RU2611429C1 - Gas and liquid mediums electric heater - Google Patents
Gas and liquid mediums electric heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2611429C1 RU2611429C1 RU2015147920A RU2015147920A RU2611429C1 RU 2611429 C1 RU2611429 C1 RU 2611429C1 RU 2015147920 A RU2015147920 A RU 2015147920A RU 2015147920 A RU2015147920 A RU 2015147920A RU 2611429 C1 RU2611429 C1 RU 2611429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- housing
- spiral
- heating elements
- heater
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
- H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
Landscapes
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронагревателям, предназначенным для нагрева, преимущественно, агрессивных, находящихся под высоким давлением газовых или жидких сред, и может быть использовано на объектах газовой промышленности, например в составе компрессорных станций магистральных газопроводов; на объектах нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической промышленности.The invention relates to electric heaters intended for heating, mainly aggressive, high-pressure gas or liquid media, and can be used at gas industry facilities, for example, as part of compressor stations of gas mains; at the facilities of the oil, oil refining, chemical industry.
В настоящее время известен ряд электрических нагревателей среды, в том числе, и газа, и жидкости.Currently, a number of electric medium heaters are known, including both gas and liquid.
Известен нагреватель потока среды (Патент РФ №2269071), снабженный патрубками подвода и отвода среды корпус с крышкой, вставку, соосно установленную внутри корпуса, образующую со стенками корпуса зазор, и U-образные электронагревательные элементы, при этом вставка выполнена в виде верхней и нижней торцовых пластин и навитой по спирали обечайки, расположенной между торцевыми пластинами и соединенной с ними с образованием лабиринтного канала, вход которого соединен с зазором между стенкой корпуса и вставкой, а выход соединен с расположенным по центру нижней торцевой пластины вставки патрубком для прохода среды, состыкованным с патрубком отвода среды корпуса. Расположенные в лабиринтном канале теплоэлектронагреватели (ТЭНы) закреплены в крышке корпуса.A well-known medium flow heater (RF Patent No. 2269071) is provided with a housing with a cover, an insert coaxially mounted inside the housing, forming a gap with the walls of the housing, and U-shaped electric heating elements, the insert being made in the form of upper and lower end plates and spiral wound shells located between the end plates and connected to them to form a labyrinth channel, the input of which is connected to the gap between the wall of the housing and the insert, and the output is connected to the located about the center of the lower end plate of the insert pipe nozzle for the passage of the medium, docked with the pipe outlet of the medium of the housing. Thermoelectric heaters (TENs) located in the labyrinth channel are fixed in the housing cover.
Недостатком указанного нагревателя является то, что форма канала лабиринта, в котором протекает среда, не обеспечивает равномерного по длине обтекания ТЭНов, что снижает эффективность нагрева. Кроме того, конструкция лабиринта предполагает различные условия работы нагревательных элементов, установленных в начале и в конце лабиринта, так как температура среды к концу лабиринта значительно повышается, при этом охлаждение нагревательных элементов в зазоре между крышкой и вставкой (в месте крепления) осуществляется для всех нагревательных элементов одинаково. Указанные недостатки приводят к неравномерности нагрева среды и к неравномерности нагрузки нагревательных элементов, что приводит к снижению ресурса. Также недостатком известного нагревателя, снижающим ресурс, является то, что с нагреваемой средой контактируют непосредственно ТЭНы, что резко снижает безопасность его работы и не позволяет использовать для нагрева газа под высоким давлением, т.к. это (прямой нагрев) запрещено нормативными документами по технике безопасности.The disadvantage of this heater is that the shape of the channel of the labyrinth in which the medium flows does not provide a uniform flow over the heating elements, which reduces the heating efficiency. In addition, the design of the labyrinth involves various operating conditions of the heating elements installed at the beginning and at the end of the labyrinth, since the temperature of the medium at the end of the labyrinth rises significantly, while the cooling of the heating elements in the gap between the lid and the insert (at the attachment point) is carried out for all heating elements are the same. These disadvantages lead to uneven heating of the medium and to uneven loading of the heating elements, which leads to a decrease in resource. Another disadvantage of the known heater, reducing the resource, is that the heating elements are directly contacted by the heating elements, which sharply reduces the safety of its operation and does not allow the use of gas for heating under high pressure, because this (direct heating) is prohibited by safety regulations.
Также известен нагреватель газа, содержащий основание с фланцами подвода и отвода газа, металлические трубки теплообменника, защитный кожух, причем трубки теплообменника выполнены в виде короткозамкнутых кольцевых витков, расположенных один над другим и охватывающих катушку и магнитопровод индуктора, противоположные участки кольцевых витков соединены соответственно с фланцами подвода и отвода газа посредством горизонтальных распределителей и трубчатых стояков (Патент РФ №126434). Все соединения элементов трубчатого теплообменника (кольцевые витки, горизонтальные распределители, трубчатые стояки) выполнены сваркой. Учитывая значительную величину давления подогреваемого газа (до 80 кГ/см.кв.), к качеству сварных швов подогревателя предъявляются очень высокие требования, что приводит к значительному увеличению трудоемкости изготовления нагревателя, в том числе к увеличению трудоемкости контроля качества сварных швов. Кроме того, конструкция известного нагревателя содержит значительное количество деталей, что не позволяет обеспечить удобство сборки. Итак, к недостаткам известного нагревателя газа можно отнести высокую трудоемкость его изготовления и контроля качества узлов, неудобство сборки одного из основных узлов - трубчатого теплообменника.A gas heater is also known, comprising a base with gas supply and exhaust flanges, metal tubes of the heat exchanger, a protective casing, the heat exchanger tubes being made in the form of short-circuited circular coils located one above the other and covering the inductor coil and magnetic circuit, opposite sections of the circular coils are connected respectively to the flanges supply and removal of gas through horizontal distributors and tubular risers (RF Patent No. 126434). All connections of the elements of the tubular heat exchanger (ring turns, horizontal distributors, tubular risers) are made by welding. Given the significant pressure of the heated gas (up to 80 kg / cm2), very high demands are placed on the quality of the welds of the heater, which leads to a significant increase in the complexity of manufacturing a heater, including an increase in the complexity of quality control of welds. In addition, the design of the known heater contains a significant number of parts, which does not allow for ease of assembly. So, the disadvantages of the known gas heater include the high complexity of its manufacture and quality control of the nodes, the inconvenience of assembling one of the main nodes - a tubular heat exchanger.
