WO2018026312A1 - Кожухотрубный конденсатор и теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора (варианты) - Google Patents

Кожухотрубный конденсатор и теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2018026312A1
WO2018026312A1 PCT/RU2017/000560 RU2017000560W WO2018026312A1 WO 2018026312 A1 WO2018026312 A1 WO 2018026312A1 RU 2017000560 W RU2017000560 W RU 2017000560W WO 2018026312 A1 WO2018026312 A1 WO 2018026312A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tube
shell
coolant
grooves
heat transfer
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000560
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Павел Александрович БЛОХИН
Сергей Максимович СТЕПИН
Александр Михайлович НЕВОЛИН
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Урало-Сибирская Компания "НЕКСАН"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Урало-Сибирская Компания "НЕКСАН" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Урало-Сибирская Компания "НЕКСАН"
Priority to DK17837320.5T priority Critical patent/DK3415852T3/da
Priority to US16/321,790 priority patent/US11493282B2/en
Priority to CA3032592A priority patent/CA3032592C/en
Priority to EP17837320.5A priority patent/EP3415852B1/en
Priority to CN201780048004.9A priority patent/CN109791023A/zh
Priority to JP2019528014A priority patent/JP2019527812A/ja
Priority to PL17837320.5T priority patent/PL3415852T3/pl
Publication of WO2018026312A1 publication Critical patent/WO2018026312A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B39/00—Evaporators; Condensers
    • F25B39/04—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • F28F1/06—Tubular elements of cross-section which is non-circular crimped or corrugated in cross-section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
    • F28F1/424—Means comprising outside portions integral with inside portions
    • F28F1/426—Means comprising outside portions integral with inside portions the outside portions and the inside portions forming parts of complementary shape, e.g. concave and convex
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/182—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing especially adapted for evaporator or condenser surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/046—Condensers with refrigerant heat exchange tubes positioned inside or around a vessel containing water or pcm to cool the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0061—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for phase-change applications
    • F28D2021/0063—Condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
    • F28F2009/226—Transversal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/04—Coatings; Surface treatments hydrophobic

Definitions

  • the group of inventions relates to shell and tube heat exchangers, in particular to the device of shell and tube condensers, and can be used in energy, oil refining, petrochemical, chemical, gas and other industries.
  • a shell-and-tube condenser is known, characterized in that the heat exchange tubes are made of polytetrafluoroethylene (PTFE) or metal, but with a layer of PTFE applied to the surface [CN 1078802, priority date 03.19.1993, publication date 11.24.1993, IPC: F28D 7/10, F28D 7/10].
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a shell-and-tube condenser is known, characterized in that it contains guiding partitions, and a tube with holes and a rod of the corresponding diameter located in it is located in the lower part of the housing along its entire length [SU409445, priority date 12/01/1971, publication date 11/30/1973, IPC: F28D 7/00, F28F 9/00,].
  • a shell-and-tube condenser which contains a housing, inside of which there is a bundle of heat-exchange tubes fixed by means of tube boards located on the end surfaces of the housing, inlet and outlet pipes of the annulus coolant, and pipes for the inlet and outlet of the pipe coolant, characterized in that heat transfer tubes contain grooves on the outer surface.
  • the disadvantage of the prototype is the high risk of lowering the heat transfer coefficient between the heat transfer medium of the pipe and annular space, due to the fact that the design of the tubes does not provide an effective reduction in the thickness of the formed condensate film on the outer surface, and also allows the formation of crystalline structures of sparingly soluble compounds on the inner surface, which, having a low thermal conductivity, significantly increase the coefficient of thermal resistance to heat transfer, and significantly reduce the efficiency shell and tube condenser.
  • the technical problem to which the group of inventions is directed is to increase the overall heat transfer coefficient between the heat transfer mediums of the tube and annular space of the shell-and-tube condenser.
  • the technical result, to which the group of inventions is directed, is to reduce the risk of an increase in thermal resistance between the coolants of the tube and annular space of the shell-and-tube condenser.
  • the essence of the shell-and-tube condenser according to the first embodiment is as follows.
  • the shell-and-tube condenser contains a housing in which a bundle of heat-exchange tubes is placed, having grooves on the outer surface and secured with tube plates, guide walls, inlet and outlet pipes of the annulus coolant, and pipes for the inlet and outlet of the pipe coolant.
