Устройство для очистки наружной поверхности труб
Техническое решение относится к устройствам для очистки наружных теплообменных поверхностей и может быть использовано для очистки труб теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла газов и жидкостей. Техническим результатом предлагаемой конструкции устройства для очистки наружной поверхности труб является интенсификация процесса удаления отложений и загрязнений за счет регулирования скорости жидкой рабочей среды в наружной трубе. Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки наружной поверхности труб, включающем наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды и очистные элементы в виде зернистого материала с положительной плавучестью, при этом в патрубки входа и выхода наружной трубы дополнительно установлены трубчатые элементы, диаметр которых меньше диаметра патрубков ввода и вывода жидкой рабочей среды, причем стенки трубчатых элементов на одном торце имеют криволинейный профиль и отогнуты в сторону наружной трубы, а на другом их торце герметично закреплен диск.
Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для очистки наружных теплообменных поверхностей и может быть использовано для очистки труб теплообменных аппаратов типа «труба в трубе» в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, горнодобывающей, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах утилизации тепла газов и жидкостей.
Известен кожухотрубный теплообменник с горизонтальным пучком труб и прямоугольными трубными решетками, в межтрубном пространстве которого помещен зернистый материал, приходящий во время работы теплообменника в псевдоожиженное состояние, которое позволяет интенсифицировать процесс теплообмена и предупредить отложения на трубах. (авт. св. СССР 
457367, F28d 7/00, 1974).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность создания в горизонтальном межтрубном пространстве теплообменника типа «труба в трубе» псевдоожиженного слоя зернистого материала, предупреждающего отложения на поверхности труб.
Известно устройство для очистки наружной поверхности труб, содержащее наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода теплоносителей, размещенный в жидкой рабочей среде полый корпус, выполненный с возможностью вращения, и очистные элементы со средством их прижима к очищаемой поверхности, причем средство прижима очистных элементов выполнено в виде плавающих втулок, установленных в выполненных в корпусе радиальных пазах с возможностью радиального перемещения. (авт. св. СССР 1389892, В08В 9/02, 1988).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность конструкции и эксплуатации полого корпуса и очистных элементов со средством их прижима к очищаемой поверхности, невозможность качественной очистки наружной поверхности труб из-за износа и загрязнения рабочих поверхностей очистных элементов, например, стрежнями из абразивного материала.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является устройство для очистки наружной поверхности труб, включающее наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды и очистными элементами, причем патрубки входа и выхода жидкой рабочей среды в наружной трубе установлены тангенциально к ее боковой поверхности, а очистные элементы представляют собой зернистый материал с положительной плавучестью (авт. св. РФ 104099, В08В 9/023, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невозможность использования известного устройства в типовых конструкциях теплообменников типа «труба в трубе», в которых патрубки входа и выхода жидкой рабочей среды в наружной трубе установлены нормально к ее боковой поверхности, что не позволяет приводить поток очищающей жидкости во вращение и прижимать зернистый материал с положительной плавучестью к наружной поверхности внутренней трубы и очищать ее от отложений и загрязнений.
Техническим результатом предлагаемой конструкции устройства для очистки наружной поверхности труб является интенсификация процесса удаления отложений и загрязнений за счет регулирования скорости жидкой рабочей среды в наружной трубе.
Поставленный технический результат достигается тем, что в устройстве для очистки наружной поверхности труб, включающем наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды и очистные элементы в виде зернистого материала с положительной плавучестью, при этом в патрубки входа и выхода наружной трубы дополнительно установлены трубчатые элементы, диаметр которых меньше диаметра патрубков ввода и вывода жидкой рабочей среды, причем стенки трубчатых элементов на одном торце имеют криволинейный профиль и отогнуты в сторону наружной трубы, а на другом их торце герметично закреплен диск.
Установка диска на одном торце трубчатого элемента с диаметром меньшим диаметра входного и выходного патрубков позволяет его легко монтировать внутрь этих патрубков и затем герметично подсоединять к трубе подачи жидкой рабочей среды с «плавающим» зернистым материалом для последующей очистки наружной поверхности внутренней трубы. Кроме того, изменяя диаметр трубчатого элемента, можно регулировать скорость рабочей среды и интенсифицировать процесс очистки.
Диск позволяет зафиксировать отогнутый конец трубчатого элемента внутри патрубков входа или выхода жидкой рабочей среды в сторону наружной трубы.
Установка трубчатых элементов в патрубки входа и выхода жидкой рабочей среды в наружной трубе позволяет закрутить рабочую среду в межтрубном пространстве наружной и внутренней труб по всей их длине. Очистные элементы в виде зернистого материала с положительной плавучестью, например, частицы керамзита, под действием центробежной силы прижимаются к внешней поверхности внутренней трубы и удаляют с нее загрязнения и различные отложения.
