RU2334187C1

RU2334187C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2334187C1
Application number: RU2007100461/06A
Authority: RU
Inventors: Сергей Юрьевич Лебедев (RU); Сергей Юрьевич Лебедев; чев Геннадий Сергеевич Гор (RU); Геннадий Сергеевич Горячев; кин Владимир Павлович Кульб (RU); Владимир Павлович Кульбякин
Original assignee: ЗАО Научно-производственная компания "НТЛ"
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-09-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heat exchanger contains jacket with bundle of heat exchanging tubes that are fixed in the tubular grid, transversal partitions that create opposite flows in intertubular space. The jacket is equipped with nozzles for inlet and outlet of intertubular medium, and header chamber is fixed to its flange with longitudinal partition that separates inlet and outlet cavities, which is connected with one of the jacket ends adjacent to tubular grid, and equipped with nozzles of inlet and outlet of tubular medium. According to invention there is a solid transversal partition installed in front of inlet nozzle in the jacket, and there are additional transversal partitions installed behind the outlet nozzle, which create transversal flows in intertubular space, at that solid partition is equipped with relief channels that have outlet in the last partition in front of tubular grid.

EFFECT: increase of heat exchange intensity by liquidation of stagnant zones.

1 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках с U-образными и прямыми трубами в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности для подогрева и охлаждения жидких и газообразных сред.The invention relates to heat exchange equipment and can be used in shell and tube heat exchangers with U-shaped and straight pipes in gas, petrochemical and other industries for heating and cooling liquid and gaseous media.

Известен кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком теплообменных труб и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру, соединенную с одним из торцов кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды, коллекторную трубную решетку и продольные теплоизолированные перегородки, установленные по оси коллекторной камеры и кожуха (патент РФ №2282808, МПК F28D 17/16, опубл. 27.08.2006, бюл. №24).A shell-and-tube heat exchanger is known, comprising a casing with a bundle of heat-exchange tubes and nozzles for input and output of the annular medium, a collector chamber connected to one of the ends of the casing and equipped with nozzles for the input and output of the tubular medium, the collector tube sheet and longitudinal heat-insulated partitions installed along the axis of the collector chamber and casing (RF patent No. 2282808, IPC F28D 17/16, publ. 08/27/2006, bull. No. 24).

В известной конструкции межтрубная среда движется вдоль трубок пучка теплообменных труб, и интенсивность теплообмена без специальных мер, усложняющих конструкцию и увеличивающих гидросопротивление (например, установка турбулизаторов), невелика. Кроме того, в районе входного и выходного патрубков со стороны трубной решетки известного теплообменника существуют застойные зоны, обусловленные необходимостью размещения патрубков на определенном расстоянии от фланца кожуха теплообменника (ГОСТ 12815-80, ГОСТ 12821-80) и требованиями по соблюдению расстояния между швами патрубков и швом фланца кожуха (ОСТ 29291-94).In the known construction, the annular medium moves along the tubes of the bundle of heat exchange tubes, and the heat transfer rate without special measures complicating the design and increasing the hydraulic resistance (for example, the installation of turbulators) is small. In addition, in the area of the inlet and outlet pipes from the side of the tube of the known heat exchanger, there are stagnant zones due to the need to place the pipes at a certain distance from the flange of the heat exchanger casing (GOST 12815-80, GOST 12821-80) and the requirements for maintaining the distance between the joints of the pipes and a seam of the flange of the casing (OST 29291-94).

Наиболее близким по технической сущности является кожухотрубный теплообменник, содержащий кожух с пучком U-образных теплообменных труб, закрепленных в трубной решетке и пронизывающих поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, и патрубками ввода и вывода межтрубной среды, коллекторную камеру с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенную с одним из торцов кожуха и снабженную патрубками ввода и вывода трубной среды (П.И.Бажан, Г.Е.Каневец, В.М.Селиверстов. Справочник по теплообменным аппаратам. - М.: Машиностроение, 1989, стр.10, рис.1.3 «в»).The closest in technical essence is a shell-and-tube heat exchanger containing a casing with a bundle of U-shaped heat transfer tubes fixed in the tube sheet and penetrating the transverse partitions, creating transverse flows in the annulus, and the inlet and outlet nozzles of the annular medium, a collector chamber with a longitudinal partition separating inlet and outlet cavities connected to one of the ends of the casing and equipped with nozzles for input and output of the pipe medium (P.I. Bazhan, G.E. Kanevets, V.M. Seliverstov. Reference for t heat exchangers. - M.: Mechanical Engineering, 1989, p. 10, Fig. 1.3 “c”).