  • the heat transfer tubes are externally coated with a material with a low wettability coefficient, while the distance between the guide walls decreases from the inlet pipe to the pipe end of the heat transfer medium.
  • the essence of the shell-and-tube condenser according to the second embodiment is as follows.
  • the shell-and-tube condenser contains a housing in which a bundle of heat-exchange tubes is placed, having grooves on the outer surface and secured with tube plates, guide walls, inlet and outlet pipes of the annulus coolant, and pipes for the inlet and outlet of the pipe coolant.
  • heat transfer tubes are externally coated with a material with a low wettability coefficient, have bulges on the inner surface and are internally coated with a material with a high coefficient of adhesion resistance, while the distance between guiding partitions decreases from the input pipe to the pipe outlet of the coolant of the annulus.
  • the essence of the heat transfer tube of the shell-and-tube condenser according to the first embodiment is as follows.
  • the shell and tube heat exchanger tube has grooves on the outer surface. Unlike the prototype, the heat transfer tube is coated externally with a low wettability coefficient, has a convexity on the inner surface and is coated internally with a high adhesion resistance coefficient.
  • the essence of the heat transfer tube of the shell-and-tube condenser according to the second embodiment is as follows.
  • the shell and tube heat exchanger tube has grooves on the outer surface. Unlike the prototype, the heat transfer tube is coated externally with a low wettability coefficient, has a convexity on the inner surface and is coated internally with a high adhesion resistance coefficient.
  • a material with a low wettability coefficient provides the possibility of creating a hydrophobic coating that facilitates the rolling of condensate from the outer surface of the heat transfer tube.
  • a material with a low wettability coefficient can be characterized by a wetting angle. Moreover, the value of the contact angle in the range from 90 ° to 150 ° provides the highest hydrophobic characteristics of the outer surface of the heat transfer tube.
  • Material with a low wettability coefficient can be represented by synthetic polyamides or polymers, for example, nylon, fluoroplast or polytetrafluoroethylene.
  • Reducing the distance between the guide walls provides a constant optimal flow rate of the coolant through the annulus, which can be in the range of 65-120 m / s.
  • the basic principle of reducing the distance between the guide walls is to maintain a constant average speed of steam along each passage of the annular coolant.
  • the heat transfer path of the annulus is called the space between the closest guide baffles, in which the steam moves rectilinearly normal to the tubes.
  • a constant average steam velocity for each passage of the annulus coolant is provided by a constant ratio of the average volumetric flow rate of steam for each passage of the annulus coolant and the cross-sectional area of the corresponding passage of the annulus coolant.
  • the ratio is determined by the following formula.
  • D'i is the volumetric flow rate of steam at the beginning of the i-ro stroke of the annular space
  • m 3 / h D "i is the volumetric flow rate of steam at the end of the i-ro stroke of the annular space
  • m 3 / h Fi is the cross-sectional area of the flow path of the annular coolant
  • m2 F - total cross-sectional area of all moves m2
  • An additional means of maintaining a constant flow velocity of the coolant in the annulus, especially in the turning zones, may be a reduction in the window area of subsequent guide baffles compared to the previous ones.
  • the heat exchanger tube of the shell-and-tube condenser has grooves on the outer surface, which make it possible to create sloping surface portions that contribute to reducing the thickness or rupture of the condensate film formed on the outer surface of the heat exchanger tube.
  • the grooves may have a different shape and direction and may be circular, spiral or multifaceted recesses and can be obtained by knurling, cutting or punching.
  • the optimal parameters of the groove can be as follows: the grooves can have roundings with a radius in the range from 0.04 to 0.1 of the outer diameter of the heat transfer tube, while the radius of rounding of the formed sloping sections of the outer surface can be in the range from 0.3 to 2 of the outer diameters of the heat exchange tube.
  • the grooves can have a depth, the value of which can be in the range from OD to 3 mm, while the pitch of the grooves may depend on the outer diameter of the heat exchanger tube, may be less or more than the diameter of the heat exchanger tube, but it must not exceed the diameter of the heat exchanger tubes more than 10 times.
  • a material with a high coefficient of adhesion resistance provides the possibility of creating a coating with a low coefficient of friction, which prevents adhesion and deposition of salts and other inclusions contained in the coolant of the tube space on the inner surface of the heat transfer tube.
