Теплозащитная вставка и устройство теплозащиты для теплообменных аппаратов

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов, представляющая собой патрубок, который вставляется в теплообменные трубы с зазором и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, причем, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка имеются выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. Патрубок может быть выполнен из тонкого упругого листового материала и иметь продольный разрез, что обеспечивает удержание патрубка в теплообменных трубах за счет сил упругости. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, могут иметься надрезы и отогнутые части, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Устройство теплозащиты включает теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке, который установлен на трубной решетке и удерживается теплозащитными вставками. Техническим результатом является обеспечение эффективной теплозащиты трубных решеток теплообменных аппаратов с помощью теплозащитных вставок, имеющих простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобных при монтаже и демонтаже. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Широко распространены теплообменные аппараты, в которых имеются теплообменные трубы, закрепленные в трубных решетках. Существуют вставки для теплообменных аппаратов, составной частью которых является цилиндрический патрубок, который вставляется в теплообменные трубы, например, распределительные устройства для пленочных испарителей (Патент РФ №2178324, Пленочный выпарной аппарат, Опубл. 20.01.2002, бюл. №22).

Узел крепления труб к трубным решеткам является слабым местом теплообменных аппаратов. Основными способами крепления труб к трубным решеткам являются развальцовка, сварка и развальцовка с обваркой. Вследствие разных давлений теплоносителей, разного температурного удлинения теплообменных труб в трубном пучке и тепловой деформации трубной решетки в узле крепления возникают значительные нагрузки. Вследствие высокой теплопроводности металла градиенты температур и деформации трубной решетки в большинстве случаев малы, но при большой разности температур теплоносителей и высоком коэффициенте теплопередачи деформация трубной решетки и закрепленной части труб может существенно повлиять на прочность узла крепления. При нагреве до высокой температуры снижаются прочностные характеристики материала трубной решетки и теплообменных труб. Вследствие неоднократного включения и выключения теплообменника в работу и вследствие колебаний режима работы нагрузки имеют циклический характер и возникают усталостные явления. В случае разрушения или разгерметизации узла крепления труб к трубным решеткам, как правило, требуется немедленная остановка теплообменника, что может принести значительный экономический ущерб, вследствие нарушения режима работы или аварийной остановки технологических установок. Для защиты трубных решеток и узлов крепления труб используют теплозащиту в виде защитных покрытий, футеровок, вставок из материалов с низкой теплопроводностью. Однако, эти средства теплозащиты сравнительно дороги, требуют дополнительных затрат на ремонт самой теплозащиты, затрудняют чистку теплообменных труб, ремонт и обслуживание теплообменника. По этим причинам теплозащита используется сравнительно редко и в основном в случаях, когда она «совершенно необходима». Существуют также вставки для теплообменных труб различного назначения, составной частью которых является цилиндрический патрубок, который вставляется в теплообменные трубы, например, распределительные устройства для пленочных испарителей. Однако такие вставки не предназначены для теплозащиты узлов теплообменника.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство для защиты передней трубной доски кожухотрубных теплообменников, в котором на некотором расстоянии от трубной доски расположен плоский экран с вваренными в него трубками, входящими с небольшим зазором в трубки теплообменника. Для компенсации температурных деформаций плоский экран выполнен из отдельных пластин, соединяемых замком. Для снижения утечки газа в кольцевой зазор между трубками и стенками теплообменных труб вставляются шайбы или секторные диафрагмы (А.с. СССР №131361, Устройство для защиты передней трубной доски кожухотрубных теплообменников, Опубл. 17.11.1966, бюл. №23).

Такое устройство предназначено для защиты трубной решетки (трубной доски) при температуре охлаждаемого газа превышающей 800°С. Между защитным экраном и трубной решеткой предполагается подача охлаждающего воздуха. Таким образом, защитный экран исключает контакт горячего газа с трубной решеткой и значительно снижает передачу тепла за счет излучения. Конструкция является достаточно сложной при изготовлении и монтаже, и применима только для охлаждения горячего газа при отсутствии перепада давления между газом и охлаждающим воздухом и допустимости утечек воздуха в газ или газа в воздух. Шайба и трубка, входящая в трубки теплообменника значительно уменьшают площадь входного сечения и создают дополнительное гидравлическое сопротивление.

