Кожухотрубчатый теплообменник

Полезная модель относится к аппаратам теплообмена и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.

Задачей полезной модели является интенсификация теплообмена за счет увеличения коэффициента теплоотдачи на внешних стенках теплообменных труб.

Результат достигается тем, что в кожухотрубчатом теплообменнике, содержащем корпус, трубные решетки, в которых закреплен трубный пучок, согласно полезной модели, трубный пучок выполнен из теплообменных элементов типа «труба в трубе», внешние трубы теплообменных элементов пучка закреплены в дополнительных трубных решетках, установленных в корпусе между трубными решетками внутренних трубок теплообменного элемента пучка, причем внутренние трубки теплообменного элемента пучка выполнены, например, пружинно-витыми или в форме витых труб «конфузор-диффузор».

Исполнение трубного пучка в виде теплообменных элементов типа «труба в трубе» с внутренними трубками в форме пружинно-витых каналов или витых труб «конфузор-диффузор» создает возможность организовать высокие скорости движения среды в межтрубном пространстве теплообменного элемента, что, во-первых, существенно увеличивает коэффициенты теплоотдачи от греющего теплоагента к стенке и, во-вторых, реализует эффект срыва конденсатной пленки с внешней поверхности внутренних трубок теплообменного элемента и переход пленочной конденсации в капельную, способствуя увеличению коэффициентов теплоотдачи на внешней стенке внутренних трубок теплообменного элемента.

Полезная модель относится к аппаратам теплообмена и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.

Известны теплообменные аппараты в которых жидкая среда распределяется по вертикальной поверхности труб, образуя на них жидкостную пленку. Пар или газ, распределяясь на ряд потоков, проходит через аппарат и контактирует с пленкой жидкости, образуя с ней общую поверхность теплообмена (см. В.М.Олевский «Пленочная тепло- и массообменная аппаратура». - М., Химия. 1988. 239 с.).

В известных массообменных аппаратах весьма сложно обеспечить равномерное распределение жидкости по всем трубкам, особенно для режимов с малым расходом сред.

Наиболее близким к предполагаемому техническому решению относятся кожухотрубчатые теплообменники, состоящие из корпуса и приваренных к нему трубных решеток. В трубных решетках закреплен пучок труб. В межтрубном пространстве корпуса установлены сегментные перегородки. К трубным решеткам крепятся крышки (см. А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М., Химия. 1971 - с.344).

Недостатком прототипа является низкий коэффициент теплопередачи на внешних поверхностях теплообменных труб из-за малых скоростей рабочих сред в межтрубном пространстве.

Задачей полезной модели является интенсификация теплообмена за счет увеличения коэффициента теплоотдачи на внешних стенках теплообменных труб в межтрубном пространстве.

Результат достигается тем, что в кожухотрубчатом теплообменнике, содержащем корпус, трубные решетки, в которых закреплен трубный пучок, который согласно полезной модели выполнен из теплообменных элементов типа «труба в трубе». Внешние трубы теплообменных элементов пучка закреплены в дополнительных трубных решетках, установленных в корпусе между трубными решетками внутренних трубок теплообменного элемента пучка.

Результат достигается также тем, что внутренние трубки теплообменного элемента пучка выполнены пружинно-витыми или в форме витых труб «конфузор-диффузор».

Отличительным признаком предлагаемого кожухотрубчатого теплообменника от указанного прототипа является выполнение пучка труб из теплообменных элементов типа «труба в трубе», при этом внутренние трубки могут быть или пружинно-витыми, или в форме витых труб «конфузор-диффузор».

Предлагаемый кожухотрубчатый теплообменник представлен на фиг.1 (там же А - узел трубного пучка с внутренними трубками, выполненными с пружинно-витыми каналами, Б - с витыми трубами «конфузор-диффузор»).

