SU1749685A1 - Теплообменный циркул ционный контур - Google Patents

Description

двухходовой теплообмен охлаждаемой воды с окружающей водной средой, при прохождении по внутренней трубе и кольцевой полости, причем обеспечиваетс  теплопередача и через стенку центральной трубы, что значительно увеличивает площадь теплообмена без дополнительных затрат и повышени  металлоемкости конструкции.

Наличие защитного кожуха, надетого на верхнюю часть теплопередающего элемента , создает замкнутый воздушный объем, обеспечивающий защиту юследнего от коррозии в зоне переменного уровн  акватории . С целью интенсификации процесса теплообмена во врем  неблагопри тных гидрологических условий предусмотрена возможность подачи ежа to го воздуха от компрессорной установки через защитный кожух по перфорированным воздуховодам как внутрь теплопередающего элемента, так и с внешней стороны. При подаче сжатого воздуха в воду образуетс  водовоздуш- на  смесь, котора  поднимаетс  с глубины до поверхности.

Таким образом создаетс  направленное движение охлаждающей воды акватории (причем из нижних более холодных слоев) вдоль теплопередающих поверхностей; Такой принцип позвол ет прокачивать охлаждающую воду любого качества не только внутри межтрубного пространства, но и снаружи, а также повысить надежность работы водоподъемного устройства вследствие отсутстви  в нем движущихс  частей. Наличие водовоздушной смеси преп тствует образованию льда, что значительно улучшает услови  эксплуатации контура, так как снижает расчетные нагрузки на опоры и обеспечивает благопри тные услови  сто нки водного транспорта, Снабжение контура компрессорной установкой позвол ет при необходимости создать в защитном кожухе вакуум, обеспечивающий вследствие его низкой теплопроводности защиту от промерзани  в зимний период части тепло- обменного элемента, расположенного выше уровн  воды в акватории, во врем  прекращени  циркул ции охлаждаемой воды .

Выполнение воздуховодов с пр моугольным сечением и примыкающих одним торцом к поверхности соответственно наружной и внутренней труб и расположением канала дл  подачи воздуха в противоположной периферийной части сечени  обеспечивает дополнительное ореб- рение теплообменных элементов без увеличени  общей металлоемкости конструкции , а прин тое расположение каналов не преп тствует процессу теплопередачи.

Направление осей перфораций по касательной к поверхност м труб обеспечивает попадание сжатого воздуха на теплообмен- ную поверхность, который разрушает пограничный тепловой слой и создает в нем турбулентное движение, что значительно увеличивает теплоотдачу без дополнительных энергозатрат.

Применение электрохимической защи0 ты от коррозии значительно повышает срок службы теплообменников, не снижа  при этом коэффициент теплопередачи, а изготовление протекторов пр моугольного сечени  с примыканием одним торцом к

5 поверхност м наружной и внутренней труб обеспечивает оребрение теплообменных элементов без увеличени  общей металлоемкости .

Таким образом, размещение теплооб0 менных элементов вне опор и выполнение их в виде коаксиально расположенных наружной центральной и внутренних труб, со- единенных между собой посредством тангенциальных патрубков, оснащение за5 щитными кожухами, а также снабжение контура компрессорной установкой с воздуховодами и устройством электрохимической защиты от коррозии, позвол ет одновременно повысить интенсивность

0 теплоотдачи, увеличить несущую способность и долговечность, обеспечивающие повышение эксплуатационной надежности и экономичности.

На фиг.1 изображен теплообменный

5 циркул ционный контур, общий вид; на фиг.2 - теплообменный элемент, общий вид; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - узел креплени  воздуховода.

Теплообменный циркулирующий кон0 тур представл ет собой несущие опоры 1, на которых установлено верхнее строение 2. В верхнем строении размещаютс  охлаждаемый объект 3, насос 4, трубопровода нагретой 5 и холодной 6 воды. В закладных отверсти х верхнего строени  закрепл ют5 с  теплообменные элементы 7. Так же устанавливаетс  компрессорна  установка 8 с трубопроводами 9 сжатого воздуха. Тепло- обменный элемент представл ет собой коаксиально расположенные наружную 10,

0 центральную 11 и внутреннюю 12 трубы. Наружна  и центральна  трубы образуют замкнутое с двух тсрцов кольцевое пространство . В верхней части кольцевое пространство соединено с трубопроводом

