RU2704576C1 - Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов - Google Patents
Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2704576C1 RU2704576C1 RU2019106344A RU2019106344A RU2704576C1 RU 2704576 C1 RU2704576 C1 RU 2704576C1 RU 2019106344 A RU2019106344 A RU 2019106344A RU 2019106344 A RU2019106344 A RU 2019106344A RU 2704576 C1 RU2704576 C1 RU 2704576C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- tube sheet
- pipe
- tube
- plate
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов, представляющая собой патрубок, который вставляется в теплообменные трубы с зазором и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, причем, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка имеются выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. Патрубок может быть выполнен из тонкого упругого листового материала и иметь продольный разрез, что обеспечивает удержание патрубка в теплообменных трубах за счет сил упругости. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, могут иметься надрезы и отогнутые части, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Устройство теплозащиты включает теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке, который установлен на трубной решетке и удерживается теплозащитными вставками. Техническим результатом является обеспечение эффективной теплозащиты трубных решеток теплообменных аппаратов с помощью теплозащитных вставок, имеющих простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобных при монтаже и демонтаже. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Широко распространены теплообменные аппараты, в которых имеются теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках. Существуют вставки для теплообменных аппаратов, составной частью которых является цилиндрический патрубок, который вставляется в теплообменные трубы, например, распределительные устройства для пленочных испарителей (Патент РФ №2178324, Пленочный выпарной аппарат, Опубл. 20.01.2002, бюл. №22).
Узел крепления труб к трубным решеткам является слабым местом теплообменных аппаратов. Основными способами крепления труб к трубным решеткам являются развальцовка, сварка и развальцовка с обваркой. Вследствие разных давлений теплоносителей, разного температурного удлинения теплообменных труб в трубном пучке и тепловой деформации трубной решетки в узле крепления возникают значительные нагрузки. Вследствие высокой теплопроводности металла градиенты температур и деформации трубной решетки в большинстве случаев малы, но при большой разности температур теплоносителей и высоком коэффициенте теплопередачи деформация трубной решетки и закрепленной части труб может существенно повлиять на прочность узла крепления. При нагреве до высокой температуры снижаются прочностные характеристики материала трубной решетки и теплообменных труб. Вследствие неоднократного включения и выключения теплообменника в работу и вследствие колебаний режима работы нагрузки имеют циклический характер и возникают усталостные явления. В случае разрушения или разгерметизации узла крепления труб к трубным решеткам, как правило, требуется немедленная остановка теплообменника, что может принести значительный экономический ущерб, вследствие нарушения режима работы или аварийной остановки технологических установок. Для защиты трубных решеток и узлов крепления труб используют теплозащиту в виде защитных покрытий, футеровок, вставок из материалов с низкой теплопроводностью. Однако, эти средства теплозащиты сравнительно дороги, требуют дополнительных затрат на ремонт самой теплозащиты, затрудняют чистку теплообменных труб, ремонт и обслуживание теплообменника. По этим причинам теплозащита используется сравнительно редко и в основном в случаях, когда она «совершенно необходима». Существуют также вставки для теплообменных труб различного назначения, составной частью которых является цилиндрический патрубок, который вставляется в теплообменные трубы, например, распределительные устройства для пленочных испарителей. Однако такие вставки не предназначены для теплозащиты узлов теплообменника.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для защиты передней трубной доски кожухотрубных теплообменников, в котором на некотором расстоянии от трубной доски расположен плоский экран с вваренными в него трубками, входящими с небольшим зазором в трубки теплообменника. Для компенсации температурных деформаций плоский экран выполнен из отдельных пластин, соединяемых замком. Для снижения утечки газа в кольцевой зазор между трубками и стенками теплообменных труб вставляются шайбы или секторные диафрагмы (А.с. СССР №131361, Устройство для защиты передней трубной доски кожухотрубных теплообменников, Опубл. 17.11.1966, бюл. №23).
Такое устройство предназначено для защиты трубной решетки (трубной доски) при температуре охлаждаемого газа превышающей 800°С. Между защитным экраном и трубной решеткой предполагается подача охлаждающего воздуха. Таким образом, защитный экран исключает контакт горячего газа с трубной решеткой и значительно снижает передачу тепла за счет излучения. Конструкция является достаточно сложной при изготовлении и монтаже, и применима только для охлаждения горячего газа при отсутствии перепада давления между газом и охлаждающим воздухом и допустимости утечек воздуха в газ или газа в воздух. Шайба и трубка, входящая в трубки теплообменника значительно уменьшают площадь входного сечения и создают дополнительное гидравлическое сопротивление.
Задачей изобретения является обеспечение эффективной теплозащиты трубных решеток теплообменных аппаратов с помощью теплозащитных вставок, имеющих простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобных при монтаже и демонтаже.
