RU2006778C1 - Shell-and-tube heat exchange apparatus - Google Patents

Abstract

FIELD: heat exchange. SUBSTANCE: heat transfer agent which is less susceptible to formation of deposits is fed to tube space, flows through tubes 2 exchanging with heat of heat-transfer agent flowing through inter-tube space and is discharged from apparatus. Heat- transfer agent which is more susceptible to formation of deposits is fed to distributing chambers 4 and having passed through distributing grates 5 enters vertical sections 16 where rises with ascending flow driving fine-grained material 12 contained there to fluidized state. After passing vertical sections 16 of inter-tube space and separation space 17, heat- transfer agent of inter-tube space is discharged from apparatus. Stable operation of heat exchange apparatus and more effective usage of heat exchange surface are obtained due to vertical longitudinal baffles 15 which divide inter-tube space into vertical sections 16 each of which contains at least one vertical row of tubes 2 excluding penetration of fine-grained material into one part of inter-tube space and freeing of other part of inter-tube space of fine-grained material. EFFECT: stable operation of heat-exchange apparatus and more effective usage of heat-exchange surface. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, энергетической, холодильной, судостроительной, водоопреснительной и других отраслях народного хозяйства. The invention relates to heat exchange equipment and can be used in the chemical, oil refining, food, energy, refrigeration, shipbuilding, desalination and other sectors of the economy.

Известен кожухотрубный теплообменный аппарат, содержащий кожух с псевдоожижаемым мелкозернистым материалом в межтрубном пространстве, размещенный в кожухе пучок горизонтальных теплообменных труб, расположенных в шахматном порядке, и поперечные перегородки, установленные в межтрубном пространстве [1] . Known shell-and-tube heat exchanger containing a casing with fluidized fine-grained material in the annular space, a bundle of horizontal heat-exchange pipes arranged in a checkerboard pattern and transverse partitions installed in the annular space located in the casing [1].

Зернистый материал приводится в псевдоожиженное состояние в восходящем потоке теплоносителя. The granular material is brought into a fluidized state in the upward flow of the coolant.

Недостатком этого теплообменного аппарата является интенсивный износ труб и боковых стенок кожуха из-за циркуляционного движения зернистого материала вверх по центральной части трубного пучка, что ухудшает эксплуатационные характеристики. The disadvantage of this heat exchanger is the intensive wear of the pipes and side walls of the casing due to the circulation movement of the granular material up the central part of the tube bundle, which affects the performance.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кожухотрубный теплообменный аппарат (прототип), содержащий кожух с псевдоожижаемым зернистым материалом в межтрубном пространстве, размещенный в кожухе пучок горизонтальных теплообменных труб, расположенных в шахматном порядке, вытеснители, укрепленные на внутренней поверхности боковых стенок кожуха параллельно теплообменным трубам напротив периферийных труб, наиболее удаленных от соответствующей стенки, и вертикальные поперечные перегородки, установленные в межтрубном пространстве [2] . The closest in technical essence to the proposed one is a shell-and-tube heat exchanger (prototype), containing a casing with fluidized granular material in the annulus, a bundle of horizontal heat-exchange pipes arranged in a checkerboard pattern placed in the casing, displacers mounted on the inner surface of the side walls of the casing parallel to the heat-exchange pipes opposite the peripheral pipes farthest from the corresponding wall, and vertical transverse partitions installed in the inter ubnom space [2].

Недостатками прототипа являются неустойчивая работа и неэффективное использование теплообменной поверхности при большой ширине теплообменного аппарата (при большом количестве теплообменных труб в горизонтальном ряду), что обусловлено заносом зернистого материала одной части межтрубного пространства и освобождением от зернистого материала другой части межтрубного пространства. The disadvantages of the prototype are unstable operation and inefficient use of the heat exchange surface with a large width of the heat exchanger (with a large number of heat transfer tubes in a horizontal row), which is due to the drift of the granular material of one part of the annulus and the release of the granular material of another part of the annulus.

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик теплообменного аппарата путем исключения заноса мелкозернистым материалом одной части межтрубного пространства и освобождения от мелкозернистого материала другой части межтрубного пространства и обеспечения устойчивой работы аппарата и более эффективного использования теплообменной поверхности. The aim of the invention is to improve the operational characteristics of the heat exchanger by eliminating the introduction of fine-grained material of one part of the annular space and the release of fine-grained material of the other part of the annular space and ensure stable operation of the apparatus and more efficient use of the heat exchange surface.

