RU2516998C2 - Кожухотрубный теплообменник - Google Patents

Кожухотрубный теплообменник Download PDF

Info

Publication number
RU2516998C2
RU2516998C2 RU2012113326/06A RU2012113326A RU2516998C2 RU 2516998 C2 RU2516998 C2 RU 2516998C2 RU 2012113326/06 A RU2012113326/06 A RU 2012113326/06A RU 2012113326 A RU2012113326 A RU 2012113326A RU 2516998 C2 RU2516998 C2 RU 2516998C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tube
heat exchanger
tubes
shell
protrusions
Prior art date
Application number
RU2012113326/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012113326A (ru
Inventor
Виктор Михайлович Гуреев
Юрий Федорович Гортышов
Риннат Галеевич Нуруллин
Ильнур Лутович Низамиев
Ринат Рашитович Юнусов
Михаил Викторович Гуреев
Лут Бурганович Низамиев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2012113326/06A priority Critical patent/RU2516998C2/ru
Publication of RU2012113326A publication Critical patent/RU2012113326A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2516998C2 publication Critical patent/RU2516998C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Изобретение относится к теплоэнергетической, химической и нефтехимической промышленности и предназначено для использования в многотоннажных промышленных установках. В кожухотрубном теплообменнике, содержащем корпус с днищами, трубный пучок, закрытый с двух сторон трубными решетками, выполненными в форме диска с непрерывными, расположенными концентрично выступами и впадинами, в которых выполнены отверстия для крепления трубок трубного пучка, любой выступ или впадина в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника, одна сторона которого перпендикулярна плоскости трубной решетки, а другая наклонна к ней, при этом отверстия для крепления трубок выполнены на середине наклонной стороны, а в центре трубной решетки имеется цилиндрический выступ с отверстием для крепления центральной трубки. Технический результат - расширение арсенала технических средств, повышение надежности и ресурса работы, снижение материалоемкости. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к теплоэнергетической, химической и нефтехимической промышленности и предназначено для использования в многотоннажных промышленных установках.
Известен кожухотрубный теплообменник и его трубная решетка с большим числом просверливаемых в большом диске отверстий для трубок, развальсовываемых с торцов на шестигранники или многогранники с соприкосновением стенок и образованием сплошной сотовой конструкции. Затем кромки спаиваются между собой. Внутри обоймы сделаны несколько многоугольных вырезов по числу трубок наружного ряда. Одна обойма выполняется скользящей в корпусе теплообменника, а другая неподвижно, зажимается между фланцами кожуха и крышки. Известная трубная решетка сборная, притом одна из них подвижная, играет роль компенсатора тепловых напряжений в конструкции (Франция, заявка №2233587, F28F 9/04, B21D 19/00, опубл. 10.01.1975).
Данный кожухотрубный теплообменник и его конструкция трубной решетки сложны в изготовлении, особенно проблемно обеспечивать равномерность пайки. Наличие обоймы создает большой промежуток между крайним рядом трубок и обечайкой, где сопротивление потоку в этом промежутке меньше, чем сопротивление между трубками, следовательно, скорость потока между трубками меньше, а в промежутке больше. Интенсивность теплообмена в центральной области теплообменника ниже, чем в периферийной области.
Известен также кожухотрубный теплообменник и способ изготовления его трубной решетки, где трубная решетка состоит из трех пластин, накладываемых одна на другую («сэндвич»). Диаметры отверстий в пластинах больше диаметра трубок, кроме того, отверстия в средней пластине больше остальных двух. Благодаря этому образуются канавки для размещения в пластине эластичных колец, с помощью которых трубки фиксируются в пластине (Заявка №04333 международная, РСТ, МПК F28F 9/02, опубл. 04.03.1993). Данная конструкция трубной решетки работоспособна в теплообменниках лишь при небольших температурах и давлениях. Упругие вставки имеют небольшую продолжительность службы, так как при долгом нахождении под напряжением они теряют эластичность и, следовательно, герметичность теплообменника.
Известная трубная решетка кожухотрубного теплообменника имеет компенсаторы. Они расположены со стороны межтрубного пространства и снаружи теплообменника. Служат для уменьшения толщины самой решетки, а также примыкающих к ней участков распределительной камеры и корпуса, к которым приварена решетка. Обе плоскости решетки имеют кривизну. Также выполнены под радиус примыкающие к решетке участки распределительной камеры и корпуса (Патент США №4207944, МПК F28F 9/02, опубл. 17.06.1980).
Система компенсации тепловых изменений в теплообменнике не пригодна для крупных теплообменников и гетерогенно-каталитических реакторов, работающих под высоким давлением и температурах, сами компенсаторы приходится изготавливать массивными, подверженными температурным напряжениям в нежелательных направлениях.
В целях уменьшения общей массы и упрочнения трубной решетки создан химический реактор или теплообменник, где трубная решетка собрана из тонких пластин для трубок с приваренными перпендикулярно к пластине элементами жесткости (патент РФ №2316389, МПК B01J 8/06). Недостатком является то, что меняется равномерное распределение потока в трубное пространство, а также наличие дополнительных деталей на трубной решетке приводит к уменьшению числа размещенных трубок на решетке.
Известен теплообменник, наиболее близкий к заявляемому изобретению и принятый за прототип, в котором трубная решетка выполнена в виде гофрированных гибких дисков. Профиль гофр выполнен по сложной линии, имеет волнообразную форму. Гофры расположены концентрично и имеют высокую деформационную способность. Трубки прикреплены к трубным решеткам в области вершин гофр, выступающих в сторону полости расположения трубок. Крепление трубок к гофрированной трубной решетке уменьшает концентрации напряжений на стыке. Колебания и автоколебания трубок предотвращают образование накипи и отложений (патент РФ №2267070, МПК F28D 7/00, опубл. 27.12.2005).