Известен проточный нагреватель природного газа, используемого на газораспределительных станциях магистральных газопроводов (Патент РФ №141121). С целью упрощения конструкции, снижения стоимости, трудоемкости изготовления и ремонта, в подогревателе газа, содержащем основание 1 с фланцами 2, 3 подвода и отвода газа, металлический трубчатый теплообменник, выполненный в виде короткозамкнутых витков, размещенных на магнитопроводе 4 и катушках 6 индуктора 5, защитный кожух 13, трубки 7 теплообменника выполнены в виде одинаковых секций 9 из последовательно соединенных спиральных витков 10, охватывающих катушки 6 и вертикально расположенные стержни 11 магнитопровода 4 индуктора 5, кроме того, секции 9 расположены одна над другой на стержнях 11 магнитопровода 4 индуктора 5 и выполнены из цельной металлической трубы круглого сечения. Недостатком указанного известного нагревателя является сложность конструкции.Known flow-through heater of natural gas used at gas distribution stations of gas pipelines (RF Patent No. 141121). In order to simplify the design, reduce the cost, the complexity of manufacturing and repair, in a gas
Наиболее близким к предлагаемому решению по конструкторскому выполнению является электрический нагреватель среды (Патент РФ №35495), который содержит тепловыделяющий канал в виде токопроводящей трубы, которая свернута в спираль с переменным радиусом кривизны, размещена в теплоизолирующем кожухе и снабжена на концах токоразъемными фланцами, с помощью которых крепится к теплоизолирующему кожуху и патрубкам ввода нагреваемой среды и ее выхода, при этом теплоизолирующий кожух размещен во внешнем корпусе с зазором между их стенками и снабжен входным и выходным штуцерам для ввода в зазор инертного газа, кроме того, нагреватель снабжен токовводами, соединенными с токоразъемными фланцами. В преимущественном варианте выполнения, спираль может быть выполнена в виде двух спиралей разного радиуса кривизны, размещенных одна в другой и соединенных последовательно. А пространство между теплоизолирующим кожухом и тепловыделяющим каналом может быть заполнено теплоизолирующим материалом.Closest to the proposed design solution is an electric medium heater (RF Patent No. 35495), which contains a heat-generating channel in the form of a conductive pipe, which is rolled into a spiral with a variable radius of curvature, is placed in a heat-insulating casing and equipped at the ends with current-collecting flanges, using which is attached to the heat-insulating casing and the nozzles of the input of the heated medium and its output, while the heat-insulating casing is placed in the outer casing with a gap between their walls and is equipped with n inlet and outlet connection pieces for entering a gap in an inert gas, in addition, is provided with a heater current leads connected to tokorazemnymi flanges. In an advantageous embodiment, the spiral can be made in the form of two spirals of different radius of curvature, placed one in the other and connected in series. And the space between the heat-insulating casing and the heat-releasing channel can be filled with heat-insulating material.
Недостатками данной конструкции является невозможность обеспечения малых потерь давления в электрическом нагревателе в случае больших расходов нагреваемой среды (до нескольких кг/с). В известном нагревателе могут происходить довольно большие потери давления среды, вследствие создания высоких гидравлических сопротивлений, особенно при больших расходах закачки. Это может происходить из-за того, что весь поток среды устремляется в один спиральный канал (даже при наличии двух спиралей, т.к. последние соединяются последовательно), который и создает высокое гидравлическое сопротивление. Кроме того, в известном нагревателе поток среды контактирует непосредственно со стенками токопроводящей трубы, которая в свою очередь является и электронагревательным элементом, что в условиях агрессивных сред, поступающих в электронагреватель под высоким давлением, может привести к нарушению изоляции и замыканию электрической цепи. Это снижает безопасность эксплуатации нагревателя.The disadvantages of this design is the inability to provide small pressure losses in the electric heater in the case of high flow rates of the heated medium (up to several kg / s). In the known heater, quite large pressure losses of the medium can occur due to the creation of high hydraulic resistances, especially at high injection costs. This can happen due to the fact that the entire medium flow rushes into one spiral channel (even in the presence of two spirals, since the latter are connected in series), which creates a high hydraulic resistance. In addition, in a known heater, the medium flow is in direct contact with the walls of the conductive pipe, which in turn is also an electric heating element, which in aggressive environments entering the electric heater under high pressure can lead to insulation failure and circuit closure. This reduces the safety of the heater.
Технический результат, достигаемый предлагаемым нагревателем, заключается в повышении безопасности эксплуатации за счет исключения прямого контакта нагреваемой среды с электронагревательными элементами, при одновременном обеспечении достаточной эффективности и равномерности нагрева среды при различных расходах подачи, с обеспечением при этом минимальных потерь давления в самом нагревателе, за счет снижения гидравлического сопротивления.The technical result achieved by the proposed heater is to increase operational safety by eliminating direct contact of the heated medium with electric heating elements, while ensuring sufficient efficiency and uniformity of heating of the medium at different flow rates, while ensuring minimal pressure loss in the heater itself, due to decrease in hydraulic resistance.