Технический результат достигается тем, что в известной теплозащитной вставке для теплообменных аппаратов, представляющей собой патрубок, который вставлен в теплообменные трубы с зазором, и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, согласно изобретению, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка расположены выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. Патрубок выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, выполнены надрезы и отогнутые части стенки патрубка, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Кроме того теплозащитные вставки используются в устройстве теплозащиты трубной решетки теплообменника, в котором, на трубной решетке установлен теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке.
Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов представляет собой патрубок, который вставляется в теплообменные трубы с зазором, и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке. Причем, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка имеются выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. В узле крепления трубы к трубной решетке небольшая часть теплообменной трубы выступает за пределы трубной решетки, а в случае обварки, за пределы трубной решетки выступает и сварной шов. То, что пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями, позволяет отделить часть пространства вблизи узла крепления трубы к трубной решетке, то есть образуется зазор между поверхностью шайбы и поверхностью узла крепления. Зазор имеется также между патрубком и поверхностью теплообменной трубы. Эти зазоры сообщаются между собой и с пространством рабочей камеры теплообменника. При работе теплообменника горячий теплоноситель поступает и в зазоры между стенками теплозащитной вставки и поверхностями узла крепления трубы к трубной решетке, но движение теплоносителя в узком зазоре затруднено, и его можно считать практически неподвижным. Теплопередача от горячего теплоносителя к поверхностям узла крепления трубы к трубной решетке зависит от коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к поверхности теплозащитной вставки, коэффициента теплоотдачи от поверхности теплозащитной вставки к теплоносителю в зазоре, теплопроводности теплоносителя в зазоре и коэффициента теплоотдачи от теплоносителя в зазоре к поверхностям узла крепления трубы к трубной решетке. Учитывая, что для неподвижного теплоносителя коэффициенты теплоотдачи и коэффициент теплопередачи очень низкие, общий коэффициент теплопередачи снижается в несколько раз, а в некоторых случаях в несколько десятков раз. Пластины в виде шайб перекрывают большую часть поверхности трубной решетки. Для повышения эффективности теплозащиты шайбы могут быть выполнены в виде правильных шестиугольников для теплообменников с расположением теплообменных труб по вершинам треугольников или в виде квадратов для теплообменников с расположением труб по вершинам квадратов. Таким образом, теплозащитные вставки обеспечивают эффективную теплозащиту трубной решетки и узлов крепления труб к трубной решетке, позволяют снизить температуру трубной решетки и градиенты температуры в трубной решетке. Снижение температуры повышает прочностные характеристики металла, а снижение градиентов температуры уменьшает температурные деформации трубной решетки и закрепленной части теплообменных труб, что обеспечивает повышение надежности узлов крепления труб к трубной решетке. Теплозащитные вставки жесткой конструкции могут удерживаться в теплообменных трубах за счет собственного веса или за счет соединения с натягом. При отсутствии соединения с натягом теплозащитные вставки могут просто выпасть, например, в горизонтальном аппарате, а при соединении с натягом требуются усилия при монтаже и демонтаже, что требует дополнительных затрат и повышает требования к прочности самих вставок. Для обеспечения соединения с натягом требуется высокая точность изготовления патрубков. Использование дополнительных удерживающих устройств усложняет конструкцию и требует дополнительных затрат. То, что патрубок выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез, позволяет удерживать патрубки в трубах за счет сил упругости. Патрубок с продольным разрезом имеет диаметр немного больший, чем внутренний диаметр теплообменной трубы. При монтаже патрубок сжимают и вставляют в теплообменную трубу, он распрямляется и надежно удерживается в трубе. Выступы на наружной поверхности патрубка упираются в стенки теплообменной трубы, и создается узкий кольцевой зазор между стенкой патрубка и стенкой теплообменной трубы. Для обеспечения возможности сжатия патрубка пластина в виде шайбы может быть прикреплена к патрубку свободно. Патрубок может иметь часть, выступающую за пределы трубной решетки. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, могут быть выполнены надрезы и отогнутые части стенки патрубка, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Если, например, надрез выполнен вдоль патрубка, а в конце надреза имеется надрез в кольцевом направлении, а затем часть стенки патрубка отогнута наружу, то отогнутая часть стенки патрубка препятствует перемещению шайбы вдоль патрубка. В стенке патрубка образуется щель, через которую поступает часть теплоносителя. Вход теплоносителя через щель происходит в тангенциальном направлении, что приводит к закручиванию потока, то есть выступающая за пределы трубной решетки часть патрубка может выполнять функции завихрителя. Выступающая за пределы трубной решетки часть патрубка позволяет облегчить работы по монтажу и демонтажу теплозащитных вставок. Выступающую часть легко захватить руками или инструментом, например, плоскогубцами, и повернуть вставку в нужное положение при монтаже или извлечь вставку при демонтаже. Для усиления теплозащиты на трубной решетке может быть установлен теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке. В этом случае теплозащитные вставки обеспечивают второй слой теплозащиты, удерживают теплозащитный экран и закрывают зазоры между краями отверстий в теплозащитном экране и стенками патрубков. Таким образом, теплозащитные вставки обеспечивают эффективную теплозащиту трубных решеток теплообменных аппаратов, имеют простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобны при монтаже и демонтаже.
На фиг. 1 изображена теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов. На фиг. 2 изображена теплозащитная вставка, на патрубке которой имеется продольный разрез, а на выступающей части патрубка выполнены надрезы и отогнутые части, образующие завихритель. На фиг. 3 изображен вид такой вставки со стороны трубной решетки. На фиг. 4 изображено устройство теплозащиты, включающее теплозащитные вставки и теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке.
В трубной решетке 1 закреплена теплообменная труба 2. В теплообменную трубу 2 вставлена теплозащитная вставка, состоящая из патрубка 3 с выступами 4 на наружной поверхности и шайбы 5 с отогнутыми в сторону трубной решетки 1 краями. Шайба 5 прикреплена к патрубку 3, например, с помощью сварки. Патрубок 3 может быть выполнен из тонкого упругого листового материала и иметь продольный разрез 6. На фиг. 3 показано, что щель, которая образуется в стенке патрубка 3 из-за продольного разреза 6, закрывается за счет небольшого отгиба на одной из частей патрубка 3 в разрезе 6. На части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1 могут быть выполнены надрезы 7 и отогнутые части стенки патрубка 8, которые удерживают шайбу 3 и одновременно играют роль завихрителя. Прикреплять шайбу 5 к патрубку 3 в этом случае не обязательно. На трубной решетке 1 может быть установлен теплозащитный экран 9 в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке. За счет выступов 4 на наружной стенке патрубка 3 образуется узкий кольцевой зазор между стенкой патрубка 3 и стенкой теплообменной трубы 2. Шайба 5 с отогнутыми в сторону трубной решетки 1 краями закрывает область крепления теплообменной трубы 2 к трубной решетке 1 и образуется зазор между поверхностью шайбы 5 и трубной решетки 1. Зазоры между поверхностями теплозащитной вставки и поверхностями теплообменника сообщаются между собой и с трубным пространством теплообменника. При работе теплообменника зазоры заполняются теплоносителем, но движение теплоносителя в узком зазоре затруднено. Коэффициент теплопередачи через слой малоподвижного теплоносителя низкий. Шайбы 5 закрывают большую часть поверхности трубной решетки. Таким образом, теплозащитные вставки снижают подвод тепла к трубной решетке 1 в несколько раз и позволяют снизить температуру трубной решетки и градиенты температуры в трубной решетке 1. Снижение температуры повышает прочностные характеристики металла, а снижение градиентов температуры уменьшает температурные деформации трубной решетки 1 и закрепленной части теплообменных труб 2, что обеспечивает повышение надежности узла крепления труб к трубной решетке. То, что патрубок 3 выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез 6, обеспечивает удержание патрубка 3 в теплообменной трубе 2 за счет силы упругости и позволяет легко монтировать и демонтировать теплозащитную вставку. То, что на части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1, выполнены надрезы 7 и отогнутые части стенки патрубка 8, не позволяет шайбе 5 смещаться вдоль патрубка 3, то есть обеспечивается прижатие шайбы 5 к трубной решетке 1. Отогнутые части стенки патрубка 8 и щели, образующиеся в стенках на части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1, обеспечивают тангенциальный вход части теплоносителя и закручивание потока, то есть выполняют роль завихрителя. Части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1, можно ухватить руками или инструментом, что облегчает монтаж и демонтаж теплозащитных вставок. Для усиления теплозащиты может использоваться устройство теплозащиты, включающее теплозащитные вставки и теплозащитный экран 9 в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке. В этом случае теплозащитные вставки обеспечивают второй слой теплозащиты, удерживают теплозащитный экран 9 и закрывают зазоры между краями отверстий в теплозащитном экране и стенками патрубков 3.
Claims (4)
1. Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов, представляющая собой патрубок, который вставлен в теплообменные трубы с зазором и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, отличающаяся тем, что для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка расположены выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями.
2. Теплозащитная вставка по п. 1, отличающаяся тем, что патрубок выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез.
3. Теплозащитная вставка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, выполнены надрезы и отогнутые части стенки патрубка, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя.