  • a material with a high adhesion resistance coefficient can be represented by synthetic polyamides, polymers or fluorine-containing materials, for example, fluoroplast, polytetrafluoroethylene, as well as various metal coatings. Also, these materials can be applied to the inner surface of the heat transfer tube together, with the metal coating being deposited with the lower layer and fluorine-containing material as the upper layer.
  • the use of polytetrafluoroethylene or fluoroplastic allows you to apply the thinnest coating layer (from 0.1 microns), thereby providing an additional reduction in thermal resistance between the heat transfer medium of the pipe and annular space.
  • the heat exchange tube has convexities on the inner surface, which makes it possible to create turbulent eddies that contribute to disruption of the laminar flow of the heat transfer medium of the tube space, which reduces the likelihood of salts and other inclusions settling on the inner surface of the heat exchange tube.
  • the creation of turbulent eddies also provides the possibility of abrasive action by salts and other inclusions on crystalline structures of poorly soluble compounds that have already formed on the inner surface of the tube.
  • the bulges can have various shapes, for example, annular, diamond-shaped, rectangular and other shapes. Bulges may repeat with at a given step and have a predetermined height, determined depending on the diameter and wall thickness of the heat transfer tube, the flow rate and the properties of the coolant used in the pipe space, as well as on the content of salts and other impurities in it. Moreover, to reduce the risk of salt buildup between the bulges and, as a consequence, to reduce the risk of an increase in thermal resistance between the coolants of the pipe and annular spaces, the bulges can be repeated in increments of 0.1 to 10 outer diameters of the heat exchange tube. The height of the bulges can be in the range from 0.1 to 10 mm. The width of the bulges can be in the range from 0.5 to 10 mm.
  • Ring bulges can be obtained by knurling or cutting.
  • Diamond-shaped bulges can be obtained by cutting or forcing intersecting spiral grooves on the inner surface of the heat exchanger tube, and rectangular bulges can be obtained by cutting or forcing intersecting straight longitudinal and transverse grooves on the inner surface of the heat exchanger tube.
  • Bulges can also be formed by inserts installed inside the heat exchanger tube and / or fixed on its inner surface, which can be ribs, spiral ribbons, rings or corrugated elements. At the same time, to increase the degree of swirl of the coolant flow in the pipe space, the inserts can have through perforation, and to prevent the deposition of salts, a material with a high adhesion resistance coefficient can be applied to their surface.
  • the bulges on the inner surface of the heat exchanger tube can be made mating grooves on the outer surface.
  • the bulges on the inner surface of the heat exchanger tube can be obtained by rolling grooves on the outer surface of the heat exchanger tube, which additionally provides higher reliability and ease of manufacture of the heat exchanger tube.
  • the distance between the guide walls of the shell-and-tube condenser decreases from the input pipe to the pipe output of the annular coolant, which allows you to maintain a constant speed of the coolant annulus, ensuring effective removal of condensate droplets from the outer surface of the heat exchanger tubes by the flow of non-condensed coolant throughout the annular space.
  • the outer surface of the heat exchanger tubes is coated with a material having a low wettability coefficient, which reduces the adhesion of condensate droplets and the outer surface of the heat exchanger tubes.
  • - heat transfer tubes are internally coated with a material with a high coefficient of adhesion resistance, which reduces the degree of molecular interaction between salt particles and the inner surface of the heat transfer tubes, which slows down the formation of crystalline structures of poorly soluble compounds on the inner surface of the heat transfer tubes.
  • the set of essential distinguishing features of the group of inventions allows for the efficient removal of condensate droplets from the outer surface of the heat exchanger tubes, to reduce the adhesion of condensate droplets to the outer surface of the heat exchanger tubes, to slow down the formation of crystalline structures of poorly soluble compounds on the inner surface of the heat exchanger tubes, and if they are formed, it allows them destroy, due to which a technical result is achieved, consisting in reducing the risk increase the thermal resistance between the heat transfer fluids and the pipe annulus, and improves heat transfer coefficient between the heat transfer fluids and the pipe annulus.
  • the creation of a design that includes coating the heat exchanger tubes with a material with a low coefficient of wettability, grooves and convexity on the surfaces of the heat exchanger tubes, as well as a successively decreasing distance between the guide walls, allows to achieve a synergistic effect consisting in a significant increase in the heat transfer coefficient between the heat transfer fluids of the tube and annular space of the shell-and-tube condenser in including by reducing the coefficient of thermal resistance between those lonositelyami pipe and the annulus.