Поставленный технический результат обеспечивается предлагаемым электрическим нагревателем газовых и жидких сред, включающим корпус с входным и выходным отверстиями для нагреваемой среды, установленный внутри корпуса с кольцевым зазором спиральный узел в виде простирающихся вдоль осевого направления корпуса двух спиралей, согнутых из труб и предназначенных для пропускания нагреваемой среды, и электронагревательный элемент с токовводами, при этом новым является то, что внешняя поверхность корпуса снабжена футеровкой из теплоизоляционного материала, поверх которого установлен защитный кожух, в качестве спирального узла нагреватель содержит два спиральных змеевика, размещенных параллельно на одной оси со смещением на один виток по отношению друг к другу, причем обе спирали змеевиков выполнены с одинаковым радиусом гиба и с одинаковыми зазорами между витками, размеры которых составляют величину 1,3…3,0 от диаметра трубы спирали, а свободные концы спиралей змеевиков соединены с одной стороны с коллектором ввода нагреваемой среды, а с другой стороны - с коллектором ее вывода, причем указанные коллекторы ввода и вывода выполнены однотипными в виде детали-тройника, внутри которой выполнены три канала, два из которых соединены с соответствующими свободными концами спиралей змеевиков с одной или с другой стороны, а третий канал соединен с указанными двумя и соединен с входным патрубком или с выходным патрубком нагреваемой среды соответственно, при этом электронагревательные элементы расположены соосно спиралям змеевиков, при этом внутренняя полость корпуса заполнена алюминием полностью или частично, только в зоне полости корпуса, где находятся спирали змеевиков и электронагревательные элементы.The technical result is provided by the proposed electric heater of gas and liquid media, comprising a housing with inlet and outlet openings for the heated medium, a spiral assembly installed inside the housing with an annular gap in the form of two spirals extending along the axial direction of the housing, bent from the pipes and designed to pass the heated medium , and an electric heating element with current leads, while the new one is that the outer surface of the housing is provided with a lining of thermal insulation of the material on top of which a protective casing is installed, as a spiral unit, the heater contains two spiral coils placed parallel to one axis with an offset of one turn relative to each other, both coil coils made with the same bending radius and with the same gaps between the turns the sizes of which are 1.3 ... 3.0 of the diameter of the spiral pipe, and the free ends of the coil of the coils are connected on one side to the collector of the input of the heated medium, and on the other hand, to the collector of it water, and these input and output collectors are made of the same type in the form of a tee part, inside of which three channels are made, two of which are connected to the corresponding free ends of the coil coils on one or the other side, and the third channel is connected to these two and connected to the input with a pipe or with an outlet pipe of a heated medium, respectively, while the electric heating elements are located coaxially with the coils of the coils, while the internal cavity of the casing is completely or partially filled with aluminum, thick only in the zone of the body cavity, where the coil of the coils and electric heating elements are located.
Электронагревательные элементы выполнены в виде U-образных или в виде стержнеобразных ТЭНов или ТЭНов патронного типа.Electric heating elements are made in the form of U-shaped or in the form of rod-shaped heating elements or cartridge-type heating elements.
В качестве теплоизоляционного материала он содержит минеральный утеплитель.As a heat-insulating material, it contains mineral insulation.
Он дополнительно содержит датчик температуры, размещенный в установочном стакане, часть которого находится в полости корпуса в алюминии, а вторая часть - имеет внешний выход.It additionally contains a temperature sensor located in the installation cup, part of which is located in the body cavity in aluminum, and the second part has an external outlet.
Токовводы электронагревательных элементов подключены к вводной клеммной коробке, которой снабжен один из торцев корпуса.The current leads of the electric heating elements are connected to the input terminal box, which is equipped with one of the ends of the housing.
Вводная клеммная коробка выполнена во взрывозащищенном исполнении.Introductory terminal box is explosion-proof.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.The specified technical result is achieved due to the following.
Благодаря тому, что внешняя поверхность корпуса снабжена теплоизоляционным материалом, например минеральным утеплителем, защищенным сверху кожухом, исключаются тепловые потери, а значит повышается эффективность нагрева.Due to the fact that the outer surface of the housing is equipped with heat-insulating material, for example, mineral insulation, protected by a casing on top, heat losses are eliminated, which means that the heating efficiency is increased.
Использование в качестве спирального узла двух спиральных змеевиков, размещенных на одной оси фактически параллельно друг другу со смещением на один виток по отношению друг к другу, например, посредством вкручивания одной спирали змеевика в другую спираль второго змеевика (т.е. получается как бы одна спираль «вставлена» в другую и при этом витки одной спирали размещены в зазорах между витками второй спирали), обеспечивает, во-первых, увеличенную площадь теплообмена, что позволит повысить эффективность нагрева; во-вторых, обеспечивает снижение гидравлического сопротивления потока нагреваемой среды за счет перераспределения по двум одинаковым каналам, т.к. спирали установлены параллельно, что позволит значительно снизить до минимальных величин потери давления нагреваемой среды в нагревателе (этот эффект очень важен, т.к. если потери давления в нагревателе будут большими, то имеется вероятность снижения мощности последующих эксплуатационных объектов, куда поступает нагреваемая среда); в-третьих, обеспечение снижения гидравлического сопротивления одновременно скажется и на надежности конструкции в плане исключения нарушения целостности спиралей змеевиков.Using as a spiral unit two spiral coils placed on one axis practically parallel to each other with an offset of one turn relative to each other, for example, by screwing one coil of a coil into another spiral of a second coil (i.e. one spiral is obtained “Inserted” into another and at the same time the turns of one spiral are placed in the gaps between the turns of the second spiral), provides, firstly, an increased heat transfer area, which will increase the heating efficiency; secondly, it provides a reduction in the hydraulic resistance of the heated medium flow due to redistribution along two identical channels, because spirals are installed in parallel, which will significantly reduce to a minimum value the pressure loss of the heated medium in the heater (this effect is very important, because if the pressure loss in the heater is large, then there is a possibility of a decrease in the power of subsequent operating facilities where the heated medium enters); thirdly, ensuring a decrease in hydraulic resistance will also affect the reliability of the design in terms of eliminating the violation of the integrity of the coils of the coils.