Теплообменник с гофрированными трубными решетками не обладает достаточной универсальностью, так как может использоваться только в узком диапазоне изменения режимных параметров по температуре, давлению и расходам. Необходимость применения дорогостоящих высоколегированных сталей увеличивает стоимость теплообменника.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в расширении диапазона параметров эксплуатации теплообменника по температуре, давлению и расходам, повышении надежности работы и долговечности, а также снижении материалоемкости.
Технический результат достигается тем, что в кожухотрубном теплообменнике, содержащем корпус, днище, трубный пучок, закрытый с двух сторон трубными решетками, выполненными в форме диска с непрерывными, расположенными концентрично выступами и впадинами, в которых выполнены отверстия для крепления трубок трубного пучка, новым является то, что любой выступ или впадина в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника, одна сторона которого перпендикулярна плоскости трубной решетки, а другая наклонна к ней, при этом отверстия для крепления трубок выполнены на середине наклонной стороны, а в центре трубной решетки имеется цилиндрический выступ с отверстием для крепления центральной трубки.
Шаг между выступами равен расстоянию между рядами отверстий для трубок на трубных решетках. Выступы, обращенные в сторону трубного пучка, больше, чем обращенные в сторону днища, и равны толщине трубной решетки в ее фланцевой части. Шаги и высоты выступов на трубной решетке больших диаметров выполнены большими, чем на трубной решетке малых диаметров. Угол, противолежащий высотам выступов составляет 2÷15°. В случае использования трубной решетки в теплообменниках с наклонными трубками, высота выступа для центральной трубки больше высот остальных выступов на величину разности длин центральной трубки и остальных наклонных трубок. Цилиндрический выступ в центре трубной решетки направлен в сторону днища. Высоты выступов в зависимости от нагрузок могут быть увеличивающимися от периферии к центру.
На фиг.1 представлен общий вид теплообменника.
На фиг.2 показан общий вид трубной решетки.
На фиг.3 представлена трубная решетка и ее разрез по А-А.
На фиг.4 - увеличенная половина разреза А-А, подобного фиг.3 с большим содержанием круговых рядов отверстий для трубок.
Кожухотрубный теплообменник фиг.1, преимущественно круглого сечения цилиндрической или конусообразной формы, содержит корпус 1 с днищами 2, внутри расположен трубный пучок 3, закрытый с двух сторон трубными решетками 4, фиг.2, образующими трубное и межтрубное пространства. Внешний диаметр трубных решеток соответствует внешнему диаметру фланцев днища 2. Крепление к кожуху осуществляется сваркой, а к днищу 2 - шпильками через герметизирующую прокладку.
Трубные решетки 4 выполнены в форме диска с непрерывными, расположенными концентрично выступами и впадинами 5, в которых выполнены отверстия 6 для крепления трубок 7 трубного пучка 3. Выступы и впадины 5 в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника, одна сторона которого перпендикулярна плоскости трубной решетки 3, а другая - наклонная к ней, при этом отверстие 6 для крепления трубок 7 выполнены на середине наклонной стороне под различным углом и различной формой. В центре трубной решетки 4 имеется цилиндрический выступ 8 с отверстием 9 для крепления центральной трубки 9, направленный в сторону днища 2. Ось выступа 8 совпадает с осью теплообменника. Выступы и впадины 5 составляют единое целое с фланцевым кольцом 10 трубной решетки 4 с отверстиями 11 для крепления фланца днища.
Шаг(n) между выступами (а также впадинами) 5 на трубных решетках 4 равен расстоянию между рядами отверстий для трубок (m). Высоты (a1) выступов 5 (фиг.3 и 4), обращенные в сторону трубного пучка, больше высот (a2) выступов 5, обращенных в сторону днищ, и равны толщине конкретной трубной решетки 4 в ее фланцевой части (a3). Угол α, противолежащий высотам выступов (a1 и a2), составляет 2÷15°.
Центральная трубка 9 может быть цилиндрической или конусообразной, но во всех модификациях вертикальной. Трубки 7 могут быть цилиндрическими, конусообразными, а также наклонными.
В зависимости от назначения теплообменника высоты всех выступов могут меняться в радиальном направлении, увеличиваясь от периферии к центру. В случае использования трубной решетки 4 в теплообменниках с наклонными трубками 7 высота центрального выступа 8 больше высот остальных выступов 5. При этом диаметр отверстия выступа 8 для крепления центральной трубки 9 может быть больше диаметра отверстий 6 для крепления трубок 7 трубного пучка 3.
Кожухотрубный теплообменник работает следующем образом.
Теплоноситель трубного пространства поступает через днища 2 на трубную решетку 4 и в трубки 7 и 9, закрепленные в ней. Проходя через трубки 7 и 9, теплоноситель обменивается теплом через их стенки с теплом теплоносителя межтрубного пространства, которое ограничено корпусом 1 теплообменника и трубными решетками 4, затем через вторую трубную решетку 4, в которой трубки 7 и 9 закреплены другими концами, поступает в противоположное днище 2 и через отверстие в этом днище проходит в другой аппарат. При этом на трубную решетку 4 действуют напор теплоносителя, собственная масса, масса трубок 7 и 9 с содержащимся в них интенсификатором теплообмена, а также вызванные перепадом температур напряжения. Выступы и впадины 5 на трубных решетках 4 способствуют рассеиванию напряжений в нескольких направлениях, предотвращая возникновение выпуклостей или трещин, повышают жесткость трубной решетки 4 и позволяют уменьшить ее массу. Достигается более равномерное распределение потока трубного пространства по всем трубкам 7 и 9, а также более интенсивный теплообмен вблизи трубных решеток 4.
Таким образом, предлагаемый кожухотрубный теплообменник обладает высокой надежностью и долговечностью в эксплуатации, универсальностью за счет возможности эксплуатации в широком диапазоне параметров, а также в качестве химических реакторов.