Данный теплообменник из-за поперечного обтекания трубок повышает интенсивность теплообмена между межтрубной средой и стенками трубок трубного пучка, но обладает теми же недостатками, что и аналог, обусловленными наличием застойных зон или зон с низкими скоростями течения межтрубной среды в пространстве между выходным патрубком и трубной решеткой. Кроме того, в некоторых случаях целесообразно по конструктивным соображениям или для удобства обслуживания размещать выходной патрубок на некотором удалении от фланца, но ни аналог, ни прототип такими возможностями не обладают.Due to the transverse flow around the tubes, this heat exchanger increases the heat transfer intensity between the annular medium and the walls of the tube bundle tubes, but has the same drawbacks as the analogue due to the presence of stagnant zones or zones with low flow rates of the annulus in the space between the outlet pipe and the tube sheet . In addition, in some cases it is advisable for structural reasons or for ease of maintenance to place the outlet pipe at some distance from the flange, but neither the analog nor the prototype do not have such capabilities.

Задачей изобретения является ликвидация застойных зон в межтрубном пространстве кожухотрубного теплообменника с поперечными перегородками, а следовательно, повышение интенсивности теплообмена и кпд теплообменника. Дополнительно решается задача расширения технических возможностей по монтажу практически на любом уровне кожуха входных и выходных патрубков для подвода и вывода межтрубной среды. Эта возможность позволит упростить монтаж и обслуживание теплообменников.The objective of the invention is the elimination of stagnant zones in the annular space of a shell-and-tube heat exchanger with transverse partitions, and therefore, increasing the intensity of heat transfer and efficiency of the heat exchanger. Additionally, the task of expanding the technical capabilities for installation at almost any level of the casing of the inlet and outlet pipes for supplying and outputting the annular medium is solved. This feature will simplify the installation and maintenance of heat exchangers.

Задача решается путем изменения конструкции известного теплообменника.The problem is solved by changing the design of the known heat exchanger.

Предлагаемый теплообменник содержит кожух с пучком теплообменных труб, например U-образных, закрепленных в трубной решетке и пронизывающих поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве. Кожух снабжен патрубками ввода и вывода межтрубной среды, а к его фланцу прикреплена коллекторная камера с продольной перегородкой, разделяющей входную и выходную полости, соединенная с одним из торцов кожуха, прилегающим к трубной решетке, и снабженная патрубками ввода и вывода трубной среды. Согласно изобретению перед патрубком вывода в кожухе установлена сплошная поперечная перегородка, а за патрубком вывода - дополнительные поперечные перегородки, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, причем сплошная перегородка снабжена перепускными каналами, имеющими выход в последней перегородке перед трубной решеткой.The proposed heat exchanger contains a casing with a bundle of heat exchange tubes, for example U-shaped, fixed in the tube sheet and penetrating the transverse partitions, creating transverse flows in the annulus. The casing is equipped with nozzles for input and output of the annular medium, and a collector chamber with a longitudinal partition separating the inlet and outlet cavities connected to one of the ends of the casing adjacent to the tube sheet and equipped with nozzles for the input and output of the pipe medium is attached to its flange. According to the invention, a continuous transverse partition is installed in front of the outlet pipe in the casing, and additional transverse partitions are created behind the outlet pipe, creating transverse flows in the annulus, and the solid partition is provided with bypass channels having an outlet in the last partition in front of the tube sheet.

Сущность решения поясняется чертежом.The essence of the solution is illustrated in the drawing.

На приведенном чертеже изображен продольный разрез теплообменника.The drawing shows a longitudinal section of a heat exchanger.

Теплообменник состоит из трубной решетки 1 с установленными в ней теплобменными трубами 2, составляющими пучок U-образных теплообменных труб. Пучок теплообменных труб заключен в кожух 3, имеющий крышку 4 с входным патрубком 5 и фланец 6. На цилиндрической части кожуха 3 смонтирован выходной патрубок 7. В кожухе с равномерным шагом установлены поперечные перегородки 8, создающие поперечные потоки в межтрубном пространстве, существенно повышающие эффективность теплообмена и удлиняющие путь межтрубной среды. Непосредственно перед выходным патрубком 7 установлена сплошная перегородка 9, снабженная перепускными каналами для межтрубной среды в виде труб 10. Эти трубы имеют выход в последней перегородке перед трубной решеткой. Трубная решетка 1 с пучком труб 2 установлена и уплотнена между фланцем 6 кожуха 3 и фланцем 11 коллекторной камеры 12 с помощью шпилек 13 с гайками 14. Продольная перегородка 15 разделяет коллекторную камеру на две полости - входную 16 и выходную 17, с патрубками соответственно входным 18 и выходным 19 для трубной среды. Перепускными каналами (трубами 10) целесообразно сообщать тупиковую зону перед сплошной перегородкой 9 с тупиковой зоной перед трубной решеткой 1, но эта задача технологически и конструктивно не всегда осуществима.The heat exchanger consists of a tube sheet 1 with heat exchange tubes 2 installed in it, making up a bundle of U-shaped heat exchange tubes. The heat exchange tube bundle is enclosed in a casing 3 having a cover 4 with an inlet pipe 5 and a flange 6. An outlet pipe 7 is mounted on the cylindrical part of the casing 3. Transverse partitions 8 are installed in the casing with an even pitch, creating transverse flows in the annulus, significantly increasing the heat exchange efficiency and extending the path of the annular medium. Directly in front of the outlet pipe 7, a solid baffle 9 is installed, provided with bypass channels for the annular medium in the form of pipes 10. These pipes have an outlet in the last baffle in front of the tube sheet. The tube sheet 1 with the tube bundle 2 is installed and sealed between the flange 6 of the casing 3 and the flange 11 of the collector chamber 12 using studs 13 with nuts 14. The longitudinal partition 15 divides the collector chamber into two cavities - inlet 16 and outlet 17, with inlet ports 18 respectively and output 19 for the pipe medium. Bypass channels (pipes 10) it is advisable to communicate a dead-end zone in front of a solid partition 9 with a dead-end zone in front of the tube sheet 1, but this task is not always technologically and constructively feasible.