Это позволяет интенсифицировать процесс очистки за счет эффективности работы теплообменника типа «труба в трубе», в котором патрубки входа и выхода жидкой рабочей среды в наружной трубе установлены нормально к ее боковой поверхности, так как рабочая среда, проходя по трубчатому элементу, приобретает высокую скорость вращения, направленную тангенциально к боковой поверхности наружной трубы, и при увеличении скорости подачи среды, содержащей зернистый материал с положительной плавучестью, увеличивается центробежная сила, прижимающая очистные элементы к очищаемой поверхности. Кроме того, жидкая рабочая среда с очистными элементами подается тангенциально к боковой поверхности наружной трубы на всей длине очищаемой поверхности, поэтому отложения и загрязнения будут удаляться со всей наружной поверхности внутренней трубы.
Таким образом, предлагаемое устройство для очистки наружной поверхности труб позволяет интенсифицировать процесс очистки наружной поверхности внутренней трубы в теплообменнике типа «труба в трубе», в котором патрубки входа и выхода жидкой рабочей среды в наружной трубе установлены нормально к ее боковой поверхности, на всей ее длине. Кроме того, скорость очистки просто регулировать путем изменения расхода жидкой рабочей среды в межтрубном пространстве или диаметром трубчатого элемента. Устройство несложно по конструкции, так как вместо тангенциальной установки патрубков входа и выхода рабочей среды позволяет установить в нормально расположенные патрубки входа и выхода рабочей среды (как в типовых теплообменниках типа «труба в трубе») трубчатые элементы с герметично закрепленным диском на одном торце и отогнутых в сторону наружной трубы на другом торце.
На фиг.1 показан теплообменник с устройством для очистки наружной поверхности труб, общий вид; на фиг.2 - вид по сложному разрезу А-А.
Теплообменник состоит из наружной трубы 1 и внутренней трубы 2. На входе наружной трубы 1 установлен трубчатый элемент 5 в патрубок 3, а на ее выходе также установлен в патрубок 4 трубчатый элемент 5. Стенки трубчатого элемента 5 на одном торце имеют криволинейный профиль и отогнуты в сторону наружной трубы 1, а на другом торце каждого трубчатого элемента 5 герметично закреплен диск 6, позволяющий зафиксировать отогнутый конец в сторону наружной трубы 1. На входе внутренней трубы 2 установлен патрубок 7, а на выходе - патрубок 8.
Устройство для очистки наружной поверхности труб работает следующим образом. В межтрубное пространство труб 1 и 2 подают жидкую рабочую среду по патрубку 3. Жидкая рабочая среда содержит зернистый материал 9 с положительной плавучестью, например, плотность которого меньше плотности этой рабочей среды, и являющегося очистными элементами. Так как в патрубки 3 и 4 установлен трубчатый элемент 5 со стенками на одном торце, имеющими криволинейный профиль, то рабочая среда движется в межтрубном пространстве вдоль оси труб с вращением. Под действием центробежной силы зернистый материал 9 с положительной плавучестью прижимается к внешней поверхности внутренней трубы 2 и удаляет с нее частицы ржавчины, накипи, солевого камня, продуктов деструкции и других отложений, которые потоком рабочей среды выносится через трубчатый элемент 5 в патрубок 4.
Предлагаемая конструкция устройства для очистки наружной поверхности труб позволяет интенсифицировать процесс удаления отложений и загрязнений за счет тангенциального вращения жидкой рабочей среды в межтрубном пространстве, так как, проходя через изогнутый трубчатый элемент 5, возникает окружная скорость рабочей среды, возрастает центробежная сила и сила, прижимающая зернистый материал 9 с положительной плавучестью к внешней поверхности внутренней трубы 2. Кроме того, устройство может работать в режиме рецикла, то есть в прямом и обратном направлении, когда патрубки 3 и 4 периодически становятся то подводящими, то отводящими среду.
Таким образом, одним и тем же небольшим объемом среды с зернистым материалом 9 с положительной плавучестью можно за несколько циклов очистить даже сильно загрязненную наружную поверхность трубы 2. Устройство несложно по конструкции и в эксплуатации. Изготовление и установка трубчатого элемента 5, диаметр которого меньше диаметра патрубков 3 и 4, и стенки которого на одном торце имеют криволинейный профиль 6 и отогнуты в сторону наружной трубы 1, а на другом торце герметично закреплен диск 6, не вызывает трудностей. После остановки теплообменника на ремонт или техобслуживание при накоплении на наружной поверхности трубы 2 большого слоя загрязнений и отложений по парубку 3 в трубчатый элемент 5 вместо основной технологической среды подают, например, обычную воду с очистными элементами. Центробежная сила прижимает частицы очистных элементов к наружной поверхности трубы 2, которые удаляют загрязнения и отложения, находящиеся на поверхности, а поток воды выносит их через трубчатый элемент 5 в патрубок 4.
Устройство для очистки наружной поверхности труб, включающее наружную и внутреннюю трубы с патрубками входа и выхода жидкой рабочей среды и очистные элементы в виде зернистого материала с положительной плавучестью, отличающееся тем, что в патрубки входа и выхода наружной трубы дополнительно установлены трубчатые элементы, диаметр которых меньше диаметра патрубков ввода и вывода жидкой рабочей среды, при этом стенки трубчатых элементов на одном торце имеют криволинейный профиль и отогнуты в сторону наружной трубы, а на другом их торце герметично закреплен диск.
