Входная камера теплообменника
Использование: в теплотехнике, преимущественно в конструкциях подогревателей холодных газовых сбросов, применяемых в нефтехимии, нефтегазопереработке и других отраслях промышленности . Сущность изобретения: входная камера теплообменника образована крышкой 1 и трубной решеткой 2 с закрепленными в ней концами теплообменных труб 3 и содержит защитное устройство в виде пакета экранов 4 с отверстиями 5. Пакет экранов 4 размещен над концами труб 3 отверстия 5 в каждом экране 4 выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб 3, и расположены соосно последним, а экраны 4 в пакете установлены на расстояниях друг от друга, определяемых из соотношения ln п d2/4D, где п - количество труб 3; d - внутренний диаметр трубы 3; D - внутренний диаметр крышки-1. Конструкция обеспечивает равномерное распределение потока по трубам и повышает надежность теплообменника . 1 з. п. ф-лы, 1 ил. W Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)з F 28 F 9/02
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Й г
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
1 21) 4899970/06 (22) 08.01.91 (46) 07,12.92. Бюл. М 45 (71) Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры (72) М. И. Филимонов, Б, Г. Толкушев и А Н. Карагодин (73) Центральное конструкторское бюро нефтеаппаратуры (56) Авторское свидетельство СССР
N 1298506, кл. F 28 F 9/02, 1985. (54) ВХОДНАЯ КАМЕРА ТЕПЛООБМЕННИКА (57) Использование: в теплотехнике, преимущественно в конструкциях подогревателей холодных газовых сбросов, применяемых в нефтехимии, нефтегазопереработке и других отраслях промышленноИзобретение относится к теплообменникам, преимущественно к подогревателям холодных газовых сбросов, и может быть использовано в нефтехимии, нефтегазопереработке и в других отраслях промышленности.
Известен теплообменный аппарат no ( авт. св. СССР N. 1232924 кл. F 28 Г 9/02) с входной распредкамерой, выполненной без защитного устройства, Недостатком таких аппаратов является их ненадежная работа из-за эрозионного износа трубной решетки и торцевых сварных швов труб при использовании среды трубного пространства, содержащей твердые частицы, а также при использовании подогрева рабочих сред с большим перепадом температур... Ж 1780579 А3 сти. Сущность изобретения: входная камера теплообменника образована крышкой 1 и трубной решеткой 2 с закрепленными в ней концами теплообменных труб 3 и содержит защитное устройство в виде пакета экранов
4 с отверстиями 5. Пакет экранов 4 размещен над концами труб 3 отверстия 5 в каждом экране 4 выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб 3, и расположены соосно последним;а экраны
4 в пакете установлены на расстояниях друг от друга, определяемых из соотношения ln<
< n d /4D, где и — количество труб 3; d— г внутренний диаметр трубы 3; Π— внутренний диаметр крышки.1. Конструкция обеспечивает равномерное распределение потока по трубам и повышает надежность теплообменника. 1 з. и, ф лы, 1 ил.
Известен распределительный коллектор теплообменника (авт. св. СССР М
840671, кл. F 28 F 9/02), содержащий корпус с установленным в нем фильтром в виде фильтрующего слоя, размещенного в перфорированной оболочке, и распределительной камерой. использующей длину, превышающую радиус корпуса.
Недостатками данной конструкции является то, что такая конструкция эффективна для малых диаметров распределительных камер, где вход газовой среды осуществляется по всему сечению камеры, т. е. распределительная камера является частью входной трубы. Кроме того, такая камера громоздка и не защищает от образования местных зон захолаживания трубной решетки из-эа отсутствия отсеков, уменьшающихся к трубной решетке.
1780579
Известно также техническое решение (1) выбрэнног за прототип, содержащее защитное устройство, выполненное в виде нескольких рядов сеток .с различным размером ячеек в каждой сетке. Такая конструкция позволяет защитить трубную решетку от эрозионного износа.
Недостатком этого технического решения является возникновение местных зон эахолаживания трубной решетки при использовании в качестве среды трубного прострэнства холодных газовых сбросов, вследствие чего снижается эксплуатэционнэя надежность аппарата в целом.
Техническая система, которая существует в аналогах и прототипе находится в техническом противоречии относительно узлового компонента системы — трубной решетки. Трубная решетка должна быть для выполнения функции разграничения трубного и межтрубного пространства, но при этом на ней возникают зоны зэхолаживэния и, следовательно. снйжэется эксплуатационная надежность аппарата. И наоборот, при отсутствии в системе трубной решетки зоны зэхолаживания отсутствуют, повышается эксплуатационйая надежность, но при этом не выполняется функция разграниче ния трубного и межтрубного-пространства.