Выполнение обеих спиралей змеевиков с одинаковым радиусом гиба и с одинаковыми зазорами между витками, размеры которых составляют величину 1,3-3,0 от диаметра трубы спирали, позволяет легко выполнить параллельное размещение этих двух спиралей соосно друг с другом, например, путем «вкручивания» одной в другую. Такая конструкция позволяет получить как бы единый в пространстве спиральный узел, который позволит обеспечить разделение входящего потока нагреваемой среды по двум каналам, что позволит одновременно обеспечить оптимальный нагрев среды (за счет аккумуляции теплового потока) и снизить гидравлическое сопротивление.The execution of both coils of coils with the same bending radius and with the same gaps between the turns, the sizes of which are 1.3-3.0 of the diameter of the spiral pipe, makes it easy to perform parallel placement of these two spirals coaxially with each other, for example, by "screwing" one to another. This design allows you to get as if a single spiral unit in space, which will allow for the separation of the incoming flow of the heated medium into two channels, which will simultaneously ensure optimal heating of the medium (due to the accumulation of heat flow) and reduce hydraulic resistance.
Также было установлено, что зазоры между витками в каждой спирали должны быть одинаковыми и при этом находиться в диапазоне 1,3-3,0 от диаметра трубы спирали (например, если диаметр трубы спирали 34 мм, то зазоры между витками спирали могут находиться в диапазоне 44,2 мм - 102 мм), только в этом случае обеспечивается возможность параллельного соосного размещения спиралей со смещением на один виток, например, путем вкручивания одной спирали в другую с образованием спирального узла. При величине зазоров менее 1,3 от диаметра трубы спирали такое вкручивание будет невозможно. А в случае величины зазоров между витками более 3 диаметра трубы спирали усложняется конструкция и снижается эффективность нагрева.It was also found that the gaps between the turns in each spiral should be the same and at the same time be in the range 1.3-3.0 of the diameter of the spiral pipe (for example, if the diameter of the spiral pipe is 34 mm, then the gaps between the turns of the spiral can be in the range 44.2 mm - 102 mm), only in this case the possibility of parallel coaxial placement of the spirals with an offset of one turn is provided, for example, by screwing one spiral into another with the formation of a spiral node. With gaps less than 1.3 of the diameter of the spiral pipe, such a screwing will not be possible. And in the case of the gap between the coils of more than 3 diameters of the spiral pipe, the design becomes more complicated and the heating efficiency decreases.
Например, при вкручивании одной спирали в другую при указанных заявленных характеристиках спиралей, витки второй спирали размещаются в зазорах витков первой спирали, и наоборот. Причем со смещением на один виток по отношению друг к другу. Благодаря чему и обеспечивается создание спирального узла из змеевиков, который имеет по два входа и по два выхода (это свободные концы змеевиков с одной и другой стороны). Два входа (два конца змеевика с одной стороны) соединены с коллектором ввода нагреваемой среды. А с другой стороны два выхода змеевика соединены также с коллектором, но с коллектором вывода среды. Причем указанные коллекторы ввода и вывода выполнены однотипными в виде детали-тройника, внутри которой выполнены три канала, два из которых подключены к соответствующим свободным концам змеевиков с одной или с другой стороны, а третий канал, соединенный с указанными двумя, является, по существу, камерой смешения и соединен с патрубком ввода или патрубком вывода нагреваемой среды соответственно. Благодаря использованию коллекторов такой конструкции в заявляемом нагревателе происходит равномерное распределение среды в два канала коллектора, что позволит снизить гидравлическое сопротивление потока, а значит обеспечить лишь минимальные потери давления на выходе.For example, when screwing one spiral into another with the stated declared characteristics of the spirals, the turns of the second spiral are placed in the gaps of the turns of the first spiral, and vice versa. Moreover, with a shift of one revolution in relation to each other. Thanks to this, the creation of a spiral assembly of coils is provided, which has two entrances and two exits (these are the free ends of the coils on one and the other side). Two inputs (two ends of the coil on one side) are connected to the collector of the input of the heated medium. And on the other hand, two coil outputs are also connected to the collector, but to the medium output collector. Moreover, these input and output collectors are made of the same type in the form of a tee part, inside of which there are three channels, two of which are connected to the corresponding free ends of the coils on one or the other side, and the third channel connected to the two is essentially mixing chamber and connected to the input pipe or pipe output of the heated medium, respectively. Due to the use of collectors of this design in the inventive heater there is a uniform distribution of the medium in two channels of the collector, which will reduce the hydraulic resistance of the flow, and therefore ensure only minimal pressure loss at the outlet.
