RU2748169C1 - Tubular heater - Google Patents

Tubular heater Download PDF

Info

Publication number
RU2748169C1
RU2748169C1 RU2020128193A RU2020128193A RU2748169C1 RU 2748169 C1 RU2748169 C1 RU 2748169C1 RU 2020128193 A RU2020128193 A RU 2020128193A RU 2020128193 A RU2020128193 A RU 2020128193A RU 2748169 C1 RU2748169 C1 RU 2748169C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchange
exchange chamber
pipes
walls
product
Prior art date
Application number
RU2020128193A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Яковлевич Печенегов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
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 образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2020128193A priority Critical patent/RU2748169C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2748169C1 publication Critical patent/RU2748169C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B7/00Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body

Abstract

FIELD: heat engineering.
SUBSTANCE: invention relates to heat engineering and can be used in heating devices for fluids, namely in tubular heaters. A tubular heater consists of a heat exchange chamber, a burner device, a process coil, an internal process coil and tubular inlets and outlets of the process coils. The process coils are made of straight pipes and placed in the heat exchange chamber. The process coil is adjacent to the walls of the heat exchange chamber and the internal process coil is located symmetrically inside the process coil. The heat exchange chamber is made in the form of a rectangular parallelepiped with flat side, top, bottom, front and rear walls. The burner device is located on the front wall, to which the flue duct adjoins, the internal process coil is double-row and is placed with gaps relative to the front and rear walls of the heat exchange chamber, sheets of heat-resistant material are placed between the rows of pipes of the inner process coil, forming the walls of the gas channel.
EFFECT: simplified design, reduced metal consumption, increased efficiency and reliability of the tubular heater.
5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к нагревательным устройствам для текучих сред, а именно к трубчатым подогревателям, и может быть использовано в нефтяной, химической и других отраслях промышленности для термической обработки жидкостей, имеющих технологические и иные ограничения по максимальной температуре нагрева. В частности, трубчатый подогреватель может быть использован в технологиях деэмульсации и стабилизации нефтей на нефтепромыслах и для нагрева нефти при ее транспортировке по трубопроводам.The invention relates to heating devices for fluids, namely to tubular heaters, and can be used in the oil, chemical and other industries for thermal treatment of liquids that have technological and other restrictions on the maximum heating temperature. In particular, the tubular heater can be used in technologies for demulsification and stabilization of oils in oil fields and for heating oil during its transportation through pipelines.

Известны трубчатые подогреватели с промежуточным теплоносителем [1, 2], где источником теплоты служат продукты сгорания топлива. Данные трубчатые подогреватели обеспечивают нагрев нефти без отложений кокса на внутренней поверхности продуктовых труб. Недостатком их является большая металлоемкость, громоздкость и трудность управления процессом нагрева продукта из-за большой тепловой инерционности промежуточного теплоносителя - воды, заполняющего корпус подогревателя.Known tubular heaters with an intermediate heat carrier [1, 2], where the source of heat are the products of fuel combustion. These tubular heaters provide heating of oil without coke deposits on the inner surface of the product pipes. Their disadvantage is their high metal content, cumbersomeness and difficulty in controlling the process of heating the product due to the high thermal inertia of the intermediate heat carrier - water filling the heater body.

Известны трубчатые печи, в которых продукты сгорания топлива передают теплоту нагреваемому продукту при прямом контакте с поверхностью продуктовых труб, размещенных в радиантной и конвекционной камерах печи [3]. Данные печи конструктивно сложны и громоздки. Характерные для них неоднородность распределения плотности теплового потока по площади поверхности теплопередачи и высокие локальные значения температуры стенки продуктовых труб приводят к образованию коксовых отложений на стенках труб при нагреве сред, склонных к термическому разложению.Known tubular furnaces, in which the products of fuel combustion transfer heat to the heated product in direct contact with the surface of the product pipes placed in the radiant and convection chambers of the furnace [3]. These furnaces are structurally complex and bulky. Their characteristic inhomogeneity of the heat flux density distribution over the heat transfer surface area and high local values of the wall temperature of product pipes lead to the formation of coke deposits on the pipe walls when heating media prone to thermal decomposition.

