Многосекционный кожухотрубчатый теплообменник

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована в химической, нефтехимической и пищевой промышленности. Техническая задача полезной модели - повышение эффективности процесса теплообмена на 25% за счет неоднократного использования влияния начального участка в секциях кожухотрубного теплообменника. Техническая задача полезной модели достигается тем, что в многосекционном кожухотрубчатом теплообменнике, включающем корпус с крышками, образующими входную и выходную камеры, снабженные штуцерами, секции с пучком труб, закрепленных в трубных решетках и образованным концентрически расположенными трубами, диаметр которых одинаков на каждой окружности и уменьшается в направлении от центральных окружностей к внешним, промежуточные камеры, расположенные между секциями, новым является то, что в промежуточных камерах установлены распределительные решетки, выполненные из прямоугольных уголков, пересекающихся под углом 90°, и закрепленных на кольце, которые образуют квадратные конические отверстия, а пучок труб в каждой секции образован трубами одного диаметра, длину труб в каждой секции определяют по формуле: где: L - длина трубы, м d - диаметр трубы, м Pr - число Прандтля, Re - число Рейнольдса, - гидравлический коэффициент трения, при этом длина труб уменьшается по направлению движения теплоносителя к выходу из многосекционного кожухотрубчатого теплообменника. Предлагаемая конструкция многосекционного кожухотрубчатого теплообменника позволяет повысить эффективность процесса теплообмена на 25% за счет турбуллизации теплоносителя, неоднократного использования влияния начального участка, его устройство более просто в изготовлении и сборке, что позволяет уменьшить его себестоимость.

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована в химической, нефтехимической и пищевой промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются секции кожухотрубного теплообменника [АС. СССР 1092353 М. Кл.³ F28D 7/00], содержащие пучок из труб различного диаметра, разделенный на группы, в каждой из которых трубы имеют равный диаметр и расположены по концентрическим окружностям.

Недостатком устройства (секции кожухотрубного теплообменника) является относительно невысокая интенсивность (эффективность) процесса теплообмена, большая трудоемкость его изготовления, требующая относительно больших затрат времени на подбор стандартных теплообменных трубок и их размещение по концентрическим окружностям для соблюдения указанного соотношения диаметров труб в направлении от центральных окружностей к внешним.

Техническая задача полезной модели - повышение эффективности процесса теплообмена на 25% за счет неоднократного использования влияния начального участка в секциях кожухотрубного теплообменника.

Техническая задача полезной модели достигается тем, что в многосекционном кожухотрубчатом теплообменнике, включающем корпус с крышками, образующими входную и выходную камеры, снабженные штуцерами, секции с пучком труб, закрепленных в трубных решетках, и образованным концентрически расположенными трубами, диаметр которых одинаков на каждой окружности и уменьшается в направлении от центральных окружностей к внешним, промежуточные камеры, расположенные между секциями, новым является то, что в промежуточных камерах установлены распределительные решетки, выполненные из прямоугольных уголков, пересекающихся под углом 90°, и закрепленных на кольце, которые образуют квадратные конические отверстия, а пучок труб в каждой секции образован трубами одного диаметра, длину труб в каждой секции определяют по формуле:

где: L - длина трубы, м

d - диаметр трубы, м

Pr - число Прандтля,

Re - число Рейнольдса,

- гидравлический коэффициент трения,

при этом длина труб уменьшается по направлению движения теплоносителя к выходу из многосекционного кожухотрубчатого теплообменника.

Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности процесса теплообмена на 25% за счет повышения турбуллизации теплоносителя, неоднократного использования влияния начального участка в секциях многосекционного кожухотрубчатого теплообменника.

На фиг.1 изображен многосекционный кожухотрубчатый теплообменник с секциями труб, на фиг.2 изображена распределительная решетка.