Благодаря тому, что нагреватель содержит автономные от спирального узла электронагревательные элементы, например, выполненные в виде U-образных или в виде стержнеобразных ТЭНов, или ТЭНов патронного типа, которые размещены соосно спиралям змеевиков, будет исключен контакт потока среды с токопроводящими элементами, что обеспечит безопасность работы нагревателя и позволит производить нагрев различных видов сред, в т.ч. и легковоспламеняющихся, агрессивных, подаваемых при высоком давлении, без создания аварийной ситуации. Тем более ряд нормативных документов (например, в области газоперекачки и газопереработки) полностью запрещает прямой нагрев взрывоопасных сред, подаваемых под высоким давлением. В промышленности ТЭНы в основном применяются в условиях атмосферного, либо незначительного давления (калориферы, канальные воздухоподогреватели в вентиляции). В случае необходимости применения нагревателей в условиях высоких давлений, возникает необходимость изготовления нестандартных нагревателей (или блоков ТЭНов), имеющих конструктивные элементы для крепления и уплотнения, а также исключающие прямой нагрев. А предлагаемая конструкция нагревателя позволяет использовать традиционные, серийные ТЭНы.Due to the fact that the heater contains electric heating elements that are independent of the spiral assembly, for example, made in the form of U-shaped or in the form of rod-shaped heating elements or cartridge-type heating elements, which are arranged coaxially with the coils of the coils, the medium flow will not come into contact with conductive elements, which will ensure safety the operation of the heater and will allow heating of various types of media, including and flammable, aggressive, supplied at high pressure, without creating an emergency. Moreover, a number of regulatory documents (for example, in the field of gas pumping and gas processing) completely prohibits direct heating of explosive atmospheres supplied under high pressure. In industry, heating elements are mainly used in atmospheric or low pressure conditions (heaters, duct air heaters in ventilation). If it is necessary to use heaters at high pressures, there is a need to manufacture non-standard heaters (or blocks of heating elements) having structural elements for fastening and sealing, as well as excluding direct heating. And the proposed heater design allows the use of traditional, serial heating elements.
Размещение электронагревательных элементов в предлагаемом нагревателе таким образом (соосно) в указанном спиральном узле из змеевиков позволяет выбрать оптимальный эффективный нагрев (если надо нагрев среды произвести сильнее, то электронагревательные элементы можно установить соосно поближе к виткам спирали, если менее сильно, то подальше, также это можно использовать и при учете различной природы нагреваемой среды).Placing the electric heating elements in the proposed heater in this way (coaxially) in the indicated spiral unit from the coils allows you to choose the optimal effective heating (if you need to heat the medium stronger, then the electric heating elements can be installed coaxially closer to the coils of the spiral, if less strongly, then away, also can be used when taking into account the different nature of the heated medium).
Кстати, немаловажную роль в эффективной работоспособности подогревателя при различных режимах расхода подаваемой среды и температуры нагрева играет тот факт, что свободные зазоры полости корпуса заполнены высокотеплопроводным материалом - алюминием, причем полностью или частично, например, только в зоне полости корпуса, где находятся спирали змеевиков и электронагревательные элементы (в последнем случае это еще имеет и дополнительный результат в виде экономии алюминия, т.к. в этом случае средняя часть полости корпуса нагревателя не заполняется алюминием, но без снижения при этом эффективности нагрева, т.к. все равно спирали и электронагревательные элементы будут находиться в зоне, заполненной алюминием). Благодаря этому конструкторскому приему эффективность нагрева будет, во-первых, оптимально высокой; во-вторых, будет обеспечена равномерная теплопередача от него спиралям змеевиков и соответственно нагреваемой среде.By the way, the fact that the free gaps of the housing cavity are filled with highly heat-conducting material - aluminum plays an important role in the efficient operation of the heater under various modes of flow rate of the supplied medium and the heating temperature, moreover, in whole or in part, for example, only in the area of the housing cavity where the coil coils and electric heating elements (in the latter case, this also has an additional result in the form of saving aluminum, because in this case the middle part of the cavity of the heater body is not filled with aluminum, but without reducing the heating efficiency, because all the same, spirals and electric heating elements will be in the zone filled with aluminum). Thanks to this design technique, the heating efficiency will be, firstly, optimally high; secondly, uniform heat transfer from it to coil coils and correspondingly heated medium will be ensured.
Снабжение концов электронагревательных элементов токовводами обеспечивает подключение этих элементов к источнику питания. Такое подключение может быть выполнено, например, через вводную клеммную коробку, которой может быть обеспечен один из торцев корпуса. Эта вводная клеммная коробка может быть выполнена, например, во взрывозащищенном исполнении.The supply of the ends of the electric heating elements with current leads provides the connection of these elements to a power source. Such a connection can be made, for example, through an input terminal box, which can be provided with one of the ends of the housing. This input terminal box can be made, for example, in explosion-proof design.
Также в преимущественном варианте предлагаемый подогреватель может дополнительно содержать датчик температуры, размещенный в установочном стакане, часть которого находится в полости корпуса в алюминии, а вторая часть имеет внешний выход. Это позволяет обеспечить контроль за нагревом.Also, in an advantageous embodiment, the proposed heater may further comprise a temperature sensor located in the installation cup, part of which is located in the body cavity in aluminum, and the second part has an external outlet. This allows you to control the heating.