Задачей изобретения является обеспечение эффективной теплозащиты трубных решеток теплообменных аппаратов с помощью теплозащитных вставок, имеющих простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобных при монтаже и демонтаже.

Технический результат достигается тем, что в известной теплозащитной вставке для теплообменных аппаратов, представляющей собой патрубок, который вставлен в теплообменные трубы с зазором, и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, согласно изобретению, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка расположены выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. Патрубок выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, выполнены надрезы и отогнутые части стенки патрубка, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Кроме того теплозащитные вставки используются в устройстве теплозащиты трубной решетки теплообменника, в котором, на трубной решетке установлен теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке.

Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов представляет собой патрубок, который вставляется в теплообменные трубы с зазором, и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке. Причем, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка имеются выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. В узле крепления трубы к трубной решетке небольшая часть теплообменной трубы выступает за пределы трубной решетки, а в случае обварки, за пределы трубной решетки выступает и сварной шов. То, что пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями, позволяет отделить часть пространства вблизи узла крепления трубы к трубной решетке, то есть образуется зазор между поверхностью шайбы и поверхностью узла крепления. Зазор имеется также между патрубком и поверхностью теплообменной трубы. Эти зазоры сообщаются между собой и с пространством рабочей камеры теплообменника. При работе теплообменника горячий теплоноситель поступает и в зазоры между стенками теплозащитной вставки и поверхностями узла крепления трубы к трубной решетке, но движение теплоносителя в узком зазоре затруднено, и его можно считать практически неподвижным. Теплопередача от горячего теплоносителя к поверхностям узла крепления трубы к трубной решетке зависит от коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к поверхности теплозащитной вставки, коэффициента теплоотдачи от поверхности теплозащитной вставки к теплоносителю в зазоре, теплопроводности теплоносителя в зазоре и коэффициента теплоотдачи от теплоносителя в зазоре к поверхностям узла крепления трубы к трубной решетке. Учитывая, что для неподвижного теплоносителя коэффициенты теплоотдачи и коэффициент теплопередачи очень низкие, общий коэффициент теплопередачи снижается в несколько раз, а в некоторых случаях в несколько десятков раз. Пластины в виде шайб перекрывают большую часть поверхности трубной решетки. Для повышения эффективности теплозащиты шайбы могут быть выполнены в виде правильных шестиугольников для теплообменников с расположением теплообменных труб по вершинам треугольников или в виде квадратов для теплообменников с расположением труб по вершинам квадратов. Таким образом, теплозащитные вставки обеспечивают эффективную теплозащиту трубной решетки и узлов крепления труб к трубной решетке, позволяют снизить температуру трубной решетки и градиенты температуры в трубной решетке. Снижение температуры повышает прочностные характеристики металла, а снижение градиентов температуры уменьшает температурные деформации трубной решетки и закрепленной части теплообменных труб, что обеспечивает повышение надежности узлов крепления труб к трубной решетке. Теплозащитные вставки жесткой конструкции могут удерживаться в теплообменных трубах за счет собственного веса или за счет соединения с натягом. При отсутствии соединения с натягом теплозащитные вставки могут просто выпасть, например, в горизонтальном аппарате, а при соединении с натягом требуются усилия при монтаже и демонтаже, что требует дополнительных затрат и повышает требования к прочности самих вставок. Для обеспечения соединения с натягом требуется высокая точность изготовления патрубков. Использование дополнительных удерживающих устройств усложняет конструкцию и требует дополнительных затрат. То, что патрубок выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез, позволяет удерживать патрубки в трубах за счет сил упругости. Патрубок с продольным разрезом имеет диаметр немного больший, чем внутренний диаметр теплообменной трубы. При монтаже патрубок сжимают и вставляют в теплообменную трубу, он распрямляется и надежно удерживается в трубе. Выступы на наружной поверхности патрубка упираются в стенки теплообменной трубы, и создается узкий кольцевой зазор между стенкой патрубка и стенкой теплообменной трубы. Для обеспечения возможности сжатия патрубка пластина в виде шайбы может быть прикреплена к патрубку свободно. Патрубок может иметь часть, выступающую за пределы трубной решетки. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, могут быть выполнены надрезы и отогнутые части стенки патрубка, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Если, например, надрез выполнен вдоль патрубка, а в конце надреза имеется надрез в кольцевом направлении, а затем часть стенки патрубка отогнута наружу, то отогнутая часть стенки патрубка препятствует перемещению шайбы вдоль патрубка. В стенке патрубка образуется щель, через которую поступает часть теплоносителя. Вход теплоносителя через щель происходит в тангенциальном направлении, что приводит к закручиванию потока, то есть выступающая за пределы трубной решетки часть патрубка может выполнять функции завихрителя. Выступающая за пределы трубной решетки часть патрубка позволяет облегчить работы по монтажу и демонтажу теплозащитных вставок. Выступающую часть легко захватить руками или инструментом, например, плоскогубцами, и повернуть вставку в нужное положение при монтаже или извлечь вставку при демонтаже. Для усиления теплозащиты на трубной решетке может быть установлен теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке. В этом случае теплозащитные вставки обеспечивают второй слой теплозащиты, удерживают теплозащитный экран и закрывают зазоры между краями отверстий в теплозащитном экране и стенками патрубков. Таким образом, теплозащитные вставки обеспечивают эффективную теплозащиту трубных решеток теплообменных аппаратов, имеют простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобны при монтаже и демонтаже.