Известен также блочный трубчатый подогреватель для нагрева нефтяных эмульсий с повышенной коррозионной активностью и склонностью к отложению солей и механических примесей [4]. Известный подогреватель состоит из нескольких блоков полного заводского изготовления и является транспортабельным. За счет внутренней циркуляции продуктов сгорания топлива в теплообменной камере и снижения при этом их максимальной температуры, скорость образования коксовых отложений в продуктовых трубах уменьшается. Недостатком является неравномерное распределение плотности теплового потока по площади поверхности теплопередачи, обусловленное наличием застойных зон греющих газов в угловых областях теплообменной камеры. Это приводит к низкой эффективности использования поверхности теплопередачи продуктового змеевика, большой металлоемкости и габаритам устройства.Also known is a block tubular heater for heating oil emulsions with increased corrosivity and a tendency to deposit salts and mechanical impurities [4]. The known heater consists of several prefabricated units and is transportable. Due to the internal circulation of fuel combustion products in the heat exchange chamber and a decrease in their maximum temperature at the same time, the rate of formation of coke deposits in the product pipes decreases. The disadvantage is the uneven distribution of the heat flux density over the heat transfer surface area, due to the presence of stagnant zones of heating gases in the corner regions of the heat exchange chamber. This leads to a low efficiency of using the heat transfer surface of the product coil, high metal content and dimensions of the device.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство для нагрева текучих сред, содержащее теплообменную камеру, горелочное устройство, выполненные из прямых труб и размещенные в теплообменной камере продуктовый змеевик, примыкающий к стенкам теплообменной камеры, и расположенный симметрично внутри него внутренний продуктовый змеевик, трубчатые подводы и отводы продуктовых змеевиков [5] - прототип.The closest to the proposed invention in technical essence is a device for heating fluids, containing a heat exchange chamber, a burner device made of straight pipes and placed in the heat exchange chamber, a product coil adjacent to the walls of the heat exchange chamber, and an internal product coil located symmetrically inside it, tubular inlets and outlets of product coils [5] - prototype.

В известном устройстве [5] поток греющих газов закручен в объеме теплообменной камеры, что в значительной мере устраняет угловые застойные зоны газов и способствует равномерности распределения плотности теплового потока на площади поверхности теплопередачи. Его недостатком является сложность конструкции, изготовления и ремонта подогревателя. В тех частях труб продуктовых змеевиков, которые расположены в зоне высоких температур греющих продуктов сгорания топлива с активным радиационным переносом тепла, возможно отложение кокса на стенках внутри труб при нагреве нефти и нефтяной эмульсии. Недостатком является и то, что продуктовые змеевики устройства не могут быть опорожнены путем самодренирования.In the known device [5], the flow of heating gases is swirled in the volume of the heat exchange chamber, which largely eliminates the corner stagnant zones of gases and contributes to the uniformity of the distribution of the heat flux density over the heat transfer surface area. Its disadvantage is the complexity of the design, manufacture and repair of the heater. In those parts of the pipes of the product coils, which are located in the zone of high temperatures of the heating products of fuel combustion with active radiative heat transfer, the deposition of coke on the walls inside the pipes is possible when heating oil and oil emulsion. The disadvantage is that the product coils of the device cannot be emptied by self-draining.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в упрощении конструкции, уменьшении металлоемкости, повышении эффективности и надежности работы трубчатого подогревателя.The technical problem to be solved by the present invention is to simplify the design, reduce the metal consumption, increase the efficiency and reliability of the tubular heater.

Сущность изобретения заключается в том, что в трубчатом подогревателе, содержащем теплообменную камеру, горелочное устройство, выполненные из прямых труб и размещенные в теплообменной камере продуктовый змеевик, примыкающий к стенкам теплообменной камеры, и расположенный симметрично внутри него внутренний продуктовый змеевик, трубчатые подводы и отводы продуктовых змеевиков, теплообменная камера выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда с плоскими боковыми, верхней, нижней, торцевыми фронтальной и задней стенками, горелочное устройство размещено на фронтальный стенке, к которой примыкает дымоотводящий канал, внутренний продуктовый змеевик выполнен двухрядным и размещен с зазорами относительно фронтальной и задней стенок теплообменной камеры, между рядами труб внутреннего продуктового змеевика размещены листы из жаростойкого материала, образующие стенки газового канала, продуктовый змеевик, примыкающий к стенкам теплообменной камеры, и внутренний продуктовый змеевик выполнены из труб-шпилек, открытые торцы которых соединены между собой коллекторными трубами с дисковыми перегородками в диаметральных сечениях, на внешней поверхности труб-шпилек продуктовых змеевиков имеются элементы дискретной шероховатости, внутри труб-шпилек ряда внутреннего продуктового змеевика, расположенного в газовом канале, размещены скрученные ленты, трубчатые подводы и отводы продуктовых змеевиков имеют сальниковые уплотнения с фронтальной и задней стенками теплообменной камеры и резьбовые фланцы на концах.The essence of the invention lies in the fact that in a tubular heater containing a heat exchange chamber, a burner device made of straight pipes and placed in the heat exchange chamber, a product coil adjacent to the walls of the heat exchange chamber, and an internal product coil located symmetrically inside it, tubular inlets and outlets of product coils, the heat exchange chamber is made in the form of a rectangular parallelepiped with flat side, top, bottom, end front and rear walls, the burner device is located on the front wall, to which the flue duct adjoins, the internal product coil is made two-row and is placed with gaps relative to the front and rear walls heat exchange chamber, between the rows of pipes of the inner product coil there are sheets of heat-resistant material that form the walls of the gas channel, the product coil adjacent to the walls of the heat exchange chamber, and the inner product coil are made of of stud pipes, the open ends of which are interconnected by collector pipes with disc baffles in diametrical sections, on the outer surface of the stud pipes of the product coils there are discrete roughness elements, inside the stud pipes of a row of the inner product coil located in the gas channel there are twisted tapes, tubular inlets and outlets of product coils have gland seals with front and rear walls of the heat exchange chamber and threaded flanges at the ends.

В отличие от известного устройства, исполнение теплообменной камеры в форме прямоугольного параллелепипеда с плоскими боковыми, верхней, нижней, торцевыми фронтальной и задней стенками, размещение горелочного устройства на фронтальной стенке, к которой примыкает дымоотводящий канал, выполнение внутреннего продуктового змеевика двухрядным и размещение его с зазорами относительно фронтальной и задней стенок теплообменный камеры, наличие между рядами труб внутреннего продуктового змеевика листов из жаростойкого материала, которые образуют стенки газового канала, позволяет осуществлять организованную рециркуляцию греющих продуктов сгорания топлива в теплообменной камере. При этом снижается максимальная температура греющих продуктов сгорания до величины, исключающей активное образование коксовых отложений внутри продуктовых труб при нагреве нефти и нефтяной эмульсии. Эффективность и надежность работы трубчатого подогревателя при наличии организованной рециркуляции греющих газов существенно повышается.In contrast to the known device, the execution of the heat exchange chamber in the form of a rectangular parallelepiped with flat side, top, bottom, end front and rear walls, the placement of the burner device on the front wall, to which the flue duct adjoins, the design of the internal product coil double-row and its placement with gaps with respect to the front and rear walls of the heat exchange chamber, the presence of sheets of heat-resistant material between the rows of pipes of the internal product coil, which form the walls of the gas channel, allows for organized recirculation of heating products of fuel combustion in the heat exchange chamber. At the same time, the maximum temperature of the heating combustion products is reduced to a value that excludes the active formation of coke deposits inside the product pipes when heating oil and oil emulsion. The efficiency and reliability of the tubular heater in the presence of organized recirculation of heating gases increases significantly.

Исполнение продуктового змеевика, примыкающего к стенкам теплообменный камеры, и внутреннего продуктового змеевика из труб-шпилек, открытые торцы которых соединены между собой коллекторными трубами с дисковыми перегородками в диаметральных сечениях (патент RU №2382973), обеспечивает малые габариты продуктовых змеевиков, упрощает конструкцию трубчатого подогревателя и позволяет достичь высокой его компактности.The design of the product coil, adjacent to the walls of the heat exchange chamber, and the internal product coil of studded pipes, the open ends of which are interconnected by collector pipes with disc baffles in diametrical sections (patent RU No. 2382973), provides small dimensions of product coils, simplifies the design of the tubular heater and allows you to achieve high compactness.

Наличие на внешней поверхности труб-шпилек продуктовых змеевиков элементов дискретной шероховатости интенсифицирует теплоотдачу от греющих газов к стенкам труб-шпилек за счет турбулизации пристенного слоя газового потока, что позволяет уменьшить площадь поверхности теплопередачи продуктовых змеевиков и способствует большей компактности трубчатого подогревателя. Элементы дискретной шероховатости представляют собой нанесенный методом сварки на поверхность труб-шпилек металлический спиральный валик или же это может быть навитая по спирали проволока с определенными диаметром и шагом навивки.The presence of discrete roughness elements on the outer surface of the pipe-hairpins of the product coils intensifies the heat transfer from the heating gases to the walls of the pipes-hairpins due to the turbulence of the near-wall layer of the gas flow, which makes it possible to reduce the surface area of the heat transfer of the product coils and contributes to a more compact tubular heater. Elements of discrete roughness represent a metal spiral bead applied by welding to the surface of stud pipes, or it can be a wire wound in a spiral with a certain diameter and pitch of winding.

Размещение скрученных лент внутри труб-шпилек ряда внутреннего продуктового змеевика, расположенного в газовом канале, где наибольшая температура греющих продуктов сгорания, интенсифицирует теплоотдачу от стенок труб-шпилек к нагреваемому продукту. Это приводит к снижению температуры стенок труб-шпилек при работе трубчатого подогревателя, что, в свою очередь, уменьшает вероятность коксования нагреваемого продукта на стенках труб-шпилек и способствует повышению эффективности и надежности работы трубчатого подогревателя.Placing the twisted tapes inside the stud pipes of a row of the internal product coil located in the gas channel, where the highest temperature of the heating combustion products, intensifies the heat transfer from the walls of the stud pipes to the heated product. This leads to a decrease in the temperature of the walls of the stud pipes during the operation of the tubular heater, which, in turn, reduces the likelihood of coking of the heated product on the walls of the stud pipes and improves the efficiency and reliability of the tubular heater.

Использование сальниковых уплотнений в местах прохода трубчатых подводов и отводов продуктовых змеевиков через фронтальную и заднюю стенки теплообменной камеры и резьбовых фланцев на концах трубчатых подводов и отводов упрощает технологии сборки и разборки трубчатого подогревателя в процессах изготовления и ремонта.The use of stuffing box seals at the points of passage of tubular inlets and outlets of product coils through the front and rear walls of the heat exchange chamber and threaded flanges at the ends of tubular inlets and outlets simplifies the technologies for assembling and disassembling a tubular heater during manufacturing and repair.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом [5] показывает, что заявляемое решение соответствует критерию «новизна».Comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype [5] shows that the proposed solution meets the criterion of "novelty".

Известные технические решения [3, 4], реализующие прямой нагрев продукта, не обеспечивают интенсифицированный теплообмен. Их конструкции громоздки и сложны в изготовлении. Продуктовые змеевики подвержены закоксовыванию в процессе работы.Known technical solutions [3, 4], which implement direct heating of the product, do not provide intensified heat transfer. Their designs are cumbersome and difficult to manufacture. Product coils are susceptible to coking during operation.

Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».All this allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 приведен схематичный разрез предлагаемого трубчатого подогревателя; на фиг. 2 - вид слева на фиг. 1; фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1; фиг. 4 - выносной элемент I на фиг. 1; фиг. 5 - выносной элемент II на фиг. 1; фиг. 6 - схема продуктового змеевика, примыкающего к стенкам теплообменной камеры; фиг. 7 - выносной элемент III на фиг. 6.FIG. 1 shows a schematic section of the proposed tubular heater; in fig. 2 is a left side view of FIG. one; fig. 3 is a section along AA in Fig. one; fig. 4 - remote element I in Fig. one; fig. 5 - remote element II in Fig. one; fig. 6 is a diagram of a product coil adjacent to the walls of the heat exchange chamber; fig. 7 - remote element III in Fig. 6.

Трубчатый подогреватель содержит теплообменную камеру 1, ограниченную плоскими боковыми 2, верхней 3, нижней 4 и торцевыми фронтальной 5 и задней 6 стенками. На фронтальной стенке 5 размещено горелочное устройство 7. Дымоотводящий канал 8 примыкает к фронтальной стенке 5. Внутренний продуктовый змеевик 9 состоит из двух рядов труб-шпилек 10 и с зазорами 11, относительно фронтальной стенки 5, и 12, относительно задней стенки 6, размещен внутри продуктового змеевика 13, примыкающего к стенкам 2, 3, 4 и 6 теплообменной камеры 1. Между рядами труб-шпилек 10 внутреннего продуктового змеевика 9 размещены листы 14 из жаростойкого материала, образующие стенки газового канала 15. Открытые торцы труб-шпилек 10 продуктовых змеевиков 9 и 13 соединены между собой коллекторными трубами 16 с дисковыми перегородками 17 в диаметральных сечениях. На внешней поверхности труб-шпилек 10 продуктовых змеевиков 9 и 13 имеются элементы дискретной шероховатости 18, а в трубах-шпильках 10 ряда внутреннего продуктового змеевика 9, расположенного в газовом канале 15, дополнительно имеются вставленные скрученные ленты 19. Трубчатые подводы 20 и отводы 21 продуктовых змеевиков 9 и 13 имеют сальниковые уплотнения 22 в местах прохода через фронтальную 5 и заднюю 6 стенки теплообменной камеры 1 и резьбовые фланцы 23 на концах.The tubular heater contains a heat exchange chamber 1, bounded by flat side 2, top 3, bottom 4 and end front 5 and rear 6 walls. A burner device 7 is placed on the front wall 5. The flue duct 8 is adjacent to the front wall 5. The internal product coil 9 consists of two rows of stud pipes 10 and with gaps 11 relative to the front wall 5 and 12 relative to the rear wall 6 is located inside product coil 13, adjacent to the walls 2, 3, 4 and 6 of the heat exchange chamber 1. Between the rows of stud pipes 10 of the inner product coil 9, sheets 14 of heat-resistant material are placed, forming the walls of the gas channel 15. Open ends of the stud pipes 10 of the product coils 9 and 13 are interconnected by collector pipes 16 with disc baffles 17 in diametrical sections. On the outer surface of the stud pipes 10 of the product coils 9 and 13 there are elements of discrete roughness 18, and in the stud pipes 10 of the row of the internal product coil 9, located in the gas channel 15, there are additionally inserted twisted strips 19. Tubular inlets 20 and outlets 21 for product coils 9 and 13 have stuffing box seals 22 at the points of passage through the front 5 and rear 6 walls of the heat exchange chamber 1 and threaded flanges 23 at the ends.

Подогреватель может быть как однопоточным, так и многопоточным по нагреваемому продукту. При многопоточном движении продуктовые змеевики 9 и 13 разделяются на секции, количество которых равно числу потоков. На фиг. 1, 2 и 6 представлен вариант шестипоточного трубчатого подогревателя. Продуктовый змеевик 13 включает в себя две секции, первая из которых состоит из плоских панелей, образованных трубами-шпильками 10, примыкающими к верхней 3 и нижней 4 стенкам, а вторая - из труб, примыкающих к боковым стенкам 2 и задней стенке 6 теплообменной камеры 1. Каждый из двух рядов труб-шпилек 10 внутреннего продуктового змеевика 9 включает в себя также две секции, которые состоят из включенных последовательно по нагреваемому продукту двух смежных горизонтально и вертикально ориентированных своей плоскостью трубчатых панелей.The heater can be either single-flow or multi-flow for the heated product. In multi-stream movement, product coils 9 and 13 are divided into sections, the number of which is equal to the number of streams. FIG. 1, 2 and 6 show a variant of a six-flow tubular heater. The product coil 13 includes two sections, the first of which consists of flat panels formed by pipes-pins 10, adjacent to the upper 3 and lower 4 walls, and the second - of pipes adjacent to the side walls 2 and the rear wall 6 of the heat exchange chamber 1 Each of the two rows of stud pipes 10 of the inner product coil 9 also includes two sections, which consist of two adjacent horizontally and vertically aligned tubular panels connected in series along the heated product.

Трубчатый подогреватель работает следующим образом.Tubular heater works as follows.