Вышеуказанный технический результат, по сути, состоит из трех частей. Но при этом следует подчеркнуть, что указанные части неразрывно связаны между собой технически причинно-следственной связью, а именно:The above technical result, in fact, consists of three parts. But it should be emphasized that these parts are inextricably linked by a technical causal relationship, namely:
- повышение безопасности за счет исключения прямого контакта нагреваемой среды с электронагревательными элементами является необходимым, т.к. в этом случае можно работать с любыми видами среды, даже с агрессивными и под высоким давлением, и такая работа не будет приводить к снижению эффективности нагрева или к невозможности функционирования нагревателя;- improving safety by eliminating direct contact of the heated medium with electric heating elements is necessary, because in this case, you can work with any kind of medium, even with aggressive ones and under high pressure, and such work will not lead to a decrease in the heating efficiency or to the impossibility of the heater functioning;
- но сама по себе указанная безопасность создает проблему обеспечения эффективности нагрева указанной среды, т.к. электронагревательные элементы для целей безопасности должны будут находиться в предлагаемом нагревателе автономно (т.е. за пределами) спирального узла, по которому протекает среда. Однако предлагаемые в заявляемом нагревателе конструктивные приемы позволяют совместить и безопасность и эффективный нагрев;- but in itself the specified safety creates the problem of ensuring the efficiency of heating of the specified environment, because For safety purposes, the electric heating elements will have to be located in the proposed heater autonomously (i.e., outside) of the spiral assembly through which the medium flows. However, the design techniques proposed in the inventive heater allow combining both safety and efficient heating;
- но одновременно с безопасностью и с оптимальным нагревом необходимо обеспечить минимальные потери давления в нагревателе при нагреве за счет снижения гидравлического сопротивления в спиральном узле. Это достигается за счет разделения потока поступающей среды на две части, но при этом эти две части (два спиральных змеевика) обеспечивают увеличение площади теплообмена, т.е. работают на эффективность нагрева.- but at the same time as safety and with optimal heating, it is necessary to ensure minimal pressure loss in the heater during heating by reducing the hydraulic resistance in the spiral unit. This is achieved by dividing the flow of the incoming medium into two parts, but at the same time these two parts (two spiral coils) provide an increase in the heat transfer area, i.e. work on heating efficiency.
А вместе с этим снижение гидравлического сопротивления еще дополнительно будет положительно сказываться и на целостности конструкции при различных расходах подачи среды, т.е. на надежности работы нагревателя.At the same time, a decrease in hydraulic resistance will additionally have a positive effect on structural integrity at various flow rates of the medium, i.e. on the reliability of the heater.
Вот почему безопасность работы предлагаемого нагревателя с различными видами среды и одновременное достижение высокой эффективности нагрева потока такой среды, с обеспечением при этом минимальных потерь давления среды в самом нагревателе, являются взаимообусловленными, функционально связанными между собой причинно-следственной связью частями, которые совместно и образуют общий технический результат заявленного изобретения.That is why the safety of the proposed heater with various types of medium and the simultaneous achievement of high efficiency of heating the flow of such a medium, while ensuring minimal pressure loss of the medium in the heater itself, are interdependent, functionally related causal parts that together form a common technical result of the claimed invention.
Указанный общий технический результат достигается только всей совокупностью конструктивных признаков, изложенной в формуле изобретения.The specified overall technical result is achieved only by the totality of design features set forth in the claims.
Кроме того, следует подчеркнуть, что указанная совокупность признаков в формуле находится в функционально-конструктивном единстве для предлагаемого технического решения и исключение хотя бы одного из них нарушит это единство:In addition, it should be emphasized that the specified set of features in the formula is in a functional and constructive unity for the proposed technical solution and the exclusion of at least one of them will violate this unity:
- во-первых, представляет собой единую конструкцию, конструктивные элементы которой соединены, сочленены между собой сборочными операциями, и в соединении обеспечивают реализацию нагревателем общего функционального назначения;- firstly, it is a single structure, the structural elements of which are connected, interconnected by assembly operations, and in the connection they ensure that the heater is used for general functional purposes;
- во вторых, исключение хотя бы одного признака не обеспечит достижение поставленного технического результата;- secondly, the exclusion of at least one feature will not ensure the achievement of the technical result;
- а в-третьих, не обеспечит реализацию назначения, т.е. может привести к несоответствию критерию «промышленная применимость».- and thirdly, it will not ensure the implementation of the appointment, i.e. may lead to non-compliance with the criterion of “industrial applicability”.
Таким образом, предлагаемое изобретение характеризуется совокупностью взаимообусловленных признаков, которые все участвуют в обеспечении достижения технического результата, т.к. этот результат проявляется только при использовании этого технического решения в целом.Thus, the present invention is characterized by a set of interdependent features that are all involved in ensuring the achievement of a technical result, because this result is manifested only when using this technical solution as a whole.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид заявляемого нагревателя; на фиг. 2 - схема внутренних конструктивных элементов предлагаемого нагревателя; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2 и выноска А - общий вид электронагревательных элементов; выноска Б - общий вид спирального узла из трубчатых змеевиков из двух спиралей; на фиг. 4 - коллектор ввода/вывода среды.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the inventive heater; in FIG. 2 is a diagram of the internal structural elements of the proposed heater; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2 and callout A is a general view of the electric heating elements; leader B - a general view of a spiral assembly of tubular coils of two spirals; in FIG. 4 - collector input / output medium.