T. е. трубная решетка должна быть, чтобы выполнять функцию разграничения трубного и межтрубного пространства и ее не должно быть, чтобы аппарат был надежным.
Целью изобретения является повышение нэде>кности путем равномерного распределения потока по трубам, Указанная цель достигается тем, что во входной камере теплообменника, преимущественно подогревателя газовых сбросов, образованной крышкой и трубной решеткой с закрепленными в ней концами теплообменных труб и содержащей защитное устройство в виде пакета экранов с отверстиями, согласно изобретению пакет экранов размещен над концами труб, отверстия в каждом экране выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположены соосно последним. а экраны в пакете установлены на расстояниях одйн от другого. определяемых из соотношения и ф
4 Г) где n — количество труб:
d — внутренний диэметр трубы:
0 — внутренний диаметр крышки.
Расстояния лежку экранэми выполнены уменьшающимися в направлении к трубной рейетке
Размещение пакета экранов над концами труб позволяет создать в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки для термической рабочей среды и
5 снизить ее скорость, исключив тем самым термический удар потокэ среды непосредственно о трубную решетку, а следовательно, и образование зоны местного зэхолаживэния или нагрева торцовой по10 верхности трубной решЫтки.
Выполнение в каждом экране отверстий с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб и расположение соосно последним позволяет направить
15 термическую рабочую среду в каждую трубу с наименьшим сопротивлением и защитить торцовые сварные швы труб и торец трубной решетки от прямого термического удара потока среды, 20 Минимальный диаметр отверстия определяется проходным сечением входного штуцерэ, э максимальный — обеспечением защиты торцового сварного шва трубы.
Наибольшая надежность работы вход25 ной камеры теплообменника достигается, при расстоянии между экрэнами защитного и С)2
УстРойства In < 4,О, где и — количЕство . труб; d — внутренййй диаметр труб, D - внутренний диаметр крышки..
Выбор такого расстояния между экранами обусловлен необходимостью создания застойных зон среды между экранами для
35 обеспечения защитного слоя из самой среды. Среда сама создает защитный слой перед торцовой поверхностью решетки в отсеках экранов путем послойного прогрева или охлаждения застойных зон в нэправле40 нии от трубной решетки.
Местные застойные эоны гарантированно образуются в отсеках при их максимальном проходном сечении, не превышающем суммарного проходного се45 чения труб.
Тэк как максимальное проходное сечение расположено по кольцу
Sore = 7 0.Iï
50 и л С12
), >труб—
Тогда т D.l„( п ãд и 4
Упростив выражение, получаем 0 п d2
Io с -----: Io с — — -- .
4 4Г)
1780579
Выражение позволяет рассчитать мак- температуры выходнбго потока. Т. е. известсимальное расстояние между экранами"за=- ный экран является дополнительной стущитного устройства. пенью предварительного теплообмена с
Увеличение расстояния больше макси- подачей дополнительного потока теплономального расчетного приведет к обраэова- 5 сителя, нию вихревых потоков в отсеках между — В предложенном же решении размещеэкранами и непосредствейно в зоне перед ния пакета экранов над концами труб, выторцом трубной решетки, что в свою оче- полнение в каждом экране отверстий с редь приведет к образованию местных эон диаметром, не превышающим внутренний захолаживания или нагрева торцов труб и 10 диаметр труб, и расположение соосно потрубной решетки и к снижению надежности следним, создает в непосредственной близости к трубной решетке застойные отсеки
Минимальное расстояние между экра- для рабочей среды по всей торцовой повернамии их количествообусловленотемпера- . хности трубной решетки и позволяет тем турой и скоростью входящей рабочей 15 самым защитить торец решетки от прямого среды, а также диаметром входного патруб- удара термического потока рабочей среды.
Таким образом, совокупностЬ отличиУменьшение расстояния In между акра- тельных признаков заявляемого техниченами по направлению движения холодной ского решения позволяет решить среды к трубной решетке обусловлено сни- 20 противоречия, возникающие в технической жением вероятности образования вихревых системе аналог-прототйп, потоков в отсеках между экранами и непос-" Ни в патентной, ни в технической литередственно в зоне перед решеткой, что в ратуре не обнаружено указанной отличисвою очередь приведет к снижению вероят- тельной части формулы изобретения ности образования местных зон захолажй- 25 совокупности отличительных признаков, : вайия или нагрева торцов труб и трубйой следовательно техническое решение соотрешетки и повышению надежности тепло -* " ветствует критерию "существенные отлиобмен ника, чия".