Кожухатрубчатый теплообменник состоит из корпуса 1 и приваренных к нему трубных решеток 2, в которых закреплены внешние трубы 3 теплообменных элементов трубного пучка типа «труба в трубе» 4. Трубные решетки 2 установлены между трубными решетками 5, в которых закреплены внутренние трубки 6 теплообменных элементов трубного пучка 4, выполненные, например в виде пружинно-витых каналов или в форме витых труб «конфузор-диффузор». К трубным решеткам 2 прикреплены обечайки 7 в верхнюю из которых установлен штуцер 8 для ввода теплоагента в межтрубное пространство внешней 3 и внутренней 6 труб теплообменных элементов типа «труба в трубе» трубного пучка 4. На обечайках 7 смонтированы соответсвенно днища 9 и 10. Верхнее днище 9 имеет перегородку 11, делящую днище на секции I и II и штуцер 12 для ввода и 13 для вывода нагреваемой среды, например, воды из внутренних трубок 6 теплообменных элементов пучка 4.

Кожухотрубчатый теплообменник работает следующим образом. Через штуцер 12 нагреваемая среда (вода) попадает через I-ую секцию в крышке 9 во внутренние трубки 6, представляющие собой или пружинно-витые каналы, или витые трубы «конфузор-диффузор». Двигаясь по трубкам 6 среда закручивается, дойдя до плавающей головки 15. Далее поток разворачивается и направляется во 11-ую секцию теплообменника.

Одновременно через штуцер 8 подают теплоагент, например, пар, который перемещаясь по межтрубному пространству между внешней 3 и внутренней 6 трубками трубного пучка 4 нагревает среду через стенку трубок 6.

Так как скорость теплоагента в межтрубном пространстве теплообменного элемента достаточно высока в этом случае растут значения критериев Рейнольдса, что обеспечивает существенное увеличение коэффициента теплоотдачи от пара к стенке. Кроме того, в стесненном кольцевом межтрубном пространстве теплообменного элемента типа «труба в трубе» 4, при выполнении внутренних трубок 6 в виде пружинно-витых каналов или в форме витых труб конфузор-диффузор в особой степени реализуется эффект закручивания теплоагента на внешней стенке трубы 6, что вызывает срыв конденсатной пленки с поверхности трубок 6 и переход пленочной конденсации в капельную, вызывая на порядок рост коэффициентов теплоотдачи.

Учитывая высокую эффективность предлагаемого теплообменника, данная конструкция может быть использована для нагрева высоковязких и аномально-вязких сред (нефть, мазут и т.д.), так как быстрый разогрев среды позволяет обеспечить высокие циркуляционные токи в проточной части внутренних трубок 6, вызывая высокие коэффициенты теплоотдачи от внутренней стенки трубы 6 в ядро потока нагреваемой среды.

Рост коэффициентов теплоотдачи в аппарате способствует общему увеличению коэффициента теплопередачи в кожутрубчатом теплообменнике, что положительно отразится на его габаритных размерах и гидравлических характеристиках. Важной особенностью предлагаемого теплообменника является оригинальная компоновка его трубного пучка. Это, во-первых, позволяет организовать взаимное движение сред, приближающееся к эффективной схеме чистого противотока, а, во-вторых, за счет наличия плавающей головки, существенно гасить температурные деформации в трубном пучке при возникающих высоких температурных напорах.

Таким образом, предлагаемая конструкция теплообменника может быть использована для нагрева (охлаждения) широкого спектра жидких сред при высоких температурных градиентах, так как предотвращаются температурные деформации и нарушение плотности соединения труб с трубными решетками.

1. Кожухотрубчатый теплообменник, содержащий корпус, трубные решетки, в которых закреплен пучок труб, отличающийся тем, что трубный пучок выполнен из теплообменных элементов типа «труба в трубе», внешние трубки теплообменных элементов пучка закреплены в дополнительных трубных решетках, установленных в корпусе между трубными решетками внутренних трубок теплообменных элементов пучка.

2. Кожухотрубчатый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что внутренние трубки теплообменных элементов выполнены пружинно-витыми или в форме витых труб «конфузор-диффузор».