Заявляемый электрический нагреватель газообразной или жидкой среды содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями для нагреваемой среды. Внешняя поверхность корпуса 1 снабжена теплоизоляционным материалом 24, например минеральным утеплителем: базальтовым или другими, который может быть выполнен, например, толщиной 50 мм и закрыт защитным кожухом 21. Кожух может быть выполнен из листового материала и служить для механической защиты и защиты от атмосферного воздействия.The inventive electric heater of a gaseous or liquid medium comprises a
Внутри корпуса размещен концентрично с зазором к его стенкам спиральный узел в виде двух спиралей 4 и 5, вытянутых вдоль корпуса 1 и предназначенных для пропускания через них потока нагреваемой среды и образующих два спиральных трубчатых змеевика 6, соединенных параллельно друг с другом, например, посредством вкручивания (ввинчивания, вворачивания) одной спирали змеевика в другую. Учитывая, что спирали 4 и 5 змеевиков выполнены с одинаковым радиусом гиба и с одинаковыми зазорами 22 между витками 23, размеры которых составляют величину 1,3…3,0 от диаметра трубы спирали, просто так вставить одну спираль в другую параллельно проблематично. А вот, например, вкрутить одну в другую по спиральным виткам возможно.A spiral assembly is arranged concentrically with a gap to its walls in the form of two
Нагреватель также содержит электронагревательные элементы 7, соосно размещенные в указанном узле 6 из змеевиков, концы которых снабжены токовводами 8. Электронагревательные элементы 7 размещены соосно в указанном спиральном узле. В качестве указанных электронагревательных элементов 7 могут быть использованы, например, традиционные U-образные или стержнеобразные ТЭНы, или электронагреватели патронного типа. Токовводы 8 электронагревательных элементов 7 могут быть подключены к вводной клеммной коробке 20, которой может быть снабжен один из торцев корпуса 1.The heater also contains
Свободные концы 9 и 10 спиралей 4 и 5 змеевиков соответственно соединены с одной стороны спирального узла 6 с коллектором 11 ввода среды, а с другой стороны - с коллектором 12 вывода среды. Причем указанные коллекторы 11 и 12 ввода и вывода соответственно выполнены однотипными в виде детали-тройника, внутри которой выполнены три канала, два из которых 13 и 14 подключены к соответствующим свободным концам 9 и 10 соответственно спиралей змеевиков с одной или с другой стороны, а третий канал 15, соединенный с указанными двумя каналами 13 и 14, является по сути камерой смешения (соединение двух потоков из двух спиральных змеевиков) и соединен с патрубком 16 ввода или патрубком 17 вывода нагреваемой среды соответственно.The free ends 9 and 10 of the
При этом свободные зазоры полости корпуса 1 заполнены (залиты) высокотеплопроводным материалом - алюминием 18 полностью (как показано на фиг. 1) или заполнены частично, только в зоне полости корпуса, где находятся спирали змеевиков и электронагревательные элементы (для экономии алюминия, но без ухудшения эффективности теплопередачи). Благодаря этому предлагаемый подогреватель будет обладать высокой тепловой инерцией, вследствие чего, будучи нагретым, он не подвержен небольшим изменениям температуры. В результате, будет обеспечено поддержание стабильной требуемой температуры, а значит нагрев будет эффективным.In this case, the free gaps in the cavity of the
Нагреватель дополнительно содержит датчик 19 температуры, необходимый для контроля температуры нагрева и размещенный в установочном стакане, часть которого находится в полости корпуса в алюминии, а вторая часть имеет внешний выход.The heater further comprises a
Работает предлагаемый электрический нагреватель следующим образом.The proposed electric heater operates as follows.
От источника питания (на чертеже не показан) подают напряжение на вводную клеммную коробку 20 и соответственно на токовводы 8 электронагревательных элементов 7. Происходит выделение тепла с последних, которое передаются через алюминий 18, залитый в корпус 1, стенкам спиралей змеевиков и далее - нагреваемой среде, протекающей по этим спиральным каналам, нагревая ее. Через патрубок 16 поток среды поступает в канал 15 коллектора 11, далее он разделяется на два потока и по каналам 13 и 14 поступает внутрь спиралей 4 и 5 соответственно. При прохождении по указанным спиралям среда нагревается от теплопередачи алюминия 18 виткам спирали, что обеспечит равномерность и эффективность нагрева. Поток среды, дойдя до свободных концов 10 спиралей 4 и 5, поступает в коллектор 12 вывода среды через каналы 13 и 14 соответственно и далее в канал 15 коллектора вывода - камеру их смешения и в патрубок 17 вывода среды в трубопровод.Voltage is supplied from the power source (not shown in the drawing) to the
Был изготовлен опытный образец предлагаемого нагревателя для газа со следующими характеристиками:A prototype of the proposed gas heater was made with the following characteristics:
- расход газа 0…5400 кг/ч;- gas flow rate 0 ... 5400 kg / h;
- рабочее давление газа 4,5…7,5 МПа;- working gas pressure 4.5 ... 7.5 MPa;
- нагреваемая среда - природный газ по ГОСТ 5542-87;- heated medium - natural gas according to GOST 5542-87;
- прирост температуры газа 30°C (при расходе газа 2000 н.м3/ч).- an increase in gas temperature of 30 ° C (at a gas flow rate of 2000 nm 3 / h).
Нагреваемый газ представлял собой природный газ (метан) и подавался под давлением 6 МПа. После нагрева этого потока газа в предлагаемом нагревателе на выходе была зафиксирована потеря давления всего лишь на 0,082 МПа.The heated gas was natural gas (methane) and was supplied under a pressure of 6 MPa. After heating this gas stream in the proposed heater, a pressure loss of only 0.082 MPa was recorded at the outlet.
Однако следует пояснить, что величина потери давления может быть различной в заявляемой конструкции электрического нагревателя и зависеть от давления и от расхода нагреваемой среды.However, it should be clarified that the pressure loss may be different in the claimed design of the electric heater and depend on the pressure and flow rate of the heated medium.