Нагреваемый продукт поступает через подводы 20 в продуктовые змеевики 9 и 13, где осуществляется его движение в трубах-шпильках 10, последовательно соединенных между собой с помощью коллекторных труб 16 и расположенных в них дисков 17. Топливо и воздух для горения подается в горелочное устройство 7, где они перемешиваются между собой. Топливовоздушная смесь с высокой скоростью выходит из сопла горелочного устройства 7 в пространство теплообменной камеры 1, ограниченное листами 14 из жаростойкого материала, образующими газовый канал 15. На выходе из горелочного устройства 7 с помощью запального устройства (на фиг. не показано) топливо поджигается. Горящая газовая струя расширяется и заполняет все сечение газового канала 15. Одновременно идет процесс подсоса охлажденных продуктов сгорания из окружающего пространства теплообменной камеры 1 к корню расширяющейся струи, обусловленный эжектирующим воздействием высокоскоростной струи. Подсос приводит к снижению температуры продуктов сгорания топлива, обтекающих в продольном направлении трубы-шпильки 10 ряда внутреннего продуктового змеевика 9, расположенные в газовом канале 15. При этом теплопередача от продуктов сгорания через стенку данных труб - шпилек нагреваемому продукту не сопровождается активным коксообразованием на внутренней поверхности этих труб. Исключению коксообразования способствует и закручивание потока нагреваемого продукта в трубах с помощью вставленных скрученных лент 19. При этом за счет интенсификации теплоотдачи закрученного потока снижается температура стенки труб и, как следствие, уменьшается скорость образования твердой фазы в пристенном слое нагреваемого продукта. При выходе из газового канала 15, продукты сгорания топлива натекают на трубы продуктового змеевика 13, примыкающие к задней стенке 6 греющей камеры 1 и защищающие стенку от теплового воздействия горячих газов, проходят через зазор 12 между внутренним продуктовым змеевиком 9 и задней стенкой 6, и далее, развернувшись, перемещаются к фронтальной стенке 5 в пространстве между стенками 14 газового канала 15 и стенками 2, 3 и 4 теплообменной камеры 1. В этом своем перемещении продукты сгорания обтекают в продольном направлении трубы продуктовых змеевиков 9 и 13 и передают теплоту стенкам труб преимущественно конвективным механизмом. У фронтальной стенки 5 поток охлажденных продуктов сгорания раздваивается и частично направляется в дымоотводящий канал 8, а другая его часть через зазор 11 между внутренним продуктовым змеевиком 9 и фронтальной стенкой 5 поступает к корню газовой струи, создаваемой горелочным устройством 7. Таким образом, в теплообменной камере 1 осуществляется организованная и регулируемая рециркуляция продуктов сгорания, позволяющая интенсифицировать процесс передачи теплоты и обеспечивающая «мягкий» температурный режим нагрева продукта. При обтекании потоком продуктов сгорания труб-шпилек 10 продуктовых змеевиков 9 и 13 элементы дискретной шероховатости 18 турбулизируют поток, что интенсифицирует теплоотдачу потока и процесс теплопередачи в целом.The heated product enters through the inlets 20 into the product coils 9 and 13, where it moves in the threaded pipes 10, which are connected in series with the collector pipes 16 and disks 17 located in them. Fuel and combustion air are fed into the burner 7, where they mix with each other. The fuel-air mixture exits at high speed from the nozzle of the burner device 7 into the space of the heat exchange chamber 1, bounded by sheets 14 of refractory material, forming a gas channel 15. At the outlet of the burner device 7, the fuel is ignited by means of an ignition device (not shown). The burning gas jet expands and fills the entire section of the gas channel 15. At the same time, the process of suction of cooled combustion products from the surrounding space of the heat exchange chamber 1 to the root of the expanding jet, due to the ejection effect of the high-speed jet, is taking place. The suction leads to a decrease in the temperature of the combustion products flowing around in the longitudinal direction of the pipe-studs 10 of the row of the internal product coil 9, located in the gas channel 15. In this case, the heat transfer from the combustion products through the wall of these pipes - studs to the heated product is not accompanied by active coke formation on the inner surface these pipes. The elimination of coke formation is also facilitated by swirling the flow of the heated product in the pipes using inserted twisted strips 19. At the same time, due to the intensification of heat transfer of the swirling flow, the temperature of the pipe wall decreases and, as a consequence, the rate of formation of the solid phase in the wall layer of the heated product decreases. When leaving the gas channel 15, the combustion products flow onto the pipes of the product coil 13, adjacent to the rear wall 6 of the heating chamber 1 and protecting the wall from the thermal effects of hot gases, pass through the gap 12 between the internal product coil 9 and the rear wall 6, and further , having turned, move to the front wall 5 in the space between the walls 14 of the gas channel 15 and the walls 2, 3 and 4 of the heat exchange chamber 1. In this movement, the combustion products flow in the longitudinal direction around the pipes of the product coils 9 and 13 and transfer heat to the walls of the pipes mainly convective mechanism. At the front wall 5, the flow of cooled combustion products bifurcates and is partially directed into the flue duct 8, and its other part through the gap 11 between the internal product coil 9 and the front wall 5 enters the root of the gas jet created by the burner 7. Thus, in the heat exchange chamber 1, an organized and regulated recirculation of combustion products is carried out, which makes it possible to intensify the heat transfer process and provides a "soft" temperature regime for heating the product. When the flow of combustion products flows around the pipes-hairpins 10 of the product coils 9 and 13, the discrete roughness elements 18 turbulize the flow, which intensifies the heat transfer of the flow and the heat transfer process as a whole.

Нагретый в продуктовых змеевиках 9 и 13 продукт выводится из трубчатого подогревателя через отводы 21, имеющие, как и подводы 20, на концах резьбовые фланцы 23 для соединения с транспортными линиями продукта. Использование резьбовых, а не приварных, фланцев позволяет сравнительно легко проводить сборку и разборку трубчатого подогревателя. Этому же способствует и использование сальниковых уплотнений 22 в местах прохода подводов 20 и отводов 21 через фронтальную 5 и заднюю 6 стенки теплообменной камеры 1. При остановке работы трубчатого подогревателя продуктовые змеевики 9 и 13 при необходимости легко опорожняются путем самодренирования.The product heated in the product coils 9 and 13 is removed from the tubular heater through the outlets 21, which, like the inlets 20, have threaded flanges 23 at their ends for connection with the product transport lines. The use of threaded, rather than welded, flanges makes it relatively easy to assemble and disassemble the tubular heater. This is also facilitated by the use of stuffing box seals 22 at the points of passage of inlets 20 and outlets 21 through the front 5 and rear 6 walls of the heat exchange chamber 1. When the operation of the tubular heater stops, the product coils 9 and 13 are easily emptied by self-draining if necessary.