На фиг. 1 изображена теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов. На фиг. 2 изображена теплозащитная вставка, на патрубке которой имеется продольный разрез, а на выступающей части патрубка выполнены надрезы и отогнутые части, образующие завихритель. На фиг. 3 изображен вид такой вставки со стороны трубной решетки. На фиг. 4 изображено устройство теплозащиты, включающее теплозащитные вставки и теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке.

В трубной решетке 1 закреплена теплообменная труба 2. В теплообменную трубу 2 вставлена теплозащитная вставка, состоящая из патрубка 3 с выступами 4 на наружной поверхности и шайбы 5 с отогнутыми в сторону трубной решетки 1 краями. Шайба 5 прикреплена к патрубку 3, например, с помощью сварки. Патрубок 3 может быть выполнен из тонкого упругого листового материала и иметь продольный разрез 6. На фиг. 3 показано, что щель, которая образуется в стенке патрубка 3 из-за продольного разреза 6, закрывается за счет небольшого отгиба на одной из частей патрубка 3 в разрезе 6. На части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1 могут быть выполнены надрезы 7 и отогнутые части стенки патрубка 8, которые удерживают шайбу 3 и одновременно играют роль завихрителя. Прикреплять шайбу 5 к патрубку 3 в этом случае не обязательно. На трубной решетке 1 может быть установлен теплозащитный экран 9 в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке. За счет выступов 4 на наружной стенке патрубка 3 образуется узкий кольцевой зазор между стенкой патрубка 3 и стенкой теплообменной трубы 2. Шайба 5 с отогнутыми в сторону трубной решетки 1 краями закрывает область крепления теплообменной трубы 2 к трубной решетке 1 и образуется зазор между поверхностью шайбы 5 и трубной решетки 1. Зазоры между поверхностями теплозащитной вставки и поверхностями теплообменника сообщаются между собой и с трубным пространством теплообменника. При работе теплообменника зазоры заполняются теплоносителем, но движение теплоносителя в узком зазоре затруднено. Коэффициент теплопередачи через слой малоподвижного теплоносителя низкий. Шайбы 5 закрывают большую часть поверхности трубной решетки. Таким образом, теплозащитные вставки снижают подвод тепла к трубной решетке 1 в несколько раз и позволяют снизить температуру трубной решетки и градиенты температуры в трубной решетке 1. Снижение температуры повышает прочностные характеристики металла, а снижение градиентов температуры уменьшает температурные деформации трубной решетки 1 и закрепленной части теплообменных труб 2, что обеспечивает повышение надежности узла крепления труб к трубной решетке. То, что патрубок 3 выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез 6, обеспечивает удержание патрубка 3 в теплообменной трубе 2 за счет силы упругости и позволяет легко монтировать и демонтировать теплозащитную вставку. То, что на части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1, выполнены надрезы 7 и отогнутые части стенки патрубка 8, не позволяет шайбе 5 смещаться вдоль патрубка 3, то есть обеспечивается прижатие шайбы 5 к трубной решетке 1. Отогнутые части стенки патрубка 8 и щели, образующиеся в стенках на части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1, обеспечивают тангенциальный вход части теплоносителя и закручивание потока, то есть выполняют роль завихрителя. Части патрубка 3, выступающей за пределы трубной решетки 1, можно ухватить руками или инструментом, что облегчает монтаж и демонтаж теплозащитных вставок. Для усиления теплозащиты может использоваться устройство теплозащиты, включающее теплозащитные вставки и теплозащитный экран 9 в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке. В этом случае теплозащитные вставки обеспечивают второй слой теплозащиты, удерживают теплозащитный экран 9 и закрывают зазоры между краями отверстий в теплозащитном экране и стенками патрубков 3.

1. Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов, представляющая собой патрубок, который вставлен в теплообменные трубы с зазором и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, отличающаяся тем, что для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка расположены выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями.

2. Теплозащитная вставка по п. 1, отличающаяся тем, что патрубок выполнен из тонкого упругого листового материала и имеет продольный разрез.

3. Теплозащитная вставка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что на части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, выполнены надрезы и отогнутые части стенки патрубка, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя.

4. Устройство теплозащиты трубной решетки теплообменника, в котором используется изобретение по п. 1, отличающееся тем, что на трубной решетке установлен теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в кожухотрубных теплообменниках. Работающий на ОГ теплообменник (1), в частности для использования в автомобиле, содержащий, по меньшей мере, один направляющий первую текучую среду первый проточный канал (2), концы которого размещены в трубной доске (3), кожух (4), окружающий первый проточный канал (2), причем кожух (4) имеет входное и выходное отверстия и образует второй проточный канал (10) для второй текучей среды, причем через кожух (4) протекает вторая текучая среда, а первый проточный канал (2) обтекается ею, трубные доски (3) установлены в кожухе (4) так, что первый проточный канал (2) герметизирован от второго проточного канала (10), первый диффузор (5.1), подающий первую текучую среду в первый проточный канал (2), и второй диффузор (5.2), выводящий ее из него.

Изобретение относится к силовым зажимным устройствам, обеспечивающим надежное соединение деталей, при простоте конструкции устройства и соединяемых элементов, снижение трудоемкости монтажных и демонтажных работ, возможности многократного применения в различных средах и может быть использовано в разных отраслях народного хозяйства, в трубопроводном транспорте, в строительстве, шахто- и метростроения, судостроения и т.д.

Изобретение относится к элементам аппаратов лесохимического производства и, в частности, уплотняющим устройствам камер для пиролиза древесины. .

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в качестве конденсатора паровой турбины Целью изобретения является повышение эффективности работы конденсатора путем интенсификации теплообмена между паром и конденсатом.

Изобретение относится к теплообменным аппаратам с каналами, образованным трубчатыми элементами, и может быть использовано при создании газо-газовых рекуператоров, подогревателей и холодильников с высокой производительностью.

Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства, преимущественно в промышленных биогазовых установках.

Изобретение относится к теплообменному устройству на основе пульсационной тепловой трубы и системе охлаждения. Система охлаждения, содержащая множество блоков, которые механически соединены друг с другом, причем каждый блок содержит теплообменное устройство на основе пульсационной тепловой трубы; и устройство коммутации, причем устройство коммутации находится в физическом контакте с упомянутым, теплообменным устройством для переноса тепловой нагрузки из устройства коммутации в теплообменное устройство, и между двумя соседними блоками обеспечен электроизолирующий элемент, при этом теплообменное устройство содержит множество трубок для обеспечения путей протекания текучей среды между первым и вторым элементами распределения текучей среды теплообменного устройства, причем каждая трубка содержит группу каналов, при этом как первый, так и второй элементы распределения текучей среды содержат, пластину первого типа, причем каждая пластина первого типа имеет отверстия для обеспечения выравнивания множества трубок, пластины первого типа имеют одинаковую толщину, первый элемент распределения текучей среды содержит пластину второго типа, пластина второго типа имеет отверстия для обеспечения путей протекания текучей среды между трубками из множества трубок, и пластина второго типа расположена с противоположной стороны пластины первого типа из пластин первого элемента распределения текучей среды относительно второго элемента распределения текучей среды.

