes of the annular medium.

Вертикальные перегородки целесообразно выполнять в виде отдельных втулок, зафиксированных между собой соединительными элементами. It is advisable to carry out vertical partitions in the form of separate bushings fixed to each other by connecting elements.

Целесообразно корсет со стороны трубок пучка оснастить частично или полностью теплоизоляционным элементом. It is advisable to equip the corset from the side of the beam tubes partially or completely with a heat-insulating element.

Корсет частично или полностью может быть выполнен из низкотеплопроводного материала. The corset can be partially or fully made of low heat conductive material.

На фиг. 1 показана конструкция заявляемого теплообменника. In FIG. 1 shows the design of the inventive heat exchanger.

На фиг. 2 дано вертикальное сечение теплообменника. In FIG. 2 shows a vertical section of a heat exchanger.

На фиг. 3 даны варианты схем организации движения потоков в заявляемом теплообменнике. In FIG. 3 are given variants of schemes for organizing the movement of flows in the inventive heat exchanger.

Теплообменник состоит из кожуха 1 с патрубками ввода 2 и вывода 3 межтрубной среды. В торце кожуха 1 установлена коллекторная камера 4 с патрубками ввода 5 и вывода 6 трубной среды. В коллекторной камере 4 установлена глухая перегородка 7. Между кожухом 1 и камерой 4, а также в противоположном торце кожуха 1 установлены коллекторные трубные решетки 8 и 9, в которых герметично закреплены теплообменные трубки 10. Трубки 10 разделены между собой по оси кожуха 1 продольной перегородкой 11, одним концом жестко прикрепленной к решетке 8, расположенной между кожухом 1 и камерой 4, а другой конец перегородки 11 не доходит до второй трубной решетки 9, образуя проход 12 для протока межтрубной среды. Торцы перегородки 11 снабжены гибкими листами 13, отогнутыми по образующей внутренней поверхности кожуха 1 и плотно прилегающими к ней. Для повышения конструкционной жесткости узла уплотнения возможно использование жесткой ленты 14 и/или стержней 15. Перегородка 11 снабжена теплоизоляционным элементом 16. The heat exchanger consists of a casing 1 with nozzles of the input 2 and output 3 of the annular medium. At the end of the casing 1 there is a collector chamber 4 with nozzles for input 5 and output 6 of the pipe medium. In the collector chamber 4 there is a blind partition 7. Between the casing 1 and the chamber 4, as well as in the opposite end of the casing 1, collector tubes 8 and 9 are installed, in which the heat exchange tubes 10 are hermetically fixed. The tubes 10 are separated along the axis of the casing 1 by a longitudinal partition 11, one end of which is rigidly attached to the grate 8, located between the casing 1 and the chamber 4, and the other end of the partition 11 does not reach the second tube grate 9, forming a passage 12 for the flow of the annular medium. The ends of the walls 11 are equipped with flexible sheets 13, bent along the generatrix of the inner surface of the casing 1 and tightly adjacent to it. To increase the structural rigidity of the seal assembly, it is possible to use a rigid tape 14 and / or rods 15. The partition 11 is provided with a heat-insulating element 16.

Расстояние между теплообменными трубками 10 в предлагаемой конструкции регулируется путем смежной установки в вертикальной плоскости сечения теплообменного пучка втулок 17. Ряды втулок 17, имитирующие вертикальные решетки, фиксируются между собой соединительными элементами 18. The distance between the heat exchange tubes 10 in the proposed design is regulated by adjacent installation in the vertical plane of the cross section of the heat exchange beam of the bushings 17. The rows of bushings 17 simulating vertical lattices are fixed to each other by connecting elements 18.

Теплообменные трубки 10 зафиксированы в пучке корсетом 19. Причем сам корсет 19 закреплен по торцу к коллекторной трубной решетке 9. Фиксация корсета 18 к трубной решетке осуществляется либо жестко при помощи сварки, либо на шпильках через уплотнительные элементы (на фиг.1 не показано). Для обеспечения большей конструкционной жесткости трубного пучка теплообменника поверх корсета пучок стягивают ленточными бандажами 20. The heat transfer tubes 10 are fixed in the beam by the corset 19. Moreover, the corset 19 is fixed at the end to the collector tube sheet 9. The corset 18 is fixed to the tube sheet either rigidly by welding or on studs through the sealing elements (not shown in Fig. 1). To ensure greater structural rigidity of the tube bundle of the heat exchanger over the corset, the bundle is pulled together with bandages 20.

В корсете 19 симметрично относительно перегородки 11 выполнены два выреза 21 и 22 для прохода межтрубной среды. Как показано на фиг. 3, расположение вырезов 21, 22 в корсете 19 друг относительно друга может быть различным и обосновывается существующим положением патрубков 2 и 3 на кожухе 1 теплообменника, а также физико-химическими свойствами межтрубной среды. В зависимости от взаимного расположения вырезов 21 и 22 корсет 19 может быть снабжен частично (наполовину) и/ли полностью теплоизоляционным элементом 23. Корсет 19 может частично (наполовину) или полностью изготавливается из низкотеплопроводного материала. In the corset 19 symmetrically with respect to the partition 11, two cutouts 21 and 22 are made for the passage of the annular medium. As shown in FIG. 3, the location of the cutouts 21, 22 in the corset 19 relative to each other can be different and is justified by the existing position of the nozzles 2 and 3 on the casing 1 of the heat exchanger, as well as the physicochemical properties of the annular medium. Depending on the relative position of the cut-outs 21 and 22, the corset 19 can be partially equipped (half) and / or with a completely heat-insulating element 23. The corset 19 can be partially (half) or completely made of low-heat-conducting material.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Межтрубная среда через штуцер 2 поступает в кожух 1 теплообменника, проходит пространство между кожухом 1 и корсетом 19 (фиг.3, вариант 2) и равномерно поступает через вырез 21 в межтрубное пространство теплообменника. Двигаясь вдоль трубок 10, межтрубная среда равномерно перераспределяется, проходя равные втулки 17. Пройдя таким образом весь объем межтрубного пространства, межтрубная среда выводится через вырез 22 корсета 19 и далее по пространству между кожухом 1 и корсетом 19 выводится из теплообменника через штуцер 3. Трубная среда через штуцер 5 поступает в коллекторную камеру 4 и далее, пройдя весь объем в полости трубок 10, через штуцер 6 выводится из теплообменника. The annular medium through the nozzle 2 enters the casing 1 of the heat exchanger, passes the space between the casing 1 and the corset 19 (figure 3, option 2) and evenly passes through the cutout 21 into the annular space of the heat exchanger. Moving along the tubes 10, the annulus is evenly redistributed, passing equal bushings 17. Having thus passed the entire volume of the annulus, the annulus is discharged through the cutout 22 of the corset 19 and then through the space between the casing 1 and the corset 19 is discharged from the heat exchanger through the nozzle 3. The tube medium through the nozzle 5 enters the collector chamber 4 and then, having passed the entire volume in the cavity of the tubes 10, through the nozzle 6 is removed from the heat exchanger.

Наличие корсета 19 обуславливает гарантированное безбайпасное прохождение межтрубной среды в объеме пучка теплообменных труб. Кроме того, корсет 19 является хорошим распределительным элементом, позволяющим обеспечить равномерную подачу межтрубной среды в теплообменный пучок и равномерный вывод ее (без образования воронки) из теплообменного пучка. The presence of the corset 19 determines the guaranteed bypass-free passage of the annular medium in the volume of the bundle of heat-exchange tubes. In addition, the corset 19 is a good distribution element, allowing to ensure uniform flow of the annular medium into the heat exchange bundle and its uniform output (without the formation of a funnel) from the heat exchange bundle.

Таким образом, конструкция заявляемого кожухотрубного теплообменника по сравнению с известными конструкциями обладает более высокими эксплутационными характеристиками, т.к. в заявляемой конструкции исключены байпасные зоны и качественно решен вопрос равномерного распределения потока на входе и выходе трубного пучка. Thus, the design of the inventive shell-and-tube heat exchanger in comparison with the known structures has higher performance characteristics, because in the claimed design, bypass zones are excluded and the issue of uniform flow distribution at the inlet and outlet of the tube bundle is qualitatively resolved.

Список литературы
1. Справочник по теплообменникам - Пер. с англ., Энергоатомиздат, т.2, с.285.List of references
1. Handbook of heat exchangers - Per. from English., Energoatomizdat, vol. 2, p. 285.

2. Патент Российской Федерации N 2059958, МКИ F 28 D 7/00. 2. Patent of the Russian Federation N 2059958, MKI F 28 D 7/00.

Claims

1. Shell-and-tube heat exchanger comprising a casing with a bundle of heat-exchange pipes and inlet and outlet pipes of the annular medium, a collector chamber with inlet and outlet pipes of the pipe medium, a collector tube, vertical tube sheets along the length of the beam and longitudinal partitions along the axis of the collector chamber and the heat exchanger shell, moreover, the latter is equipped with sealing elements located between the partition and the inner surface of the casing, characterized in that the tube bundle of the heat exchanger is equipped with a corset the surface of the beam, and the end of the corset is hermetically attached to the tube sheet of the beam, moreover, in the corset symmetrically to the longitudinal partition there are two cutouts with a common axis of symmetry for the passage of the annular medium.

2. The shell-and-tube heat exchanger according to claim 1, characterized in that one of the cutouts in the corset is made in the projection plane of the inlet or outlet pipe of the annular medium.

3. Shell-and-tube heat exchanger according to claims 1 and 2, characterized in that both cutouts in the corset are made oppositely located relative to the inlet and outlet pipes of the annular medium.

4. The shell-and-tube heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that both cutouts in the corset are made in the projection planes of the inlet and outlet pipes of the annular medium.

5. Shell-and-tube heat exchanger according to claims 1 to 3, characterized in that the corset is equipped with a partially or fully heat-insulating element.

6. The shell-and-tube heat exchanger according to claims 1 to 5, characterized in that the vertical partitions are made in the form of separate bushings fixed to each other by connecting elements.