Поставленная цель достигается тем, что кожухотрубный аппарат, содержащий кожух, заполненный мелкозернистым материалом и снабженный пучком теплообменных труб, расположенных в шахматном порядке горизонтальными рядами, и вытеснителями, установленными на внутренней поверхности боковых стенок кожуха, дополнительно снабжен вытеснителями, выполненными в виде гофрированных перегородок, установленных вертикально между трубами пучка с обрамлением вогнутыми участками гофр наиболее приближенных к этому вытеснителю труб. Для максимального приближения гидродинамических условий около вытеснителей к гидродинамическим условиям во всем объеме межтрубного пространства должны быть соблюдены условия
L = t + s, (1)
A = 0,5 t, (2) где L - расстояние между трубами по разные стороны дополнительных вытеснителей;
A - амплитуда гофр дополнительных вытеснителей;
t - номинальный поперечный шаг между трубами;
s - толщина стенки дополнительного вытеснителя.This goal is achieved in that the shell-and-tube apparatus containing a casing filled with fine-grained material and provided with a bunch of heat-exchange tubes arranged in a checkerboard pattern in horizontal rows and displacers installed on the inner surface of the side walls of the casing is additionally equipped with displacers made in the form of corrugated partitions installed vertically between the tubes of the bundle with the concave corrugations framed by the pipes closest to this displacer. For maximum approximation of the hydrodynamic conditions near the displacers to the hydrodynamic conditions in the entire volume of the annulus, the conditions must be met
L = t + s, (1)
A = 0.5 t, (2) where L is the distance between the pipes on opposite sides of the additional displacers;
A is the amplitude of the corrugations of additional displacers;
t is the nominal lateral pitch between the pipes;
s is the wall thickness of the additional displacer.

На фиг. 1 схематично изображен кожухотрубный теплообменный аппарат с вертикальными продольными вытеснителями, гофрированными с произвольной амплитудой, поперечное сечение; на фиг. 2 - то же, продольное сечение;
Теплообменный аппарат содержит вертикальный прямоугольный кожух 1 с размещенным в нем пучком горизонтальных теплообменных труб 2, расположенных в шахматном порядке и укрепленных в трубных досках 3, распределительные камеры 4, распределительные решетки 5, переднюю 6 и заднюю 7 крышки, а также патрубки подвода 8 и 9 и отвода 10 и 11 соответственно теплоносителей трубного и межтрубного пространств.In FIG. 1 schematically shows a shell-and-tube heat exchanger with vertical longitudinal displacers corrugated with an arbitrary amplitude, cross section; in FIG. 2 - the same, longitudinal section;
The heat exchanger comprises a vertical rectangular casing 1 with a bundle of horizontal heat exchange tubes 2 arranged in a checkerboard pattern and mounted in tube boards 3, distribution chambers 4, distribution grilles 5, front 6 and rear 7 covers, as well as supply pipes 8 and 9 and outlet 10 and 11, respectively, of the coolants of the pipe and annular spaces.

В межтрубном пространстве размещен мелкозернистый материал 12, приводимый во время работы теплообменного аппарата в восходящем потоке теплоносителя в псевдоожиженное состояние. In the annular space placed fine-grained material 12, driven during operation of the heat exchanger in the upward flow of the coolant in a fluidized state.

На внутренней поверхности боковых стенок кожуха 1 напротив периферийных труб 2, наиболее удаленных от соответствующей стенки, параллельно трубам укреплены вытеснители 13, выполненные в виде стержней с поперечным сечением полутрубы, полукруга, уголка или другой формы. On the inner surface of the side walls of the casing 1 opposite the peripheral pipes 2, which are farthest from the corresponding wall, displacers 13 are made parallel to the pipes, made in the form of rods with a cross section of a half pipe, a semicircle, an angle, or another shape.

В межтрубном пространстве теплообменного аппарата установлены вертикальные поперечные перегородки 14 и вертикальные продольные вытеснители 15, разделяющие межтрубное пространство на вертикальные секции 16. Вертикальные продольные вытеснители выполнены в виде гофрированных перегородок с обрамлением вогнутыми участками гофр наиболее приближенных к этому вытеснителю труб. В верхней части кожуха 1 вертикальные секции 16 межтрубного пространства сообщаются между собой сепарационным пространством 17. Vertical transverse partitions 14 and vertical longitudinal displacers 15 are installed in the annular space of the heat exchanger, dividing the annular space into vertical sections 16. The vertical longitudinal displacers are made in the form of corrugated partitions with a frame of concave corrugations of the pipes closest to this displacer. In the upper part of the casing 1, the vertical sections 16 of the annular space communicate with each other by the separation space 17.