  • the indicated synergistic effect is achieved due to the fact that the annulus heat carrier condensed during heat transfer, due to the coating of the outer surface of the heat exchanger tubes with a material with a low wettability coefficient, forms a film with a minimum thickness on the surface of the heat exchanger tubes and collects into droplets, most of which are rolled from convex arcuate segments of the surface of the heat transfer tubes into the annular grooves, and the remaining on the arcuate convex segments of the heat transfer tubes to Condensate removed fire coolant flow annulus, the velocity of which is maintained by reducing the distance between the baffles from entering the nozzle to the nozzle annulus O coolant.
  • the salt particles contained in the coolant of the tube space due to coating the inner surface of the heat exchanger tube with a material with a high adhesion resistance coefficient, are repelled from the inner surface of the heat exchanger tube and, when interacting with the bulges, swirl, abrasively affecting the already formed salt deposits, actively destroying them.
  • the group of inventions can be made of known materials using known means, which indicates the compliance of the group of inventions with the patentability criterion of "industrial applicability".
  • Figure 1 Shell-and-tube condenser with one-sided flow of coolant annulus with a condensate cooler, General view, a longitudinal section.
  • Figure 2 Shell-and-tube condenser with one-sided flow of coolant annulus without condensate cooler, General view, a longitudinal section.
  • Fig.Z Shell-and-tube condenser with two-sided flow of coolant annulus, General view, a longitudinal section.
  • Fig. 8 shows a heat-exchange tube of a shell-and-tube condenser with a spiral groove on the outer surface and a reciprocal spiral-shaped bulge on the inner surface, longitudinal section.
  • Fig.9 Heat transfer tube shell-and-tube condenser with annular grooves on the outer surface and inserts made in the form of perforated rings, a longitudinal section.
  • the shell-and-tube condenser comprises a housing 1, a distribution chamber 2, a rotary chamber 3.
  • the housing 1 there is a bundle of heat exchange tubes 4 fixed by means of tube plates 5, guide walls 6, an inlet pipe 7 and an annular heat carrier outlet pipe 8, an inlet pipe 9 and a pipe 10 of the heat transfer medium of the pipe space, while the distance Sn between the guide walls 6 decreases from the inlet pipe 7 to the heat transfer medium pipe outlet 8, so that Sn> Sn + l.
  • the heat transfer tubes 4 are coated with a material with a low wettability coefficient and have grooves 11, due to which arcuate convex segments 12 are formed on the outer surface of the heat transfer tubes 4.
  • Shell-and-tube condenser operates as follows.
  • a refrigerant having a temperature lower than the steam saturation temperature in the annulus of the housing 1 is supplied to the pipe coolant inlet pipe 9, then the refrigerant circulates inside the shell-and-tube condenser system from the pipe space coolant inlet 9 to the distribution chamber 2, then through the heat exchange tubes 4 and the rotary chamber 3 back to the distribution chamber 2 and to the pipe outlet 10 of the coolant of the pipe space.
  • the annular coolant that requires cooling is supplied through the annular coolant inlet pipe 7 to the annulus of the casing 1, while in contact with the surface of the heat exchange tubes 4 it begins to partially condense, moving towards the annular coolant outlet pipe 8.
  • condensate droplets 13 are formed on the outer surface of the heat exchange tubes, most of which are rolled from the arcuate convex segments 12 into the grooves 11, while the condensate residues 14 are removed by the flow of non-condensed annular coolant, the speed of which is maintained due to the fact that the distance between the guide walls 6 is sequential from the pipe 7 of the input of the coolant of the annular space to the pipe 8 of the output of the coolant of the annular space is reduced.
  • the shell-and-tube condenser according to the second embodiment contains heat exchange tubes 4, additionally having bulges 15 on the inner surface and coated with a material with a high adhesion resistance coefficient.
  • the shell-and-tube condenser according to the second embodiment works similarly to the shell-and-tube condenser according to the first embodiment, while the particles of 16 salts contained in the refrigerant are slightly deposited on the inner surface of the heat exchange tube 4 by coating it from the inside with a material with a high adhesion resistance coefficient, forming a thin layer 17 salt deposits.
  • the refrigerant interacts with the bulges 15 and swirls, also preventing the particles of 16 salts from settling on the inner surface of the heat transfer tube and contributing to the destruction of the formed layer 17 of salt deposits by abrasive exposure to them by the flow of the refrigerant and particles 16 of the salts contained therein.
  • the thickness of the condensate film on the outer surface of the heat exchanger tube and the amount of salt deposits on the inner surface of the tube and the tube are simultaneously reduced, thereby achieving a technical result consisting in reducing the risk of increasing thermal resistance between the coolants of the pipe and annular spaces, and increasing the overall heat transfer coefficient between the coolants of the pipe and annulus.
  • by reducing the required heat transfer surface it is possible to improve the overall dimensions of the heat transfer tube and, as a result, improve the overall dimensions of the entire shell-and-tube condenser.

Abstract

Группа изобретений относится к теплообменным аппаратам, в частности к устройству конденсаторов. Тех. результатом, достигаемым группой изобретений является снижение риска увеличения термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства кожухотрубного конденсатора. Конденсатор содержит корпус с трубками, имеющими канавки на внешней поверхности, перегородки, патрубки ввода и вывода теплоносителей трубного и межтрубного пространства. В отличие от прототипа трубки снаружи покрыты материалом с низким коэфф. смачиваемости, а расстояние между перегородками уменьшается от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства. Также конденсатор отличается от прототипа тем, что трубки имеют на внутренней поверхности выпуклости и покрыты изнутри материалом с высоким коэфф. сопротивления адгезии, 4 н.п.ф, 11 з.п.ф, 9 фиг.

Description

КОЖУХОТРУБНЫЙ КОНДЕНСАТОР
И ТЕШЮОБМЕННАЯ ТРУБКА КОЖУХОТРУБНОГО КОНДЕНСАТОРА
(ВАРИАНТЫ)
Группа изобретений относится к кожухотрубным теплообменным аппаратам, в частности к устройству кожухотрубных конденсаторов, и может быть использовано в энергетической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности.
Существует множество технических решений, относящихся к теплообменным аппаратам, общими признаками которых является корпус, в котором размещен пучок теплообменных трубок, закрепленных при помощи трубных досок, распределительные камеры, каналы ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, каналы ввода и вывода теплоносителя трубного пространства. При этом постоянно создаются новые решения, направленные на улучшение их эксплуатационных свойств, в частности и в области кожухотрубных конденсаторов.
Известен кожухотрубный конденсатор, отличающийся тем, что теплообменные трубки выполнены из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или из металла, но с нанесенным на поверхность слоем ПТФЭ [CN 1078802, дата приоритета 19.03.1993, дата публикации 24.11.1993, МПК: F28D 7/10, F28D 7/10].
Известен кожухотрубный конденсатор, отличающийся тем, что содержит направляющие перегородки, причем в нижней части корпуса по всей его длине размещена трубка с отверстиями и расположенным в ней стержнем соответствующего диаметра [SU409445, дата приоритета 01.12.1971, дата публикации 30.11.1973, МПК: F28D 7/00, F28F 9/00,].
В качестве прототипа выбран кожухотрубный конденсатор, который содержит корпус, внутри которого размещен пучок теплообменных трубок, закрепленных при помощи трубных досок, расположенных на торцевых поверхностях корпуса, патрубки ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, патрубки ввода и вывода теплоносителя трубного пространства, отличающееся тем, что теплообменные трубки содержат канавки на внешней поверхности. [UA74177, дата приоритета 24.02.2012, дата публикации 25.10.2012, МПК F28F 1/10].
Недостатком прототипа является высокий риск снижения коэффициента теплопередачи между теплоносителями трубного и межтрубного пространства, обусловленный тем, что конструкция трубок не обеспечивает эффективное снижение толщины образуемой плёнки конденсата на наружной поверхности, а также допускает образование кристаллических структур малорастворимых соединений на внутренней поверхности, которые, имея низкий коэффициент теплопроводности, существенно увеличивают коэффициент термического сопротивления теплопередаче, и в значительной степени снижают эффективность кожухотрубного конденсатора.
Технической проблемой, на решение которой направлена группа изобретений является повышение общего коэффициента теплопередачи между теплоносителями трубного и межтрубного пространства кожухотрубного конденсатора.
Техническим результатом, на достижение которого направлена группа изобретений, является снижение риска увеличения термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства кожухотрубного конденсатора.
Сущность кожухотрубного конденсатора по первому варианту заключается в следующем.
Кожухотрубный конденсатор содержит корпус, в котором размещен пучок теплообменных трубок, имеющих канавки на внешней поверхности и закрепленных при помощи трубных досок, направляющие перегородки, патрубки ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, патрубки ввода и вывода теплоносителя трубного пространства. В отличие от прототипа теплообменные трубки снаружи покрыты материалом с низким коэффициентом смачиваемости, при этом расстояние между направляющими перегородками уменьшается от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства.
Сущность кожухотрубного конденсатора по второму варианту заключается в следующем.
Кожухотрубный конденсатор содержит корпус, в котором размещен пучок теплообменных трубок, имеющих канавки на внешней поверхности и закрепленных при помощи трубных досок, направляющие перегородки, патрубки ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, патрубки ввода и вывода теплоносителя трубного пространства. В отличие от прототипа теплообменные трубки снаружи покрыты материалом с низким коэффициентом смачиваемости, имеют на внутренней поверхности выпуклости и покрыты изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии, при этом расстояние между направляющими перегородками уменьшается от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства.
Сущность теплообменной трубки кожухотрубного конденсатора по первому варианту заключается в следующем.
Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора имеет канавки на наружной поверхности. В отличие от прототипа теплообменная трубка покрыта снаружи материалом с низким коэффициентом смачиваемости, имеет на внутренней поверхности выпуклости и покрыта изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии.
Сущность теплообменной трубки кожухотрубного конденсатора по второму варианту заключается в следующем.
Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора имеет канавки на наружной поверхности. В отличие от прототипа теплообменная трубка покрыта снаружи материалом с низким коэффициентом смачиваемости, имеет на внутренней поверхности выпуклости и покрыта изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии.
Материал с низким коэффициентом смачиваемости обеспечивает возможность создания гидрофобного покрытия, способствующего скатыванию конденсата с наружной поверхности теплообменной трубки. Материал с низким коэффициентом смачиваемости может быть охарактеризован краевым углом смачивания. При этом величина краевого угла смачивания в диапазоне от 90° до 150° обеспечивает наиболее высокие гидрофобные характеристики внешней поверхности теплообменной трубки. Материал с низким коэффициентом смачиваемости может быть представлен синтетическими полиамидами или полимерами, например, нейлоном, фторопластом или политетрафторэтиленом.
Уменьшение расстояния между направляющими перегородками обеспечивает поддержание постоянной оптимальной скорости прохождения теплоносителя по межтрубному пространству, которая может находиться в диапазоне 65-120 м/с. Теплоноситель межтрубного пространства, введенный в теплообменник через патрубок ввода теплоносителя межтрубного пространства в виде пара, по мере перемещения к патрубку вывода и прохождению ходов теплоносителя межтрубного пространства конденсируется, при этом, так как жидкость имеет меньший объем чем пар, совокупный объем теплоносителя межтрубного пространства уменьшается, в следствие чего при дальнейшем распространении пара по межтрубному пространству, снижается давление внутри последующих ходов системы, а в конечном итоге снижается скорость движения пара. В связи с этим основным принципом уменьшения расстояния между направляющими перегородками является поддержание постоянной средней скорости движения пара по каждому ходу теплоносителя межтрубного пространства. Ходом теплоносителя межтрубного пространства в данном случае называется пространство между ближайшими направляющими перегородками, в котором пар движется прямолинейно по нормали к трубкам. Постоянная средняя скорость пара по каждому ходу теплоносителя межтрубного пространства обеспечивается постоянным соотношением среднего объемного расхода пара по каждому ходу теплоносителя межтрубного пространства и площади сечения соответствующего хода теплоносителя межтрубного пространства.
Соотношение определяется следующей формулой.
Figure imgf000006_0001
Где:
D'i - объемный расход пара в начале i-ro хода межтрубного пространства, м3/ч D"i - объемный расход пара в конце i-ro хода межтрубного пространства, м3/ч Fi - площадь сечения хода теплоносителя межтрубного пространства, м2 F - суммарная площадь сечения всех ходов, м2
п - общее количество ходов
Дополнительным средством поддержания постоянной скорости движения теплоносителя межтрубного пространства, особенно в зонах поворота, может выступать уменьшение площади окна последующих направляющих перегородок по сравнению с предыдущими.
Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора имеет канавки на наружной поверхности, обеспечивающие возможность создания покатых участков поверхности, способствующих снижению толщины или разрыву образующейся на наружной поверхности теплообменной трубки пленки конденсата. Канавки могут иметь различную форму и направление и могут представлять собой кольцевые, спиралевидные или многогранные углубления и могут быть получены накаткой, резанием или продавливанием. Оптимальные параметры канавки могут быть следующими: канавки могут иметь скругления с радиусом в диапазоне от 0,04 до 0,1 наружного диаметра теплообменной трубки, при этом радиус скругления образованных покатых участков наружной поверхности может находиться в диапазоне от 0,3 до 2 наружных диаметров теплообменной трубки. Также канавки могут иметь глубину, величина которой может находиться в диапазоне от ОД до 3 мм, при этом шаг канавок может зависеть от наружного диаметра теплообменной трубки, может быть меньше, либо больше диаметра теплообменной трубки, однако он не должен превышать диаметр теплообменных трубок более чем в 10 раз.
Материал с высоким коэффициентом сопротивления адгезии обеспечивает возможность создания покрытия с низким коэффициентом трения, препятствующего прилипанию и отложению на внутренней поверхности теплообменной трубки солей и иных включений, содержащихся в теплоносителе трубного пространства. Материал с высоким коэффициентом сопротивления адгезии может быть представлен синтетическими полиамидами, полимерами или фторсодержащими материалами, например, фторопластом, политетрафторэтиленом, а также различными металлическими напылениями. Также эти материалы могут быть нанесены на внутреннюю поверхность теплообменной трубки совместно, при этом нижним слоем может быть нанесено металлическое напыление, а верхним слоем - фторсодержащий материал. Использование политетрафторэтилена или фторопласта позволяет наносить максимально тонкий слой покрытия (от 0,1 мкм), за счет чего обеспечивается дополнительное снижение термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства.
Теплообменная трубка по второму варианту имеет выпуклости на внутренней поверхности, что обеспечивает возможность создания турбулентных завихрений, способствующих нарушению ламинарного течения теплоносителя трубного пространства, благодаря чему снижается вероятность оседания солей и иных включений на внутренней поверхности теплообменной трубки. При этом создание турбулентных завихрений также обеспечивает возможность абразивного воздействия солями и иными включениями на уже сформировавшиеся на внутренней поверхности трубки кристаллические структуры малорастворимых соединений.
Выпуклости могут иметь различную форму, например, кольцевую, ромбовидную, прямоугольную и другие формы. Выпуклости могут повторяться с заданным шагом и иметь заданную высоту, определяемые в зависимости от диаметра и толщины стенок теплообменной трубки, скорости течения и свойств используемого теплоносителя трубного пространства, а также от содержания в нем солей и иных примесей. При этом для снижения риска образования наплывов солей между выпуклостями и, как следствие, снижения риска увеличения термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства выпуклости могут повторяться с шагом в диапазоне от 0,1 до 10 наружных диаметров теплообменной трубки. Высота выпуклостей может находиться в диапазоне от 0,1 до 10 мм. Ширина выпуклостей может находиться в диапазоне от 0,5 до 10 мм.
Кольцевые выпуклости могут быть получены посредством накатки или резанием. Ромбовидные выпуклости могут быть получены путем прорезания или продавливания пересекающихся спиралевидных канавок на внутренней поверхности теплообменной трубки, а прямоугольные выпуклости могут быть получены путем прорезания или продавливания пересекающихся прямых продольных и поперечных канавок на внутренней поверхности теплообменной трубки.
Также выпуклости могут быть образованы вставками, установленными внутрь теплообменной трубки и/или закрепленными на ее внутренней поверхности, которые могут представлять собой ребра, спиралевидные ленты, кольца или гофрированные элементы. При этом для повышения степени завихрения потока теплоносителя трубного пространства вставки могут иметь сквозную перфорацию, а для препятствования отложению солей на их поверхность может быть нанесен материал с высоким коэффициентом сопротивления адгезии.
