RU2655096C1 - Трубчатый подогреватель - Google Patents
Трубчатый подогреватель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655096C1 RU2655096C1 RU2017124506A RU2017124506A RU2655096C1 RU 2655096 C1 RU2655096 C1 RU 2655096C1 RU 2017124506 A RU2017124506 A RU 2017124506A RU 2017124506 A RU2017124506 A RU 2017124506A RU 2655096 C1 RU2655096 C1 RU 2655096C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flame tube
- heater
- convection chamber
- section
- tubes
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000008439 repair process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 35
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B7/00—Steam boilers of furnace-tube type, i.e. the combustion of fuel being performed inside one or more furnace tubes built-in in the boiler body
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нагревательным устройствам для текучих сред, а именно к огневым подогревателям, и может быть использовано в нефтяной, химической и других отраслях промышленности для термической обработки термолабильных и термически неустойчивых жидкостей, имеющих технологические и иные ограничения по максимальной температуре нагрева. Техническая проблема решаемая изобретением состоит в упрощении конструкции, повышении эффективности и надежности работы трубчатого подогревателя. Трубчатый подогреватель, содержащий жаровую трубу с размещенными в ней кольцами-турбулизаторами, конвективную камеру, примыкающее к торцу жаровой трубы горелочное устройство, рубашку, в которую помещен промежуточный теплоноситель и секция продуктового змеевика, выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек со вставленными в них закрученными лентами, которая последовательно соединена с другой секцией продуктового змеевика, размещенного в конвективной камере и выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек, на внешней поверхности которых имеется спиральная навивка, отличается тем, что конвективная камера размещена в части жаровой трубы, противоположной горелочному устройству, в жаровой трубе под углом к горизонтали дополнительно размещены трубки, которые открытыми концами входят в рубашку, кроме того, корпусные цилиндрические элементы подогревателя выполнены разъемными для возможности извлечения секций продуктового змеевика и удобства проведения ремонтных работ. 6 ил.
Description
Изобретение относится к нагревательным устройствам для текучих сред, а именно к огневым подогревателям, и может быть использовано в нефтяной, химической и других отраслях промышленности для термической обработки термолабильных и термически неустойчивых жидкостей, имеющих технологические и иные ограничения по максимальной температуре нагрева.
Известен подогреватель [1], где источником теплоты служат продукты сгорания топлива, перемещающиеся в горизонтальном газоходе по прямому и обратному ходам, а нагреваемый жидкий продукт подается в пучок продуктовых труб, размещенный над газоходом. Продуктовые трубы и газоход помещены в корпус, заполненный промежуточным жидким теплоносителем. Подогреватель содержит теплообменные трубки, закрепленные концами в нижней и верхней плоских стенках газохода. Наличие большого количества теплообменных трубок усложняет и удорожает конструкцию подогревателя. Большое количество сварных швов, соединяющих теплообменные трубки со стенками газохода, снижает надежность подогревателя. Нижняя плоская стенка газохода может прогорать из-за образования устойчивой паровой пленки в локальных впадинах на стенке. Подогреватель имеет высокую металлоемкость и габариты. Известен также подогреватель жидкости [2], содержащий корпус, заполненный жидким промежуточным теплоносителем, погруженную в последний жаровую трубу и горизонтальную продуктовую трубу, выполненную по крайней мере с одним вертикальным каналом, стенки которого скреплены кромкой с трубой. Подогреватель сложен в изготовлении. При высоком давлении нагреваемого продукта стенки вертикальных каналов должны быть толстыми. Высоки удельные затраты металла на единицу передаваемой тепловой мощности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является трубчатый подогреватель, содержащий жаровую трубу с размещенными в ней кольцами-турбулизаторами, конвективную камеру, примыкающее к торцу жаровой трубы горелочное устройство, рубашку, в которую помещен промежуточный жидкий теплоноситель и секция продуктового змеевика, выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек со вставленными в них закрученными лентами, которая последовательно соединена с другой секцией продуктового змеевика, размещенного в конвективной камере и выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек, на внешней поверхности которых имеется спиральная проволочная навивка, [3] - прототип.
В известном устройстве кольца-турбулизаторы в диаметральных сечениях жаровой трубы и выступы-турбулизаторы в виде проволочной навивки на трубах-шпильках секции продуктового змеевика в конвективной камере позволяют интенсифицировать теплообмен продуктов сгорания топлива и тем самым улучшить массогабаритные показатели подогревателя. Этому же способствует и наличие закрученных лент в продуктовых трубах-шпильках секции, размещенной в рубашке жаровой трубы. Недостатком подогревателя являются высокая температура стенки корпуса, что стимулирует высокие потери тепла в окружающую среду. При повышенных тепловых нагрузках в верхней части объема рубашки жаровой трубы может образовываться паровая "шапка" над промежуточным жидким теплоносителем из-за наличия внешнего теплоподвода через стенку рубашки, что приведет к резкому росту температуры стенки рубашки в районе "шапки" и возможному повреждению стенки по этой причине. В тяжелых температурных условиях работает также задняя торцовая стенка корпуса, так как на нее под прямым углом натекает высокотемпературный поток продуктов горения топлива и поступает поток теплоты излучением из объема жаровой трубы. Все это снижает эффективность и надежность работы подогревателя. Кроме того, подогреватель сложен в изготовлении, его трудно ремонтировать.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, состоит в упрощении конструкции, повышении эффективности и надежности работы трубчатого подогревателя.
Сущность изобретения заключается в том, что в трубчатом подогревателе, содержащем корпусные элементы, выполненные цилиндрическими, жаровую трубу с размещенными в ней кольцами-турбулизаторами, конвективную камеру, примыкающее к торцу жаровой трубы горелочное устройство, рубашку, в которую помещен промежуточный жидкий теплоноситель и секция продуктового змеевика, выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек со вставленными в них закрученными лентами, которая последовательно соединена с другой секцией продуктового змеевика, размещенного в конвективной камере и выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек, на внешней поверхности которых имеется спиральная навивка, конвективная камера размещена в части жаровой трубы, противоположной горелочному устройству, в жаровой трубе под углом к горизонтали дополнительно размещены трубки, которые открытыми концами входят в рубашку, кроме того, корпусные цилиндрические элементы подогревателя выполнены разъемными для возможности извлечения секций продуктового змеевика и удобства проведения ремонтных работ.
В отличие от известного устройства размещение конвективной камеры в части жаровой трубы, противоположной горелочному устройству, позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление потоку продуктов сгорания топлива, так как отсутствует поворот потока на 180°. При этом рубашка с промежуточным жидким теплоносителем становится наружным элементом подогревателя, что способствует снижению потери тепла в окружающую среду. Размещение в жаровой трубе под углом к горизонтали трубок, которые открытыми концами входят в рубашку, увеличивает площадь поверхности теплопередачи от продуктов сгорания топлива к промежуточному жидкому теплоносителю, который, находясь в трубках, имеет возможность перемещаться снизу вверх при нагреве. Кроме того, трубки служат защитой от жесткого теплового излучения факела пламени для продуктовых труб секции змеевика, расположенной в конвективной камере. Вследствие этого уменьшается вероятность локального перегрева элементов подогревателя. Выполнение корпусных цилиндрических элементов подогревателя разъемными позволяет проводить осмотры и, при необходимости, замену деталей и узлов устройства.
Все это в совокупности приводит к упрощению конструкции, повышению эффективности и надежности работы трубчатого подогревателя. Подогреватель получается технологичнее в изготовлении. Легкость разборки и осмотра элементов обеспечивают высокую ремонтнопригодность подогревателя.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".
Известные подогреватели [1, 2] имеют повышенные металлоемкость и габариты, так как процессы теплообмена в них имеют невысокую интенсивность. Конструктивная сложность данных подогревателей и наличие большого числа сварочных швов отрицательно влияет на технологичность их изготовления и снижает надежность.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия".
На фиг. 1 приведен продольный разрез предлагаемого трубчатого подогревателя; на фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - выносной элемент I на фиг. 1; на фиг. 5 - выносной элемент II на фиг. 1; на фиг. 6 - выносной элемент III на фиг. 1.
Трубчатый подогреватель содержит корпусные элементы, выполненные цилиндрическими, жаровую трубу 1, внутри которой на части ее длины расположена конвективная камера 2. В отверстиях жаровой трубы 1 закреплены под углом к горизонтали трубки 3, которые открытыми концами соединены с рубашкой 4, заполненной промежуточным жидким теплоносителем. К жаровой трубе 1 примыкает горелочное устройство 5. На всей длине жаровой трубы 1 размещены кольца-турбулизаторы 6. Со стороны, противоположной горелочному устройству 5, к части жаровой трубы 1, в которой размещена конвективная камера 2, примыкает газоотвод 7 для выхода продуктов горения топлива. В рубашке 4 размещена секция 8 продуктового змеевика. Секция 8 фланцевым отводом 9 соединена с другой секцией 10 продуктового змеевика, которая размещена в конвективной камере 2. Секции 8 и 10 змеевика выполняются преимущественно двухпоточными по нагреваемому продукту. Трубы-шпильки секции 10 продуктового змеевика имеют выступы-турбулизаторы 11, которые размещены на внешней поверхности труб с шагом tв=(6÷12)h, где h - высота выступов-турбулизаторов, назначается в интервале h=(0,01÷0,02)dэкв, где dэкв - эквивалентный диаметр пучка продуктовых труб-шпилек. Выступы-турбулизаторы 11 преимущественно выполняются в виде наплавленных спиральных ребер с профилем сечения приближенным к полукругу, что обеспечивает высокий уровень интенсификации конвективного теплообмена и умеренный рост гидравлического сопротивления потока продуктов сгорания топлива по отношению к трубам с гладкой поверхностью. В трубы-шпильки секции 8 змеевика вставлены закрученные ленты 12 для интенсификации теплообмена нагреваемого продукта.
Корпусные цилиндрические элементы подогревателя выполнены разъемными для возможности извлечения секций 8 и 10 продуктового змеевика и удобства проведения ремонтных работ. В конструкции подогревателя минимизировано количество сварных швов и широко используются стандартные и унифицированные изделия.
Трубчатый подогреватель работает следующим образом. Образующиеся при сжигании топлива в горелочном устройстве 5 продукты горения поступают в жаровую трубу 1, где охлаждаются, отдавая теплоту путем радиации и конвекции через стенку жаровой трубы промежуточному жидкому теплоносителю, находящемуся в рубашке 4. От промежуточного теплоносителя теплота затем через стенки труб-шпилек секции 8 продуктового змеевика передается нагреваемому продукту. Наличие колец-турбулизаторов 6 в жаровой трубе 1 приводит к образованию микровихрей в пристенной зоне потока продуктов горения и тем самым интенсифицирует конвективный теплообмен. Часть своей теплоты продукты горения отдают промежуточному жидкому теплоносителю также через стенки поперечно обтекаемых трубок 3. Наклонное по отношению к горизонтали расположение трубок 3 обеспечивает устойчивую циркуляцию промежуточного жидкого теплоносителя в системе рубашка - трубки и надежное охлаждение их стенок. Затем продукты горения поступают в конвективную камеру 2, где отдают теплоту нагреваемому продукту через стенки труб-шпилек секции 10 продуктового змеевика, а также через стенку части жаровой трубы, окружающей конвективную камеру 2, в рубашку 4 с промежуточным жидким теплоносителем. Наличие выступов-турбулизаторов 11 на трубах-шпильках секции 8 продуктового змеевика позволяет существенно интенсифицировать конвективный теплообмен продуктов горения со стенками труб-шпилек. Из конвективной камеры 2 продукты горения поступают в газоотвод 7, откуда удаляются в атмосферу.
Направление движения нагреваемого продукта по трубам секций продуктового змеевика может быть различным. Преимущественный вариант направления движения для продукта типа нефти, могущего образовывать коксовые отложения на теплообменной поверхности, показан стрелками на фиг. 1. Нагреваемый продукт поступает сначала в секцию 8 продуктового змеевика, где идет его нагрев в условиях "мягкого" температурного режима. Затем продукт поступает в секцию 10 продуктового змеевика, где догревается до заданной конечной температуры. В секции 10 при повышенной температуре продукта его вязкость снижается, что способствует повышению интенсивности теплообмена потока продукта со стенками труб. Это позволяет поддерживать температуру стенки труб секции 10 продуктового змеевика ниже величины, допустимой по условиям минимизации коксовых отложений на теплообменной поверхности.
Преимуществами предлагаемого трубчатого подогревателя являются:
- конструктивная простота, более простые технологии изготовления и ремонта;
- малое число комплектующих изделий в конструкции, при этом комплектующие являются преимущественно унифицированными и стандартными изделиями;
- меньшая металлоемкость, что обусловлено использованием приемов и средств интенсификации теплообмена продуктов горения топлива и нагреваемого продукта с теплопередающими поверхностями;
- меньшее гидравлическое сопротивление по тракту продуктов горения, так как отсутствуют повороты, изменяющие направление движения потока;
- меньшие потери тепла в окружающую среду от поверхности подогревателя;
- меньшие удельные капитальные и эксплуатационные затраты, что обусловлено простотой конструкции подогревателя и рекомендованными оптимальными размерами турбулизаторов, размещенных на поверхностях теплообмена;
- высокая надежность из-за относительно низких рабочих температур конструктивных элементов подогревателя и отсутствия в них высоких термических напряжений.
Например, трубчатый подогреватель тепловой мощностью 2 МВт, предназначенный для нагрева водо-нефтяной эмульсии до температуры 90°С, имеет диаметр жаровой трубы 630 мм и ее длину 11300 мм. Тепловой КПД составляет 90% при номинальной тепловой мощности. В качестве промежуточного теплоносителя используется вода. По сравнению с известными выпускаемыми промышленностью аналогами предлагаемый трубчатый подогреватель имеет в среднем в четыре раза большую величину отношения номинальной тепловой мощности к полному его весу.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1561612, М.кл. F22B 7/00 от 05.10.1987.
2. Авторское свидетельство СССР №1668827, М.кл. F24P /14 от 10.05.1989.
3. Патент на изобретение PU №2256846, М. кл. F22B 7/00 от 01.03.2004. Опубликовано 20.07.2005, бюл. №20.
Claims (1)
- Трубчатый подогреватель, содержащий корпусные элементы, выполненные цилиндрическими, жаровую трубу с размещенными в ней кольцами-турбулизаторами, конвективную камеру, примыкающее к торцу жаровой трубы горелочное устройство, рубашку, в которую помещен промежуточный жидкий теплоноситель и секция продуктового змеевика, выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек с вставленными в них закрученными лентами, которая последовательно соединена с другой секцией продуктового змеевика, размещенного в конвективной камере и выполненного из последовательно соединенных между собой труб-шпилек, на внешней поверхности которых имеется спиральная навивка, отличающийся тем, что конвективная камера размещена в части жаровой трубы, противоположной горелочному устройству, в жаровой трубе под углом к горизонтали дополнительно размещены трубки, которые открытыми концами входят в рубашку, кроме того, корпусные цилиндрические элементы подогревателя выполнены разъемными для возможности извлечения секций продуктового змеевика и удобства проведения ремонтных работ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124506A RU2655096C1 (ru) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | Трубчатый подогреватель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124506A RU2655096C1 (ru) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | Трубчатый подогреватель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2655096C1 true RU2655096C1 (ru) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124506A RU2655096C1 (ru) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | Трубчатый подогреватель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2655096C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2696160C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-07-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Бантер Групп" | Подогреватель жидких и газообразных сред |
| RU2745819C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-04-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Трубчатый подогреватель |
| RU2748169C1 (ru) * | 2020-08-24 | 2021-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Трубчатый подогреватель |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2404811A1 (fr) * | 1977-10-03 | 1979-04-27 | Motan Gmbh | Dispositif de chauffage de liquides |
| RU37988U1 (ru) * | 2004-03-01 | 2004-05-20 | Агабабян Размик Енокович | Устройство для подогрева пожароопасных жидкостей |
| RU2256846C1 (ru) * | 2004-03-01 | 2005-07-20 | ООО "Завод Газпроммаш" | Трубчатый подогреватель |
| RU69198U1 (ru) * | 2007-03-05 | 2007-12-10 | ОАО "Сызранский завод Нефтемаш" | Подогреватель |
-
2017
- 2017-07-10 RU RU2017124506A patent/RU2655096C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2404811A1 (fr) * | 1977-10-03 | 1979-04-27 | Motan Gmbh | Dispositif de chauffage de liquides |
| RU37988U1 (ru) * | 2004-03-01 | 2004-05-20 | Агабабян Размик Енокович | Устройство для подогрева пожароопасных жидкостей |
| RU2256846C1 (ru) * | 2004-03-01 | 2005-07-20 | ООО "Завод Газпроммаш" | Трубчатый подогреватель |
| RU69198U1 (ru) * | 2007-03-05 | 2007-12-10 | ОАО "Сызранский завод Нефтемаш" | Подогреватель |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2696160C1 (ru) * | 2018-10-25 | 2019-07-31 | Общество с ограниченной ответственностью "Бантер Групп" | Подогреватель жидких и газообразных сред |
| RU2748169C1 (ru) * | 2020-08-24 | 2021-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Трубчатый подогреватель |
| RU2745819C1 (ru) * | 2020-09-07 | 2021-04-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Трубчатый подогреватель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU178049U1 (ru) | Подогреватель | |
| RU2655096C1 (ru) | Трубчатый подогреватель | |
| US9074792B2 (en) | Multiple-ring heat exchanger | |
| US4357910A (en) | Multi-pass helical coil thermal fluid heater | |
| EA006357B1 (ru) | Система для нагрева жидкостей | |
| CA2761537A1 (en) | A firetube having thermal conducting passageways | |
| RU127431U1 (ru) | Подогреватель жидких и газообразных сред | |
| SE440947B (sv) | Cylindrisk panna med ringtuber, vilkas avstand och tversektion varierar i lengdaxelns riktning | |
| RU2256846C1 (ru) | Трубчатый подогреватель | |
| RU69198U1 (ru) | Подогреватель | |
| RU2662018C1 (ru) | Трубчатый подогреватель | |
| CN214664322U (zh) | 换热装置及其热水锅炉、蒸汽发生设备 | |
| RU2760544C1 (ru) | Спиральный котёл | |
| RU151351U1 (ru) | Жаротрубный котел | |
| RU2686357C1 (ru) | Подогреватель газообразных сред | |
| RU74190U1 (ru) | Подогреватель нефти, нефтяной эмульсии и тяжелых нефтяных эмульсий | |
| RU37988U1 (ru) | Устройство для подогрева пожароопасных жидкостей | |
| US6296480B1 (en) | Circulating oil heater | |
| RU2696522C1 (ru) | Топка для путевого подогревателя | |
| RU2505751C1 (ru) | Подогреватель нефти | |
| RU53410U1 (ru) | Устройство для подогрева газа и нефти | |
| RU2140434C1 (ru) | Трубчатая печь для огневого нагрева нефтепродуктов | |
| JP6640491B2 (ja) | 高温流体発生装置 | |
| RU2296921C2 (ru) | Подогреватель жидких или газообразных сред | |
| RU2748169C1 (ru) | Трубчатый подогреватель |