Теплообменный аппарат работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Теплоноситель, менее склонный к образованию отложений, подается в трубное пространство через патрубок 8, протекает по трубам 2, обмениваясь при этом теплом с теплоносителем межтрубного пространства, и выводится через патрубок 10. The coolant, less prone to the formation of deposits, is fed into the pipe space through the pipe 8, flows through the pipes 2, exchanging heat with the coolant of the annulus, and is discharged through the pipe 10.

Теплоноситель, более склонный к образованию отложений, подается через патрубки 9 в распределительные камеры 4 и, пройдя через распределительные решетки 5, попадает в вертикальные секции 16, на которые разделено межтрубное пространство вертикальными поперечными перегородками 14 и дополнительными продольными вытеснителями 15, где, поднимаясь восходящим потоком, приводит в псевдоожиженное состояние находящийся там (в вертикальных секциях 16 межтрубного пространства) мелкозернистый материал 12. Пройдя вертикальные секции 16 межтрубного пространства и сепарационное пространство 17, теплоноситель межтрубного пространства выводится из аппарата через патрубки 11. The heat carrier, more prone to the formation of deposits, is fed through the nozzles 9 into the distribution chambers 4 and, passing through the distribution grids 5, enters the vertical sections 16 into which the annular space is divided by vertical transverse partitions 14 and additional longitudinal displacers 15, where, rising upward , leads to a fluidized state there is (in the vertical sections 16 of the annular space) fine-grained material 12. Having passed the vertical sections 16 of the annular space nstva and separation space 17, coolant annulus out of the unit through the nozzles 11.

При использовании изобретения благодаря установке дополнительных вертикальных продольных вытеснителей исключается занос мелкозернистым материалом одной части межтрубного пространства и освобождение от мелкозернистого материала другой части межтрубного пространства и обеспечивается устойчивость работы теплообменного аппарата и более эффективное использование теплообменной поверхности. При выполнении вертикальных продольных перегородок гофрированными уменьшается, а при соблюдении условий (1) и (2) практически исключается циркуляционное движение мелкозернистого материала около стенок продольных перегородок и связанный с циркуляционным движением абразивный износ периферийных труб и стенок продольных перегородок. (56) Авторское свидетельство СССР N 457367, кл. F 28 D 7/00, 1972. When using the invention, due to the installation of additional vertical longitudinal displacers, the entrapment of one part of the annular space by fine-grained material and the liberation of the other part of the annular space from the fine-grained material are excluded, and the stability of the heat exchanger and more efficient use of the heat exchange surface are ensured. When vertical vertical partitions are made corrugated, it decreases, and subject to conditions (1) and (2), the circulation movement of fine-grained material near the walls of the longitudinal partitions and the abrasive wear associated with the circulation movement of the peripheral pipes and walls of the longitudinal partitions are practically eliminated. (56) Copyright certificate of the USSR N 457367, cl. F 28 D 7/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР N 1315781, кл. F 28 D 7/16, 1986.  USSR author's certificate N 1315781, cl. F 28 D 7/16, 1986.

Claims (2)

1. КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий кожух, заполненный мелкозернистым материалом, снабженный шахматным пучком теплообменных труб, расположенных горизонтальными рядами, и вытеснителями, установленными на внутренней поверхности боковых стенок кожуха на уровне каждого второго ряда шахматного пучка, отличающийся тем, что, с целью улучщения эксплуатационных характеристик, он снабжен дополнительными вытеснителями, выполненными в виде гофрированных перегородок, установленных вертикально между трубами пучка с обрамлением вогнутыми участками гофр наиболее приближенных к этому вытеснителю труб. 1. HOUSING AND TUBE HEAT EXCHANGE DEVICE, comprising a casing filled with fine-grained material, equipped with a staggered bundle of heat exchanger tubes arranged in horizontal rows, and displacers mounted on the inner surface of the side walls of the casing at the level of every second row of staggered chess, characterized in that, in order to improve operational characteristics, it is equipped with additional displacers, made in the form of corrugated partitions mounted vertically between the beam pipes with a frame in bent portions corrugation closest to the propellant tubes. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что трубы, расположенные по разные стороны дополнительных вытеснителей, размещены с поперечным шагом l, равным L= t+δ , а амплитуда A гофр перегородок определяется зависимостью A = 0,5t,
где t - номинальный поперечный шаг между трубами;
δ - толщина перегородки вытеснителя. 2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the pipes located on opposite sides of the additional displacers are placed with a transverse step l equal to L = t + δ, and the amplitude A of the corrugation of the partitions is determined by the dependence A = 0.5t,
where t is the nominal transverse step between the pipes;
δ is the thickness of the displacer baffle.

Images