Авт вторам известны защитные устройст- На чертеже 1 изображена входная камева камеры теплообменника, выполненные в 30 ра теплообменника. виде экрана конической формы с отверсти- Входная камера теплообменника, преями и прорезями по авт. св. СССР ¹ 515023, имущественно подогревателя газовых сброкл. F 28 F 9/02, ¹ 877309, кл. F 28 F 9/02 и сов образована крышкой 1 и трубной № 1201660. кл. F 28 F 10/02. решеткой 2 с закрепленными в ней концами
Однако экраны такого типа служат толь- 35 теплообменных труб 3 и содержит защитное ко как отбойник рабочей среды.. устройство в виде пакета экранов 4 с отверВ предложенном же решении размеще- стиями 5. Пакет экранов 4 размещен над ние пакета экранов над концами труб, вы- концами труб 3, отверстия 5 в каждом экраполнение в каждом экране отверстий с не 4 выполнены с диаметром, не превыша- диаметром, не превышающим внутренний 40 ющим внутренний диаметр труб 3, и . диаметр труб, и расположение соосно no- расположены соосно последним, а экраны 4 следним, создает в непосредственной бли- в пакете установлен@-на расстояниях один зости к трубной решетке застойные отсеки от другого, определяемых из соотношения для рабочей среды по всей торцовой повер- .ф и Г хности трубной решетки и позволяет тем 45 In с 4 > где и — количество труб 3; d — внутсамым защитить торец решетки от прямого енний иамет т бы удара термического потока рабочей среды.
Известно выполнение экрана, предназ- „бной диаметр крышки 1, Экраны 4 зак еплены на щ ы трубной решетке 2 при помощи болтового соединения 6 и втулок 7, выполненных дливредного воздействия перепада темпера- 50 тур из двух кольцевых пластин, установленной, равной расчетному асстоянию ных на небольшо н не ольшом расстоянии от трубной образуют отсеки 8, связанные между собой отверстиями 5. При этом расстояние между о ом между со ой (см. патент экранами 4 уменьшается в напра в и виж движения холодной среды к трубной решетн ми по периметру закрыт 5 обечайкой, и через пластину проходят труб- В процессе работы подогревателя газо""ы соос" "" емн "ы вых сбросов поток холодных газов поступами т у ами и своими концами входящие в эти трубы. В полость между пластинами по- "" дается теплообме менная среда для изменения наталкивается нз первый экран 4 защитного
1780579
30 с
Составитель M.Ôèëèìîíîâ
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M,Êåðåöìàí
Редактор 1 Л. Волкова
Заказ 4447 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 устройства, теряет свою скорость и проходит через отверстия 5 в отсеки 8 пакета экранов 4 и в трубы 3, Расстояния между экранами 4, рассчитанные по формуле, обеспечивают создание в каждом отсеке 8 5 сопротивления, меньшего, чем сопротивление в трубах 3, что обеспечит при установившемся режиме работы подогревателя равномерйое распределения йотока йо тру- бам и создаст защитные подогретые слои в 10 отсеках из самой среды перед торцами труб
3 и решетки 2 по всему сечению и-исключит тем самым местные зоны захолаживания торцов труб 3 и трубной решетки 2, Кроме того. умейьшение расстояния In 15 между экранами 4 по направлению движения холодной среды к,трубной решетке 2 снижает вероятность образования вихревых потоков в отсеках 8 между экранами 4 и непосредственно в зоне перед решеткой 2, 20 что в свою очередь приводит к снижению . вероятйости образования местных 30Н за- холаживания торцов труб и трубной решетки и повышает надежность подогревателя.. Таким образом, применение изобрете- 25 ния позволяет равномерно распределить поток по трубам и исключить образование местных термических зон на торцах трубной решетки и труб, тем самым повысить надежность.
Формула изобретения
1. Входная камера теплообменника, преимущественно подогревателя газовых сбросов, образованная крышкой и трубной решеткой с закрепленными в ней концами теплообменйых труб и содержащая защитное устройство в виде пакета экранов с отверстиями, отл ич а ю ща я с ятем, что,с целью повышения надежности путем равномерного распределения потока по,трубам, пакет экранов размещен над концами труб, отверстия в каждом экране выполнены с диаметром, не превышающим внутренний диаметр труб, и расположены соосно последним, а экраны в пакете установлены на расстояниях друг от друга, определяемых из соотношения
n (P, In<4 ) где и — количество труб; д — внутренний диаметр труб;
D — внутренний диаметр крышки.
2, Камера по и. 1, отл и ч а ю ща я с я тем, что расстояние между экранами выполнаны уменьшающимися в направлении к трубной решетке.