Пример исполнения предлагаемого устройства. Трубчатый подогреватель тепловой мощностью 5 МВт для нагрева нефтяной эмульсии от 10°С до 90°С имеет габариты поперечного сечения теплообменной камеры 2,2×2,2 м и длину 6,2 м. Продуктовые змеевики выполнены из труб диаметром 159×5 мм. Топливом является нефтяной газ. При равных количествах продуктов сгорания топлива отводимых на рециркуляцию в газовый канал и в дымоотводящий канал для удаления из трубчатого подогревателя, максимальная температура потока греющих газов составляет 1000°С. Температура уходящих из трубчатого подогревателя газов равна 250°С, а его тепловое КПД - 88%. Удельный объемный показатель, определяемый как отношение тепловой мощности к объему подогревателя, составляет 0,17 МВт/м. Названый показатель существенно выше, чем у аналогичных известных подогревателей прямого нагрева. Например, у трубчатого подогревателя прямого нагрева ПТБ-10-160 [4] тепловой мощностью 10 МВт он составляет 0,12 МВт/м.An example of the implementation of the proposed device. A tubular heater with a thermal power of 5 MW for heating oil emulsion from 10 ° C to 90 ° C has a cross-sectional area of the heat exchange chamber of 2.2 × 2.2 m and a length of 6.2 m. Product coils are made of pipes with a diameter of 159 × 5 mm. The fuel is petroleum gas. With equal amounts of fuel combustion products discharged for recirculation into the gas channel and into the flue gas duct for removal from the tubular heater, the maximum temperature of the heating gas flow is 1000 ° C. The temperature of gases leaving the tubular heater is 250 ° C, and its thermal efficiency is 88%. The specific volumetric index, defined as the ratio of the thermal power to the volume of the heater, is 0.17 MW / m. This indicator is significantly higher than that of similar known direct heating heaters. For example, for a tubular direct-fired heater PTB-10-160 [4] with a thermal power of 10 MW, it is 0.12 MW / m.

Преимуществами предлагаемого трубчатого подогревателя являются:The advantages of the proposed tubular heater are:

- конструктивная простота;- constructive simplicity;

- технологичность изготовления и ремонта;- manufacturability and repair;

- малая металлоемкость и высокая компактность из-за интенсификации теплообмена потока греющих газов и использования продуктовых змеевиков коллекторного типа;- low metal consumption and high compactness due to the intensification of heat exchange of the flow of heating gases and the use of collector-type product coils;

- «мягкий» температурный режим нагрева продуктов;- "soft" temperature mode for heating products;

- повышенная надежность работы подогревателя;- increased reliability of the heater;

- высокий тепловой КПД.- high thermal efficiency.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство СССР №1561612, М. кл. F22B 7/00 от 05.10.1987.1. USSR author's certificate No. 1561612, M. class. F22B 7/00 dated 10/05/1987.

2. Авторское свидетельство СССР №1668827, М. кл. F24P 1/14 от 10.05.1989.2. USSR author's certificate No. 1668827, M. class. F24P 1/14 dated 05/10/1989.

3. Скобло А.И., Трегубова И.А., Молоканов Ю.К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия, 1982. с. 450-458.3. Skoblo A.I., Tregubova I.A., Molokanov Yu.K. Processes and apparatus of the oil refining and petrochemical industries. - 2nd ed., Rev. and add. M .: Chemistry, 1982. p. 450-458.

4. Медведев В.Ф. Сбор и подготовка нефти и воды. М.: Недра, 1986. с. 181.4. Medvedev V.F. Collection and preparation of oil and water. M .: Nedra, 1986. p. 181.

5. Патент РФ №20829225. М. кл. F27B 5/00 от 27.06.1997.5. RF patent No. 20829225. M. class. F27B 5/00 dated 06/27/1997.

Claims (5)