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

Рабочая среда (трубная среда), например подогреваемый природный газ, через патрубок 18 подается во входную полость 16 коллекторной камеры 12 и далее через трубную решетку 1 по теплообменным трубам 2, заполняющим полость кожуха 3, через другую половину трубной решетки поступает в выходную полость 17 коллекторной камеры 12, откуда через выходной патрубок 19 отводится, например, к газовому редуктору для понижения давления до заданного уровня. В процессе движения по теплообменным трубам 2 газ нагревается до необходимой температуры, исключающей замерзание влаги на деталях редуктора. Теплообменные трубы 2, по которым движется подогреваемый газ, нагреваются теплоносителем (межтрубной средой), поступающим через входной патрубок 5 при обтекании им трубок 2. Поток теплоносителя движется в полости кожуха 3 зигзагообразно между поперечными перегородками 8. Дойдя до сплошной перегородки 9, теплоноситель по трубам 10 устремляется к плоскости трубной решетки 1 и попадает в полость между последней перегородкой 8 и трубной решеткой 1. Из этой полости теплоноситель также зигзагообразно, но в противоположном направлении, движется к выходному патрубку 7. Процесс теплообмена между рабочим телом и теплоносителем идет интенсивно во всем объеме кожуха теплообменника, т.к., в отличие от известных решений, в полости под выходным патрубком установлены, как и в остальном объеме кожуха, поперечные перегородки, обеспечивающие движение теплоносителя поперек теплообменных трубок.The working medium (pipe medium), for example, heated natural gas, is supplied through the pipe 18 to the inlet cavity 16 of the collector chamber 12 and then through the tube sheet 1 through heat exchange pipes 2 filling the cavity of the casing 3, through the other half of the tube sheet enters the outlet cavity 17 of the collector chamber 12, from where, through the outlet pipe 19, it is discharged, for example, to a gas reducer to lower the pressure to a predetermined level. In the process of moving through the heat exchange tubes 2, the gas is heated to the required temperature, which eliminates the freezing of moisture on the parts of the gearbox. The heat exchange tubes 2 through which the heated gas moves are heated by the heat carrier (annulus) entering through the inlet pipe 5 when the tubes 2 flow around it. The heat carrier flows in the cavity of the casing 3 in a zigzag pattern between the transverse partitions 8. When it reaches the solid partition 9, the heat carrier flows through the pipes 10 rushes to the plane of the tube sheet 1 and enters the cavity between the last partition 8 and the tube sheet 1. From this cavity, the coolant is also zigzag, but in the opposite direction, moves to 7. The heat exchange process between the working fluid and the heat carrier is intensive in the entire volume of the casing of the heat exchanger, because, in contrast to the known solutions, transverse partitions are installed in the cavity under the outlet pipe, as in the rest of the casing volume, ensuring the movement of the coolant across heat transfer tubes.

Claims

A heat exchanger comprising a casing with a bundle of heat exchanger tubes fixed in the tube sheet, transverse partitions creating transverse flows in the annulus, and inlet and outlet nozzles of the annular medium, a collector chamber with a longitudinal partition separating the input and output cavities connected to one of the ends of the casing adjacent to the tube sheet, and equipped with nozzles for input and output of the pipe medium, characterized in that in front of the outlet pipe in the casing is installed a continuous transverse partition, and for patr O bkom additional transverse baffles creating transverse flows in the annulus, wherein the dividing wall is provided with continuous passageways having access to the last partition in front of the tube sheet.