Техническое решение относится к области теплотехники, а именно к аппаратам, преимущественно большого диаметра и/или большой единичной мощности для осуществления теплообмена жидких и газообразных сред, и может быть использовано в технологических процессах в различных областях народного хозяйства, в том числе нефтеперерабатывающей и нефтехимической.

Изобретение относится к области военной техники как защита от выявления места расположения агрегатов оборонного назначения, выделяющих в процессе эксплуатации тепловую энергию.

Устройство теплообменника, в частности, для отопителя транспортного средства, содержащее корпус (10) теплообменника с впускным отверстием (22) среды теплоносителя и выпускным отверстием (24) среды теплоносителя, присоединительные патрубки (26, 28), которые могут быть вставлены в отверстия (22, 24), причем в корпусе (10) теплообменника предусмотрена, по меньшей мере, одна выполненная в корпусе выемка (34, 36, 38, 40) для зацепления фиксирующего элемента, а в присоединительных патрубках (26, 28) предусмотрена, по меньшей мере, одна выемка (42) для размещения фиксирующего элемента (44), причем фиксирующий элемент располагают таким образом, что он входит в зацепление с присоединительными патрубками (26, 28) на корпусе (10) теплообменника через выемки (34, 36, 38, 40) в корпусе (10) и через выемки (42) в присоединительных патрубках (26, 28), при этом фиксирующий элемент (44) может входить в зацепление областью фиксации (58) с фиксирующим выступом (62).

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок.

Изобретение относится к теплообменнику (1) для непрямой передачи тепла между первой средой (4) и второй средой (4а), содержащему: бак (2), который имеет внутреннее пространство (I) для приема двухфазной первой среды (4); пластинчатый теплообменник (5), установленный внутри внутреннего пространства (I), для непрямой передачи тепла между первой средой (4) и второй средой (4а), в котором внутреннее пространство (I) выполнено для приема первой среды (4) с таким уровнем заполнения (3), что жидкая фаза (38) первой среды (4) образует ванну, окружающую пластинчатый теплообменник (5); и вход (6) выше уровня заполнения (3) для введения первой среды (4) во внутреннее пространство (I).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системе охлаждения наддувочного воздуха. Система охлаждения (1) для транспортного средства промышленного назначения содержит охладитель (2) наддувочного воздуха.

Изобретение относится к кожухотрубным теплообменникам, в частности, для химической или нефтехимической промышленности. Теплообменник (1), содержащий первый наружный кожух (2) и трубный пучок (3), входные и выходные стыковочные узлы, сообщающиеся с межтрубным пространством и внутритрубным пространством для подачи первой текучей среды и второй текучей среды соответственно, при этом теплообменник содержит второй кожух (4), расположенный внутри первого кожуха (2) и охватывающий трубный пучок (3).

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, снабженных системами рециркуляции отработавших газов. Охладитель (300) системы рециркуляции отработавших газов содержит канал хладагента, первый канал отработавших газов и второй канал отработавших газов.

Изобретение относится к области теплообменного оборудования, используемого в различных отраслях промышленности, в частности к змеевиковым теплообменникам, которые могут быть применены в системах аварийного расхолаживания ядерных энергетических установок.

Изобретение относится к теплообменному оборудованию и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплозащитная вставка для теплообменных аппаратов, представляющая собой патрубок, который вставляется в теплообменные трубы с зазором и к которому прикреплена пластина, параллельная трубной решетке, причем, для обеспечения равномерного зазора на наружной стенке патрубка имеются выступы, а пластина выполнена в виде шайбы с отогнутыми в сторону трубной решетки краями. Патрубок может быть выполнен из тонкого упругого листового материала и иметь продольный разрез, что обеспечивает удержание патрубка в теплообменных трубах за счет сил упругости. На части патрубка, выступающей за пределы трубной решетки, могут иметься надрезы и отогнутые части, которые удерживают шайбу и одновременно играют роль завихрителя. Устройство теплозащиты включает теплозащитный экран в виде пластины с отверстиями, расположенными в соответствии с расположением отверстий в трубной решетке, который установлен на трубной решетке и удерживается теплозащитными вставками. Техническим результатом является обеспечение эффективной теплозащиты трубных решеток теплообменных аппаратов с помощью теплозащитных вставок, имеющих простую конструкцию, низкую материалоемкость и удобных при монтаже и демонтаже. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх