RU2306514C1

RU2306514C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2306514C1
Application number: RU2006104990/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Савельевич Кочетов (RU); Олег Савельевич Кочетов; Мари Олеговна Кочетова (RU); Мария Олеговна Кочетова; Геннадий Васильевич Львов (RU); Геннадий Васильевич Львов; Денис Владимирович Устимов (RU); Денис Владимирович Устимов; Елена Германовна Устимова (RU); Елена Германовна Устимова
Original assignee: Олег Савельевич Кочетов
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-09-20

Abstract

FIELD: chemical, petrochemical and other industries.

SUBSTANCE: proposed heat exchanger has shell, floating head tubular grill, heat exchanger tubes, fixed tube plate, distributing chamber with cover, hatch for mounting tube bank, branch pipe to remove remnant of product, drain branch pipe, liquid product inlet branch pipe, branch pipe to let out and let in gas or liquid, product vapors discharge branch pipe and inspection hatch. Ratio of outer diameter of shell to length of heat exchange tubes in proposed device is 0.14-0.26; ratio of diameter of heat exchange tubes to outer diameter of shell is 0.02-0.14; total number of heat exchanger tubes is within 13 and 1701; heat exchange surface at length of heat exchange tubes lying within 1 and 9 m, is within 1.0-961 sq. m; area of flow section in segment cutouts of partitions is within 30 and 1640 sq.m; flow section area between partitions is within 50 and 1870 sq.m; area of section of one pass of heat exchange tubes is within 40 and 3750 sq.m; ratios of outer diameter D_o of shell to diameters of nominal bore of unions for tube and inter-tube spaces are equal, lying within 1.9-4.0.

EFFECT: increased efficiency of operation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменным аппаратам, которые могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладоагентом) жидких и газообразных сред. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для этих аппаратов может составлять 20...60 град в зависимости от материала кожуха и труб, давления в кожухе и диаметра аппарата.The invention relates to shell and tube heat exchangers that can be used as heat exchangers, refrigerators, condensers and evaporators in the chemical, petrochemical and other industries. Heat exchangers are designed for heating and cooling, and refrigerators for cooling (with water or other non-toxic, non-fire and non-explosive refrigerant) liquid and gaseous media. The largest allowable temperature difference between the casing and pipes for these devices can be 20 ... 60 degrees, depending on the material of the casing and pipes, the pressure in the casing and the diameter of the device.

Наиболее близким техническим решением к заявленному объекту является кожухотрубный теплообменный аппарат по а.с. СССР №1451519, F28D 7/00, содержащий распределительную камеру с крышкой, соединенную с кожухом, теплообменные трубы, соединенные перегородками с сегментными вырезами, линзовый компенсатор и штуцера для межтрубного и трубного пространства (прототип).The closest technical solution to the claimed object is a shell-and-tube heat exchanger according to as USSR No. 1451519, F28D 7/00, containing a distribution chamber with a cover connected to the casing, heat transfer pipes connected by partitions with segment cutouts, a lens compensator and fittings for annular and pipe space (prototype).

Недостатком известного кожухотрубного теплообменного аппарата является сравнительно невысокая эффективность его работы.A disadvantage of the known shell-and-tube heat exchanger is the relatively low efficiency of its operation.

Технический результат - повышение эффективности его работы.The technical result is an increase in the efficiency of its work.

Это достигается тем, что в теплообменном аппарате, содержащем кожух, трубчатую решетку плавающей головки, теплообменные трубы, неподвижную трубную решетку, распределительную камеру с крышкой, дополнительно содержится люк для монтажа трубного пучка, патрубок для выхода остатка продукта, патрубок дренажа, патрубок входа жидкого продукта, патрубок выхода газа или жидкости (теплового агента), патрубок входа газа или жидкости (теплового агента), патрубок выхода паров продукта и люк для осмотра, при этом отношение наружного диаметра D_H кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_H/L=0,14...0,26, отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_H кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_H=0,02...0,14, общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13...1701, поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в оптимальном интервале величин 1,0...961 м², площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30...1640 м², площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50...1870 м², площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40...3750 м², отношения наружного диаметра D_H кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_H/D_y=D_H/D_y1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9...4,0.This is achieved by the fact that in a heat exchanger containing a casing, a tubular lattice of a floating head, heat transfer pipes, a fixed tube lattice, a distribution chamber with a cover, an additional hatch for mounting the tube bundle, a pipe for leaving the remainder of the product, a drainage pipe, a liquid inlet pipe , a nozzle for the exit of gas or liquid (thermal agent), a nozzle for the inlet of gas or liquid (thermal agent), a nozzle for the exit of product vapor and an inspection hatch, the ratio of the outer diameter D _{H of the} casing to the length L of the heat exchanger tubes is in the optimal range of values D _H /L=0.14...0.26, the ratio of the diameter of the heat exchanger tubes d to the outer diameter D _{H of the} casing is in the optimal range of d / D _H = 0.02 .. .0.14, the total number of heat exchange tubes is in the optimal range of values 13 ... 1701, the heat exchange surface with the length of the heat transfer tubes L lying in the range from 1 to 9 m is in the optimal range of 1.0 ... 961 m ^2, the flow sectional area in the segment cutouts partition is in the optimal range of values of 30 ... 1640 m ² area strand flow section between the baffles is in the optimal range of values of 50 ... 1870 m ^2, the sectional area of one turn of the heat exchange tubes is in the range of optimal values of 40 ... 3750 m ^2, the relationship of the outer diameter D _H housing to the diameter of orifice D _y fittings for pipe and conditional passage D _y1 fittings for the annular space respectively equal to D _H / D _y = D _H / D _y1 and are in the optimal range of values of 1.9 ... 4.0.

На чертеже представлен предлагаемый теплообменник.The drawing shows the proposed heat exchanger.

Теплообменный аппарат содержит кожух 1 диаметром D_H, трубчатую решетку 2 плавающей головки, теплообменные трубы 3 длиной L, неподвижную трубную решетку 4, распределительную камеру 5 с крышкой 6, люк 7 для монтажа трубного пучка, патрубок 8 для выхода остатка продукта, патрубок дренажа 9, патрубок 10 входа жидкого продукта, патрубок 11 выхода газа или жидкости (теплового агента), патрубок 12 входа газа или жидкости (теплового агента), патрубок 13 выхода паров продукта и люк 14. Диаметры условного прохода штуцеров 11 и 12 для трубного пространства равны D_y, а штуцеров 9 и 10 для межтрубного пространства равны D_y1.The heat exchanger contains a casing 1 with a diameter D _H , a tube sheet 2 of a floating head, heat transfer tubes 3 of a length L, a fixed tube sheet 4, a distribution chamber 5 with a cover 6, a hatch 7 for mounting a tube bundle, a pipe 8 for leaving the remainder of the product, a drainage pipe 9 , pipe 10 of the inlet of a liquid product, pipe 11 of the outlet of gas or liquid (thermal agent), pipe 12 of the inlet of gas or liquid (thermal agent), pipe 13 of the outlet of the vapor of the product and the hatch 14. The diameters of the nominal passage of the fittings 11 and 12 for the pipe space are equal to D _y and the fittings 9 and 10 for the annular space are equal to D _y1 .

Соотношения параметров описываемого теплообменного аппарата выбраны, исходя из следующего: отношение наружного диаметра D_H кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_H/l=0,14...0,26, это влияет на производительность аппарата в целом; отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_H кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_H=0,02...0,14, этим диапазоном обусловлена эффективность тепломассообмена; общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13...1701; поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в оптимальном интервале величин 1,0...961 м², этим диапазоном обусловлена эффективность тепломассообмена; площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30...1640 м², площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50...1870 м², площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40...3750 м², этими диапазонами обусловлено минимальное гидравлическое сопротивление аппарата при сохранении высокой эффективности тепломассообмена, отношения наружного диаметра D_H кожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1 штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_H/D_y=D_H/D_y1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9...4,0, этими диапазонами обусловлено минимальное гидравлическое сопротивление аппарата при сохранении высокой эффективности тепломассообмена. отношение наружного диаметра D_H кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин D_H/=0,14...0,26; отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру D_H кожуха находится в оптимальном интервале величин d/D_H=0,02...0,14; общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13...1701; поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L, лежащей в диапазоне от 1 до 9 м, находится в оптимальном интервале величин 1,0...961 м²; площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30...1640 м²; площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50...1870 м²; площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40...3750 м²; отношения наружного диаметра D_Hкожуха к диаметрам условного прохода D_y штуцеров для трубного и условного прохода D_y1штуцеров для межтрубного пространства соответственно равны D_H/D_y=D_H/D_y1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9...4,0.The ratio of the parameters of the described heat exchanger is selected based on the following: the ratio of the outer diameter D _{H of the} casing to the length L of the heat exchanger tubes is in the optimal range of values of D _H /l=0.14...0.26, this affects the performance of the apparatus as a whole; the ratio of the diameter of the heat exchange tubes d to the outer diameter D _{H of the} casing is in the optimal range of values d / D _H = 0.02 ... 0.14, this range determines the efficiency of heat and mass transfer; the total number of heat transfer pipes is in the optimal range of 13 ... 1701; the heat exchange surface with the length of the heat exchanger tubes L lying in the range from 1 to 9 m is in the optimal range of 1.0 ... 961 m ² , this range determines the efficiency of heat and mass transfer; the cross-sectional area of the flow in the segmented cut-outs of the partitions is in the optimal range of values of 30 ... 1640 m ² , the cross-sectional area of the flow between the partitions is in the optimal range of values of 50 ... 1870 m ² , the cross-sectional area of one stroke through the heat exchange pipes is in the optimal range of values 40 ... 3750 m ² , these ranges determine the minimum hydraulic resistance of the apparatus while maintaining high heat and mass transfer efficiency, the ratio of the outer diameter D _{H of the} casing to the diameters of the nominal passage D _{y of} fittings for pipe and the conditional passage D _{y1 of the} fittings for the annular space are respectively equal to D _H / D _y = D _H / D _y1 and are in the optimal range of 1.9 ... 4.0, these ranges are responsible for the minimum hydraulic resistance of the apparatus while maintaining high heat and mass transfer efficiency . the ratio of the outer diameter D _{H of the} casing to the length L of the heat exchanger tubes is in the optimal range of values of D _H /=0.14...0.26; the ratio of the diameter of the heat transfer tubes d to the outer diameter D _{H of the} casing is in the optimal range of values d / D _H = 0.02 ... 0.14; the total number of heat transfer pipes is in the optimal range of 13 ... 1701; the heat transfer surface with the length of the heat exchange tubes L lying in the range from 1 to 9 m, is in the optimal range of values of 1.0 ... 961 m ² ; the cross-sectional area of the flow in the segment cutouts of the partitions is in the optimal range of values of 30 ... 1640 m ² ; the cross-sectional area of the flow between the partitions is in the optimal range of values of 50 ... 1870 m ² ; the cross-sectional area of one stroke through the heat exchange pipes is in the optimal range of values of 40 ... 3750 m ² ; the ratios of the outer diameter D _{H of the} casing to the diameters of the nominal bore D _{y of the} fittings for the pipe and conditional bore D _{y1 of the} fittings for the annular space are respectively equal to D _H / D _y = D _H / D _y1 and are in the optimal range of 1.9 ... 4 , 0.

Теплообменный аппарат работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Хладагент поступает и выходит через штуцера 11 и 12 для трубного пространства, циркулируя в теплообменных трубах 3, в то время как среда (вода или газ) поступает через штуцера 9 и 10 для межтрубного пространства и циркулирует с внешней стороны теплообменных труб 3.The refrigerant enters and exits through the nozzle 11 and 12 for the pipe space, circulating in the heat exchange tubes 3, while the medium (water or gas) enters through the nozzle 9 and 10 for the annular space and circulates from the outside of the heat exchange tubes 3.

Теплообменники предложенной конструкции являются по своему назначению испарителями и могут устанавливаться горизонтально или вертикально, быть двухходовыми по трубному пространству. Трубы, кожух и другие элементы конструкции могут быть изготовлены из углеродистой или нержавеющей стали, а трубы холодильников - также и из латуни. Распределительные камеры и крышки испарителей выполняют из углеродистой стали.The heat exchangers of the proposed design are evaporators for their purpose and can be installed horizontally or vertically, and can be two-way along the pipe space. Pipes, a casing and other structural elements can be made of carbon or stainless steel, and the pipes of refrigerators can also be made of brass. Distribution chambers and evaporator caps are made of carbon steel.

Применение кожухотрубчатых теплообменников с паровым пространством с коническим днищем (или с эллиптическим днищем) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,0...2,5 МПа, а в трубах 1,6...4,0 МПа, но однако рабочие температуры составляют порядка от - 30°С до 450°С, что существенно выше, чем у испарителей с линзовым компенсатором.The use of shell-and-tube heat exchangers with a steam space with a conical bottom (or with an elliptical bottom) is limited by the maximum permissible pressure in the casing equal to 1.0 ... 2.5 MPa, and in pipes 1.6 ... 4.0 MPa, but however operating temperatures range from -30 ° C to 450 ° C, which is significantly higher than for evaporators with a lens compensator.

Claims

A heat exchanger comprising a casing, a tubular lattice of a floating head, heat exchange tubes, a fixed tube lattice, a distribution chamber with a cover, characterized in that it further comprises a hatch for mounting a tube bundle, a pipe for leaving the remainder of the product, a drain pipe, a pipe for entering the liquid product, gas or liquid outlet pipe (thermal agent), gas or liquid exit pipe (thermal agent), product vapor outlet pipe and inspection hatch, with the ratio of the outer diameter D _{H of the} casing to the lengths e L of the heat exchanger tubes is in the optimal range of values D _H /L=0,14...0,26, the ratio of the diameter of the heat exchanger tubes d to the outer diameter D _{H of the} casing is in the optimal range of d / D _H = 0,02 .. .0.14, the total number of heat exchange tubes is in the optimal range of values 13 ... 1701, the heat exchange surface with the length of the heat transfer tubes L lying in the range from 1 to 9 m is in the optimal range of 1.0 ... 961 m ^2, the flow sectional area in the segment cutouts partition is in the optimal range of values of 30 ... 1640 m ^2, area with cheniya flow between baffles is in the optimal range of values of 50 ... 1870 m ^2, the sectional area of one turn of the heat exchange tubes is in the range of optimal values of 40 ... 3750 m ^2, the relationship of the outer diameter D _H housing to the diameter of orifice D _y fittings for pipe and nominal bore D _y1 fittings for the annular space are respectively equal to D _H / D _y = D _H / D _y1 and are in the optimal range of values of 1.9 ... 4.0.