Таким образом, предлагаемый нагреватель газовых и жидких сред имеет следующие преимущества перед известными:Thus, the proposed gas and liquid media heater has the following advantages over the known:
- обеспечивает безопасность эксплуатации за счет исключения прямого контакта потока среды с поверхностью электронагревательного элемента, что позволяет производить нагрев даже агрессивных и подаваемых под высоким давлением сред;- ensures operational safety by eliminating direct contact of the medium flow with the surface of the electric heating element, which makes it possible to heat even aggressive media supplied under high pressure;
- обеспечивает при такой безопасности высокую эффективность нагрева потока при различных расходах закачиваемой среды;- provides with such safety a high efficiency of heating the stream at various flow rates of the injected medium;
- позволяет наряду с безопасностью и оптимальным нагревом минимизировать потери давления потока среды в нагревателе и свести их к минимальной величине за счет снижения гидравлического сопротивления (например, в прототипе этого не происходит, т.к. спирали соединены последовательно);- along with safety and optimal heating, it allows minimizing pressure losses of the medium flow in the heater and minimizing them by reducing the hydraulic resistance (for example, this does not happen in the prototype, because the spirals are connected in series);
- позволяет обеспечить целостность конструкции даже при высоких давлениях прокачки среды за счет присутствия в подогревателе спирального узла в виде двух спиральных змеевиков, в которых поток газа разделяется и снижает тем самым гидравлическое сопротивление на стенки спирали.- allows you to ensure structural integrity even at high pumping pressures of the medium due to the presence in the heater of a spiral unit in the form of two spiral coils in which the gas flow is separated and thereby reduces hydraulic resistance to the walls of the spiral.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015147920A RU2611429C1 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Gas and liquid mediums electric heater |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015147920A RU2611429C1 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Gas and liquid mediums electric heater |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2611429C1 true RU2611429C1 (en) | 2017-02-22 |
Family
ID=58458994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015147920A RU2611429C1 (en) | 2015-11-06 | 2015-11-06 | Gas and liquid mediums electric heater |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2611429C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181307U1 (en) * | 2018-04-07 | 2018-07-10 | Андрей Борисович Осадчук | Explosion-proof solar module |
| RU200349U1 (en) * | 2020-07-16 | 2020-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Атлант-Проджект" | ELECTRIC HEATER FOR GAS AND LIQUID MEDIA |
| RU2776970C1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-07-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Electric heater for petroleum borehole mud |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU849555A1 (en) * | 1979-10-08 | 1981-07-23 | Предприятие П/Я В-2679 | Electric heater of fluidic media |
| RU35495U1 (en) * | 2003-08-28 | 2004-01-10 | ОАО "Инвестиционная компания социальной защиты и развития малочисленных народов Севера "Титул" | Electric gas heater |
| WO2004053400A1 (en) * | 2002-12-11 | 2004-06-24 | Thomas Johnston | Method device for heating fluids |
| WO2007039681A1 (en) * | 2005-10-05 | 2007-04-12 | Seb Sa | Fluid-heating device comprising a thermal fuse |
-
2015
- 2015-11-06 RU RU2015147920A patent/RU2611429C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU849555A1 (en) * | 1979-10-08 | 1981-07-23 | Предприятие П/Я В-2679 | Electric heater of fluidic media |
| WO2004053400A1 (en) * | 2002-12-11 | 2004-06-24 | Thomas Johnston | Method device for heating fluids |
| RU35495U1 (en) * | 2003-08-28 | 2004-01-10 | ОАО "Инвестиционная компания социальной защиты и развития малочисленных народов Севера "Титул" | Electric gas heater |
| WO2007039681A1 (en) * | 2005-10-05 | 2007-04-12 | Seb Sa | Fluid-heating device comprising a thermal fuse |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU181307U1 (en) * | 2018-04-07 | 2018-07-10 | Андрей Борисович Осадчук | Explosion-proof solar module |
| RU200349U1 (en) * | 2020-07-16 | 2020-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Атлант-Проджект" | ELECTRIC HEATER FOR GAS AND LIQUID MEDIA |
| RU2776970C1 (en) * | 2021-04-13 | 2022-07-29 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Electric heater for petroleum borehole mud |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102822607B (en) | Comprise the hot fluid production device of condensing heat exchanger | |
| CN106369819B (en) | A kind of casing tube type gas electric heater unit | |
| WO2016065970A1 (en) | Steam generator | |
| WO2016094817A1 (en) | Tubeless heat exchanger for a fluid heating system and methods of manufacture thereof | |
| EP2828587B1 (en) | Dual purpose heat exchanger | |
| US6749014B2 (en) | External flue heat exchangers | |
| RU2611429C1 (en) | Gas and liquid mediums electric heater | |
| CN203364399U (en) | Combustor and heat exchanger with same | |
| GB2510794A (en) | Heat recovery systems | |
| EP1957883A1 (en) | Improved heat exchanger | |
| US9074819B2 (en) | High velocity fluid flow electric heater | |
| CN110024481A (en) | Electromagnetic induction heater | |
| RU147858U1 (en) | ELECTRIC FLOW COMPRESSED AIR HEATER | |
| CN101813372B (en) | Pressure-bearing high-temperature air electric heater | |
| RU2400944C1 (en) | Vortex induction heater and heating device for premises | |
| RU195116U1 (en) | Instantaneous electric heater | |
| RU178987U1 (en) | Waste Water Heat Recovery System | |
| KR20050118634A (en) | Screw instant heating system | |
| CN203785228U (en) | Cylinder type heater | |
| RU180381U1 (en) | DEVICE FOR INDUCTION HEATING | |
| RU170959U1 (en) | Heater | |
| KR100629572B1 (en) | Apparatus having the dual healing wire for heating the gas | |
| RU2406916C1 (en) | Device for field pipelines flameless heating | |
| RU82813U1 (en) | ELECTRIC GAS HEATER | |
| CN106813375A (en) | Water heater and the pipeline electric heater unit for water heater |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20180201 |