Многосекционный кожухотрубчатый теплообменник состоит из корпуса, который включает в себя крышки 12, снабженные штуцерами 13, 14 и образующие входную и выходную камеры соответственно, внутри корпуса расположены секции 1, разделенные промежуточными камерами 2. Число секций и количество теплообменных труб в них определяется необходимой площадью теплопередающей поверхности многосекционного кожухотрубчатого теплообменника. Каждая из секций 3 содержит пучки труб 4, закрепленных в трубных решетках 5, и штуцера 6 и 7 для входа и выхода греющего агента. Пучки труб образованы трубами 4, расположенными по вершинам шестиугольника, диаметр которых одинаков, а длина труб в каждой секции при заданной интенсивности теплообмена и с учетом изменения параметров процесса определяется по формуле . Промежуточная камера 2 представляет собой полую царгу 8, в которой установлена распределительная решетка 9, выполненная из прямоугольных уголков 10, образующих при пересечении под углом 90° квадратные конические отверстия, и закрепленных на кольце 11. Промежуточная камера служит для осуществления смешения нагреваемой жидкости (теплоносителя) до среднемассовой температуры. Во входной камере многосекционного кожухотрубчатого теплообменника установлен отбойник 15 для равномерного распределения потока теплоносителя в трубки секции.

Многосекционный кожухотрубчатый теплообменник работает следующим образом.

Нагреваемый теплоноситель через штуцер 13 поступает во входную камеру многосекционного кожухотрубчатого теплообменника. Греющий теплоноситель поступает в межтрубное пространство секций через штуцера 6, а выходит через штуцера 7. Благодаря отбойнику 15 теплоноситель равномерно распределяется по сечению входной камеры и поступает в трубки первой секции. Так как длина трубок в секции многосекционного кожухотрубчатого теплообменника невелика, то мала и толщина термического пограничного слоя, а, следовательно, коэффициент теплоотдачи в них велик. Длину труб в каждой секции определяют по формуле . Для выравнивания поля температур перед входом в трубки следующей секции с целью повторного использования влияния входного участка теплоноситель в промежуточной камере, проходя через квадратные конические отверстия распределительной решетки 9, перемешивается до среднемассовой температуры.

Интенсивное перемешивание теплоносителя в промежуточной камере 2 обеспечивается за счет того, что теплоноситель, проходя через отверстия решетки, образованные уголками 10, закрепленными на кольце, изменяет свою скорость и направление движения. Описанные процессы неоднократно повторяются в последующих секциях и камерах многосекционного кожухотрубчатого теплообменника. За счет того, что длина труб в секциях неодинакова и определятся с учетом изменения параметров процесса по длине многосекционного кожухотрубчатого теплообменника , заданная эффективность теплообмена остается постоянной в каждой секции и по всему многосекционному кожухотрубчатому теплообменнику в целом. Нагретый до заданной температуры теплоноситель из выходной камеры через штуцер 14 выводится из многосекционного кожухотрубчатого теплообменника.

Использование предлагаемого многосекционного кожухотрубчатого теплообменника позволяет за счет определенной длины труб, рассчитанной по формуле в каждой секции в зависимости от параметров процесса теплообмена, а также за счет выравнивания температур на выходе из труб увеличить интенсивность теплообмена на 25%. Некоторое увеличение гидравлического сопротивления предлагаемого многосекционного кожухотрубчатого теплообменника по сравнению с прототипом приводит к дополнительному переходу части механической энергии движения среды в тепловую, используемой в конечном счете по основному назначению аппарата - на нагревание жидкости.

Предлагаемая конструкция многосекционного кожухотрубчатого теплообменника позволяет повысить эффективность процесса теплообмена на 25% за счет турбуллизации теплоносителя, неоднократного использования влияния начального участка, его устройство более просто в изготовлении и сборке, что позволяет уменьшить его себестоимость.

Многосекционный кожухотрубчатый теплообменник, включающий корпус с крышками, образующими входную и выходную камеры, снабженные штуцерами, секции с пучком труб, закрепленных в трубных решетках и образованным концентрически расположенными трубами, диаметр которых одинаков на каждой окружности и уменьшается в направлении от центральных окружностей к внешним, промежуточные камеры, расположенные между секциями, отличающийся тем, что в промежуточных камерах установлены распределительные решетки, выполненные из прямоугольных уголков, пересекающихся под углом 90°, и закрепленных на кольце, которые образуют квадратные конические отверстия, а пучок труб в каждой секции образован трубами одного диаметра, длину труб в каждой секции определяют по формуле:

,

где L - длина трубы, м;

d - диаметр трубы, м;

Pr - число Прандтля;

Re - число Рейнольдса;

- гидравлический коэффициент трения,

при этом длина труб уменьшается по направлению движения теплоносителя к выходу из многосекционного кожухотрубчатого теплообменника.