1. Трубчатый подогреватель, содержащий теплообменную камеру, горелочное устройство, выполненные из прямых труб и размещенные в теплообменной камере продуктовый змеевик, примыкающий к стенкам теплообменной камеры, и расположенный симметрично внутри него внутренний продуктовый змеевик, трубчатые подводы и отводы продуктовых змеевиков, отличающийся тем, что теплообменная камера выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда с плоскими боковыми, верхней, нижней, торцевыми фронтальной и задней стенками, горелочное устройство размещено на фронтальной стенке, к которой примыкает дымоотводящий канал, внутренний продуктовый змеевик выполнен двухрядным и размещен с зазорами относительно фронтальной и задней стенок теплообменной камеры, между рядами труб внутреннего продуктового змеевика размещены листы из жаростойкого материала, образующие стенки газового канала.1. A tubular heater containing a heat exchange chamber, a burner device made of straight pipes and a product coil located in the heat exchange chamber adjacent to the walls of the heat exchange chamber and an internal product coil located symmetrically inside it, tubular inlets and outlets of product coils, characterized in that the heat exchange chamber is made in the form of a rectangular parallelepiped with flat side, top, bottom, end front and rear walls, the burner device is located on the front wall, to which the flue duct adjoins, the internal product coil is double-row and is placed with gaps relative to the front and rear walls of the heat exchange chamber , sheets of heat-resistant material are placed between the rows of pipes of the inner product coil, forming the walls of the gas channel. 2. Трубчатый подогреватель по п. 1, отличающийся тем, что продуктовый змеевик, примыкающий к стенкам теплообменной камеры, и внутренний продуктовый змеевик выполнены из труб-шпилек, открытые торцы которых соединены между собой коллекторными трубами с дисковыми перегородками в диаметральных сечениях.2. Tubular heater according to claim 1, characterized in that the product coil adjacent to the walls of the heat exchange chamber and the internal product coil are made of hairpin pipes, the open ends of which are interconnected by collector pipes with disk baffles in diametrical sections. 3. Трубчатый подогреватель по п. 1, отличающийся тем, что на внешней поверхности труб-шпилек продуктовых змеевиков имеются элементы дискретной шероховатости.3. Tubular heater according to claim 1, characterized in that there are discrete roughness elements on the outer surface of the hairpin pipes of the product coils. 4. Трубчатый подогреватель по п. 1, отличающийся тем, что внутри труб-шпилек ряда внутреннего продуктового змеевика, расположенного в газовом канале, размещены скрученные ленты.4. Tubular heater according to claim 1, characterized in that twisted ribbons are placed inside the stud pipes of the row of the internal product coil located in the gas channel. 5. Трубчатый подогреватель по п. 1, отличающийся тем, что трубчатые подводы и отводы продуктовых змеевиков имеют сальниковые уплотнения с фронтальной и задней стенками теплообменной камеры и резьбовые фланцы на концах.5. Tubular heater according to claim 1, characterized in that the tubular inlets and outlets of the product coils have gland seals with front and rear walls of the heat exchange chamber and threaded flanges at the ends.
RU2020128193A 2020-08-24 2020-08-24 Tubular heater RU2748169C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128193A RU2748169C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Tubular heater

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020128193A RU2748169C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Tubular heater

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2748169C1 true RU2748169C1 (en) 2021-05-20

Family

ID=75919742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020128193A RU2748169C1 (en) 2020-08-24 2020-08-24 Tubular heater

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2748169C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2404811B1 (en) * 1977-10-03 1983-05-13 Motan Gmbh
RU2225964C1 (en) * 2002-10-02 2004-03-20 Долотовский Владимир Васильевич Gas heater
RU2382973C1 (en) * 2008-10-22 2010-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет Single-flow tubular coil
RU160060U1 (en) * 2015-04-08 2016-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" GAS AND LIQUID HEATER
RU2655096C1 (en) * 2017-07-10 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Tubular heater

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2404811B1 (en) * 1977-10-03 1983-05-13 Motan Gmbh
RU2225964C1 (en) * 2002-10-02 2004-03-20 Долотовский Владимир Васильевич Gas heater
RU2382973C1 (en) * 2008-10-22 2010-02-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет Single-flow tubular coil
RU160060U1 (en) * 2015-04-08 2016-02-27 Общество с ограниченной ответственностью "ТюменНИИгипрогаз" GAS AND LIQUID HEATER
RU2655096C1 (en) * 2017-07-10 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Tubular heater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9074792B2 (en) Multiple-ring heat exchanger
KR970011368B1 (en) Cracking furnace
MXPA04009829A (en) Cracking furnace with more uniform heating.
RU2748169C1 (en) Tubular heater
RU2745819C1 (en) Tubular heater
RU2256846C1 (en) Piping heater
RU2655096C1 (en) Tubular heater
RU2353643C2 (en) Enhanced radiant heat exchanger
US2338295A (en) Heating of fluids
US2335317A (en) Fluid heater
US2598840A (en) Heater for hydrocarbon fluid
RU2444678C1 (en) Installation for burning fuel heating processing media
JP5619174B2 (en) HEAT EXCHANGE DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD
US5320071A (en) Device for indirectly heating fluids
RU74190U1 (en) HEATER OF OIL, OIL EMULSIONS AND HEAVY OIL EMULSIONS
US2029293A (en) Heating of fluids
CN203095989U (en) Coking furnace for slowing down coking trend
RU2809827C1 (en) Apparatus for heating oil and refined products
US1819517A (en) Heating system for liquids
RU2662018C1 (en) Tubular heater
JPS5926846B2 (en) Fluid indirect heating device
US2079191A (en) Heating apparatus and method
RU2380611C2 (en) Oil heater
US1899926A (en) Furnace
RU2296921C2 (en) Liquid or gas heater