Claims (5)

1. Кожухотрубный теплообменник, содержащий корпус с днищами, трубный пучок, закрытый с двух сторон трубными решетками, выполненными в форме диска с непрерывными, расположенными концентрично выступами и впадинами, в которых выполнены отверстия для крепления трубок трубного пучка, отличающийся тем, что любой выступ или впадина в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника, одна сторона которого перпендикулярна плоскости трубной решетки, а другая наклонна к ней, при этом отверстия для крепления трубок выполнены на середине наклонной стороны, а в центре трубной решетки имеется цилиндрический выступ с отверстием для крепления центральной трубки.
2. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что высоты выступов (a1), обращенных в сторону трубного пучка, больше высот выступов (а2), обращенных в сторону днища (a1>a2), и равны толщине трубной решетки (а3) в ее фланцевой части.
3. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что угол (α), противолежащий высотам выступов (a1 и а2), составляет 2÷15°.
4. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический выступ направлен в сторону днища.
5. Кожухотрубный теплообменник по п.1, отличающийся тем, что высоты выступов и впадин увеличиваются от периферии к центру.
RU2012113326/06A 2012-04-05 2012-04-05 Кожухотрубный теплообменник RU2516998C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113326/06A RU2516998C2 (ru) 2012-04-05 2012-04-05 Кожухотрубный теплообменник

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113326/06A RU2516998C2 (ru) 2012-04-05 2012-04-05 Кожухотрубный теплообменник