4. Устройство теплозащиты трубной решетки теплообменника, в котором используется изобретение по п. 1, отличающееся тем, что на трубной решетке установлен теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106344A RU2704576C1 (ru) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106344A RU2704576C1 (ru) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2704576C1 true RU2704576C1 (ru) | 2019-10-29 |
Family
ID=68500915
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106344A RU2704576C1 (ru) | 2019-03-05 | 2019-03-05 | Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2704576C1 (ru) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU131361A1 (ru) * | К. К. Боков, Л. Н. Прибора , П. С. Шагов | Устройство для защиты передней трубной доски кожухотрубных теплообменников | ||
US1403784A (en) * | 1920-07-21 | 1922-01-17 | Ingels James | Radiator |
US4317483A (en) * | 1977-09-13 | 1982-03-02 | Jean-Hughes Denis | Heat exchanger |
SU1068690A2 (ru) * | 1982-12-03 | 1984-01-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения | Способ креплени трубы в отверстии трубной решетки теплообменника |
SU1409849A1 (ru) * | 1986-12-30 | 1988-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Трансформаторостроения | Узел уплотнени трубы в отверстии стенки теплообменного аппарата |
US5538079A (en) * | 1994-02-16 | 1996-07-23 | Pawlick; Daniel R. | Heat exchanger with oblong grommetted tubes and locating plates |
RU174637U1 (ru) * | 2017-01-10 | 2017-10-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Устройство для обеспечения герметичности и ремонтопригодности трубных решеток испарителя-конденсатора вакуумно-выпарных установок |
-
2019
- 2019-03-05 RU RU2019106344A patent/RU2704576C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU131361A1 (ru) * | К. К. Боков, Л. Н. Прибора , П. С. Шагов | Устройство для защиты передней трубной доски кожухотрубных теплообменников | ||
US1403784A (en) * | 1920-07-21 | 1922-01-17 | Ingels James | Radiator |
US4317483A (en) * | 1977-09-13 | 1982-03-02 | Jean-Hughes Denis | Heat exchanger |
SU1068690A2 (ru) * | 1982-12-03 | 1984-01-23 | Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт компрессорного машиностроения | Способ креплени трубы в отверстии трубной решетки теплообменника |
SU1409849A1 (ru) * | 1986-12-30 | 1988-07-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Трансформаторостроения | Узел уплотнени трубы в отверстии стенки теплообменного аппарата |
US5538079A (en) * | 1994-02-16 | 1996-07-23 | Pawlick; Daniel R. | Heat exchanger with oblong grommetted tubes and locating plates |
RU174637U1 (ru) * | 2017-01-10 | 2017-10-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" | Устройство для обеспечения герметичности и ремонтопригодности трубных решеток испарителя-конденсатора вакуумно-выпарных установок |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10006719B2 (en) | Tube bundle heat exchanger having straight-tube configuration, process gas cooler, cooler for gas turbine cooling air, gas turbine or gas and steam turbine power plant, and method for the cooling of cooling air | |
US20170211895A1 (en) | Baffle assembly for a heat exchanger, heat exchanger including the baffle assembly, fluid heating system including the same, and methods of manufacture thereof | |
BR102016024429A2 (pt) | Heat exchanger | |
RU2704576C1 (ru) | Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов | |
WO2011115748A1 (en) | Slotted impingement plates for heat exchangers | |
CN101787929A (zh) | 可外部调节的冲击冷却歧管安装件和热电偶壳 | |
US20160290742A1 (en) | Heat exchanger | |
KR20110118508A (ko) | 익스팬션 조인트 | |
JP2013092260A (ja) | 廃熱ボイラ | |
JPS6161037B2 (ru) | ||
JP2010127246A (ja) | 排気ダクト | |
Dhere et al. | Computational analysis of triangular perforated fins in staggered arrangement | |
US20130299134A1 (en) | Thermal expansion joint and heat exchanger | |
JP6615985B2 (ja) | 高温配管の冷却装置 | |
JP2008002393A (ja) | 排気用整流格子および整流格子付き排気ダクト | |
JP6543452B2 (ja) | 熱交換器の伝熱管補修方法、ならびに伝熱管補修用の挿入管 | |
JP7130569B2 (ja) | 熱交換器及びボイラ並びに熱交換器の吸熱量調整方法 | |
US20200103174A1 (en) | Compliant heating system comprising a metallic expansion joint | |
JP2023163627A (ja) | 伸縮継手構造体及び伸縮継手のカバー部材 | |
CN215864747U (zh) | 一种冷却塔 | |
RU2309333C1 (ru) | Воздухоподогреватель | |
RU2766240C1 (ru) | Противобайпасное устройство для кожухотрубчатых теплообменников | |
CN209877418U (zh) | 一种防冲击压缩机冷却器 | |
CN215572385U (zh) | 一种换热器用换热波纹板 | |
WO2012154223A1 (en) | Joint with heat-shielding element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210306 |