5 холодной воды, а в подводной части (определ етс  естественными услови ми), предусматриваетс устройство водопропускных окон 13. Внутри центральной трубы устанавливаетс  внутренн   труба , котора  соедин етс  в верхней части с трубопроводом нагретой воды, а в нижней при помощи тангенциальных патрубков 14 с кольцевым пространством. Площадь сечени  внутреннего трубопровода принимаетс  из услови  создани  оптимальных скоростей нагретой воды и всегда меньше или равна площади кольцевого пространства . Площадь межтрубного пространства, образованного внутренней и центральной трубами, принимаетс  по расчету исход  из тепловых нагрузок на теплообменный элемент и гидрологических условий акватории. Длина теплообменного элемента принимаетс  равной рассто нию от верхнего строени  до дна акватории (за вычетом запаса на посадку 1 - 2 м). В верхней части теплообменного элемента устанавливаетс  защит- ный цилиндрический кожух 15, заглушенный с двух сторон. В верхней части защитный кожух присоедин етс  к трубопроводу сжатого воздуха, а в нижней к пер- форированным воздуховодам 16, закрепленным по продольным поверхност м внутренней и наружной труб. Диаметр кожуха принимаетс  на один размер больше диаметра наружной трубы, а длина равна рассто нию от верхнего строени  до наинизшего уровн  воды в акватории с коэффициентом запаса 1,1 - 1,2. Перфорированные воздуховоды принимаютс  пр моугольной формы и закрепл ютс  в качестве продольных ребер. В периферийной части ребра предусматриваетс  канал 17 дл  подачи сжатого воздуха, а в нижней его части перфораци  18, причем ось перфорации направлена по касательной к поверхност м труб. Размеры воздуховодов, сечени  каналов, количество и диаметр перфорации определ ютс  расчетом дл  каждого конкретного случа  в зависимости от условий теплообмена, На поверхност х наружной и внутренней труб, погруженных в акваторию , прикрепл ютс  протекторы 19, представл ющие собой продольные ребра пр моугольного сечени . Размеры протекторов определ ютс  расчетом в зависимости от химического состава воды в акватории. В качестве материала дл  изготовлени  протекторов предлагаетс  использовать магниевые, алюминиевые и цинковые сплавы. Эти материалы характеризуютс  значительным коэффициентом теплопроводности. Количество воздуховодов и протекторов определ етс  расчетом исход  из естественных условий акватории и тепловой нагрузки на теплообменные элементы . Размещение воздуховодов и протекторов на поверхност х труб предполагаетс 

поочередное (протектор, воздуховод, протектор , воздуховод...).

Строительство теплообменного циркул ционного контура осуществл етс  следующим образом.

Устанавливаютс  опоры 1, на которых устанавливаетс  верхнее строение 2, размещаетс  охлаждаемый объект 3, насос 4, компрессорна  установка 8 и собственно

0 собранные теплообменные элементы 7, после чего прокладываютс  трубопроводы нагретой 5 и холодной 6 воды и трубопроводы 9 сжатого воздуха. Сборка теплообменных процессов происходит централизовано в

5 мастерских в следующей последовательности . Соедин ют наружную 10 и центральную 11 трубы между собой с образованием замкнутого с двух концов кольцевого пространства , после чего устраивают

0 водопропускные окна 13i На поверхности внутренней 12 и наружной труб закрепл ютс  воздуховоды 16 и протекторы 19, после чего на внутренний трубопровод размещаетс  в центральном трубопроводе и соеди5 н етс  с кольцевым пространством посредством тангенциальных патрубков 14, Затем конструкци  снабжаетс  защитным кожухом 15.

Теплообменный циркул ционный кон0 тур работает следующим образом.

Холодна  вода по трубопроводу 6 забираетс  насосом 4 и направл етс  на охлаждение объекта 3, после чего нагрета  вода по трубопроводу 5 направл етс  на охлаж5 дение в теплообменные элементы 7. В теп- лообменном элементе нагрета  вода поступает во внутреннюю трубу 12, где происходит ее частичное охлаждение водой акватории , котора  под действием

0 естественной конвекции создает устойчивое движение по межтрубному пространству , образованному внутренней и центральной 11 трубами по направлению снизу вверх. Нагрета  вода из межтрубного

5 пространства выходит через водопропускные окна 13. Частично охлажденна  вода из внутренней трубы поступает через тангенциальные патрубки 14 в замкнутое кольцевое пространство, образованное

0 центральной и наружной 10 трубами, двига сь по которому происходит ее дальнейшее охлаждение водой акватории. При прохождении частично охлажденной водой кольцевого пространства наблюдаетс 

5 тонкослойное распределение объема, что значительно интенсифицирует теплопередачу , а наличие и внутренней теплообмен- ной площади увеличивает на 30% общую площадь теплообмена. Охлажденна  вода из кольцевого пространства под остаточным капором по трубопроводу 6 поступает на охлаждаемый объект и цикл повтор етс .