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012113326A RU2012113326A (ru) 2013-10-10
RU2516998C2 true RU2516998C2 (ru) 2014-05-27

Family

ID=49302747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012113326/06A RU2516998C2 (ru) 2012-04-05 2012-04-05 Кожухотрубный теплообменник

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516998C2 (ru)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110382992A (zh) * 2017-03-14 2019-10-25 阿法拉伐奥米有限公司 用于壳管式设备的保护装置
RU2711903C2 (ru) * 2015-04-10 2020-01-23 Кэрриер Корпорейшн Комплексная система вентилятора и теплообменника
RU2752121C1 (ru) * 2017-09-29 2021-07-22 Кюндон Навьен Ко., Лтд. Кожухотрубный теплообменник
RU2785973C2 (ru) * 2020-12-16 2022-12-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Теплообменный аппарат

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2267070C2 (ru) * 2003-12-15 2005-12-27 Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" Теплообменник
RU2316389C2 (ru) * 2001-10-01 2008-02-10 Нуово Пиньоне Холдинг С.П.А. Химический реактор или теплообменник (варианты)
CN202048835U (zh) * 2011-03-15 2011-11-23 天津大学 锥体形管束支撑件及采用该管束支撑件的管壳式热交换器
EP2423633A2 (en) * 2009-04-20 2012-02-29 Kyungdong Navien Co., Ltd. Heat exchanger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2316389C2 (ru) * 2001-10-01 2008-02-10 Нуово Пиньоне Холдинг С.П.А. Химический реактор или теплообменник (варианты)
RU2267070C2 (ru) * 2003-12-15 2005-12-27 Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" Теплообменник
EP2423633A2 (en) * 2009-04-20 2012-02-29 Kyungdong Navien Co., Ltd. Heat exchanger
CN202048835U (zh) * 2011-03-15 2011-11-23 天津大学 锥体形管束支撑件及采用该管束支撑件的管壳式热交换器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2711903C2 (ru) * 2015-04-10 2020-01-23 Кэрриер Корпорейшн Комплексная система вентилятора и теплообменника
US11098953B2 (en) 2015-04-10 2021-08-24 Carrier Corporation Integrated fan heat exchanger
CN110382992A (zh) * 2017-03-14 2019-10-25 阿法拉伐奥米有限公司 用于壳管式设备的保护装置
RU2720088C1 (ru) * 2017-03-14 2020-04-24 Альфа Лаваль Ольми С.П.А. Защитное приспособление для кожухотрубного оборудования
CN110382992B (zh) * 2017-03-14 2020-09-29 阿法拉伐奥米有限公司 用于壳管式设备的保护装置
US11143465B2 (en) 2017-03-14 2021-10-12 Alfa Laval Olmi S.P.A Protection device for a shell-and-tube equipment
RU2752121C1 (ru) * 2017-09-29 2021-07-22 Кюндон Навьен Ко., Лтд. Кожухотрубный теплообменник
US11156404B2 (en) 2017-09-29 2021-10-26 Kyungdong Navien Co., Ltd. Shell-and-tube heat exchanger
RU2785973C2 (ru) * 2020-12-16 2022-12-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Теплообменный аппарат

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012113326A (ru) 2013-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2423657C2 (ru) Реактор с улучшенным теплообменом
US8168131B2 (en) Low pressure drop reforming reactor
AU2008329267B2 (en) Chemical reactor with plate type heat exchange unit
EP0382098B1 (en) Multi-tube type heat transfer apparatus
RU2516998C2 (ru) Кожухотрубный теплообменник
CN107115827B (zh) 一种列管式固定床反应器
US7381851B2 (en) Method for producing formaldehyde
JP5405589B2 (ja) 熱交換器
WO2013004254A1 (en) Heat exchange reactor
JP2012521960A (ja) 受動熱流束制御要素を伴う蒸気改質器
JP5448342B2 (ja) 接触転化反応用反応装置
EP2424651A1 (en) Isothermal tube reactor
US10188997B2 (en) Scallop support distributor for radial flow reactor
WO2003095924A1 (en) Heat exchangers
RU2451889C1 (ru) Теплообменник-реактор
WO2023232853A1 (en) Catalyst support system for ammonia oxidation burners
US20240091728A1 (en) Catalytic synthesis reactor
AU2022219218A9 (en) Catalytic synthesis reactor
JPH04190843A (ja) ガス反応装置
JPH01296092A (ja) 平行流型多管式熱交換器の製作法

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160406