При неблагопри тных гидрологических услови х, например высокой температуре или низкой скорости воды в акватории, интенсификаци  теплопередачи осуществл етс  путем подачи сжатого воздуха от компрессорной установки 8 по трубопроводу 9 через защитный кожух 15 в перфориро- ванные воздуховоды 16. Сжатый воздух при выходе из воздуховода направл етс  по касательной на поверхность внутренней и наружной труб, где разрушает тепловой пограничный слой и создает в нем турбулен- тное движение, одновременно с этим создаетс  водовоздушна  смесь, котора  поднимаетс  глубины до поверхности, таким образом создаетс  направленное движениеохлаждающейводы , обеспечивающее повышение теплоотдачи в 1,5-2 раза. При этом наблюдаетс  эффект снижени  интенсивности льдообразовани  и, как следствие, снижение расчетных нагрузок на контур и обеспечение улучшени  эксплуатации водного транспорта.

При остановке циркул ции охлаждаемой воды, в зимний период возможно промерзание теплообменного элемента в части, наход щейс  между уровнем воды в акватории и верхним строением, дл  предотвращени  этого  влени  предусматриваетс  возможность создани  вакуума в защитном кожухе при помощи компрессорной установки, что обеспечивает надеж- ность работы контура без проведени  дополнительных дорогосто щих и сложных меропри тий. Наличие защитного кожуха на 50% снижает интенсивность коррозии, так как скорость коррозии в два раза в зоне переменного уровн  выше, чем в водной среде, что обуславливает увеличение срока службы теплообменных элементов.

Применение протекторной защиты от коррозии способствует повышению долго- вечности теплообменников и не ведет к снижению коэффициента теплопередачи, что наблюдаетс  при использовании пассивного способа защиты, например нанесение лакокрасочных или полимерных покрытий на защищаемые поверхности. Одновременно с этим наблюдаетс  развитие поверхности теплообмена за счет устройства продольных ребер из протекторов.

Работать теплообменные элементы в контуре могут в различном пор дке: последовательно , параллельно или комбинированно . В составе контура имеютс  рабочие

и резервные теплообменные элементы. Таким образом обеспечиваетс  повышение эксплуатационной надежности и экономичности теплообменного циркул ционного контура.

По выполненным расчетам использование изобретейи  позволит снизить себестоимость каждого кубического метра оборотной воды на 5,7%.

Claims (4)

1.Теплообменный циркул ционный контур, содержащий несущие опоры, установленные в водоеме, на которых закреплено верхнее строение с охлаждаемым объектом, насосом, трубопроводами нагретой и холодной воды, и размещенные в водоеме теплообменные элементы, отличающийс  тем, что с целью повышени  эксплуатационной надежности и экономичности , теплообменные элементы выполнены в виде коаксиально расположенных вертикальных наружной, центральной и внутренней труб, последн   из которых подключена к трубопроводу нагретой воды и сообщена посредством тангенциальных патрубков в нижней части с кольцевой полостью , образованной наружной и центральной трубами и сбобщенной в верхней части с трубопроводом холодной воды, а пространство между внутренней и центральной трубами сообщено в верхней и нижней част х со средой водоема, при этом каждый теплообменный элемент в верхней части снабжен цилиндрическим защитным кожухом , на поверхност х наружной и внутренней труб закреплены .распределительные перфорированные воздуховоды, а контур дополнительно снабжен компрессорной установкой , магистраль сжатого воздуха которой через защитный кожух сообщена с упом нутыми воздуховодами.

2.Контур по п. 1,отличающийс  тем, что воздуховоды выполнены в виде продольных ребер пр моугольного сечени , снабженных в периферийной части каналом дл  подвода воздуха.

3.Контур по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с   тем, что перфораци  в воздуховодах выполнена в виде расположенных по касательной к поверхност м труб отверстий.

4.Контур по пп.1 и2,отличающий- с   тем, что теплообменные элементы снабжены протекторной электрохимической защитой от коррозии в виде расположенных на поверхност х наружной и внутренней труб между воздуховодами продольных ребер .

77