Выпуклости на внутренней поверхности теплообменной трубки могут быть выполнены ответными канавкам на наружной поверхности. Например, выпуклости на внутренней поверхности теплообменной трубки могут быть получены в процессе накатки канавок на наружной поверхности теплообменной трубки, что дополнительно обеспечивает более высокую надежность и простоту изготовления теплообменной трубки.
Группа изобретений обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что:
— расстояние между направляющими перегородками кожухотрубного конденсатора уменьшается от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства, что позволяет поддерживать постоянную скорость движения теплоносителя межтрубного пространства, обеспечив эффективное удаление капель конденсата с наружной поверхности теплообменных трубок потоком не сконденсировавшегося теплоносителя на протяжении всего межтрубного пространства.
— внешняя поверхность теплообменных трубок покрыта материалом, обладающим низким коэффициентом смачиваемости, что обеспечивает снижение адгезии капель конденсата и наружной поверхности теплообменных трубок.
— теплообменные трубки покрыты изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии, снижающим степень молекулярного взаимодействия между частицами солей и внутренней поверхностью теплообменных трубок, что замедляет образование кристаллических структур малорастворимых соединений на внутренней поверхности теплообменных трубок.
— теплообменные трубки на внутренней поверхности имеют выпуклости, которые турбулизируют поток теплоносителя трубного пространства, создавая завихрения, разрушающие кристаллические структуры малорастворимых соединений, образующихся на внутренней поверхности теплообменных трубок.
Таким образом совокупность существенных отличительных признаков группы изобретений позволяет обеспечить эффективное удаление капель конденсата с наружной поверхности теплообменных трубок, снизить адгезию капель конденсата с наружной поверхностью теплообменных трубок, замедлить образование кристаллических структур малорастворимых соединений на внутренней поверхности теплообменных трубок, а в случае их образования позволяет эффективно их разрушать, благодаря чему достигается технический результат, заключающийся в снижении риска увеличения термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства, и повышается коэффициент теплопередачи между теплоносителями трубного и межтрубного пространства.
Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности "новизна".
Указанные отличительные признаки группы изобретений известны из уровня техники и встречаются в различной научно-технической литературе, однако в большинстве случаев они направлены на достижение иного технического результата, связанного, например, с обеспечением повышенной износостойкости теплообменных трубок (ПТФЭ покрытие) или увеличения длительности контакта между теплоносителями трубного и межтрубного пространства. Кроме того, из уровня техники неизвестно сочетание указанных отличительных признаков между собой, а также неизвестно их сочетание с наличием канавок на наружной и выпуклостей на внутренней поверхности теплообменных трубок. Создание конструкции, включающей покрытие теплообменных трубок материалом с низким коэффициентом смачиваемости, канавки и выпуклости на поверхностях теплообменных трубок, а также последовательно уменьшающееся расстояние между направляющими перегородками, позволяет достичь синергетического эффекта, заключающегося в значительном повышении коэффициента теплопередачи между теплоносителями трубного и межтрубного пространства кожухотрубного конденсатора в том числе за счет снижения коэффициента термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства.
Указанный синергетический эффект достигается за счёт того, что сконденсировавшийся в процессе теплообмена теплоноситель межтрубного пространства из-за покрытия наружной поверхности теплообменных трубок материалом с низким коэффициентом смачиваемости образует на поверхности теплообменных трубок минимальную по толщине пленку и собирается в капли, большинство из которых скатывается с дуговидных выпуклых отрезков поверхности теплообменных трубок в кольцевые канавки, а оставшиеся на дуговидных выпуклых отрезках теплообменных труб капли конденсата удаляются потоком теплоносителя межтрубного пространства, скорость которого поддерживается путём уменьшения расстояния между направляющими перегородками от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства. При этом частицы солей, содержащиеся в теплоносителе трубного пространства, благодаря покрытию внутренней поверхности теплообменной трубки материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии отталкиваются от внутренней поверхности теплообменной трубки и, при взаимодействии с выпуклостями, завихряются, абразивно воздействуя на уже сформировавшиеся отложения солей, активно разрушая их.
В целях иллюстрации достигаемого синергетического эффекта были проанализированы эффекты от применения отличительных признаков заявляемой группы изобретений по отдельности и при их совместном применении. Из доступных источников информации известно, что выполнение канавок на теплообменных трубках увеличивает коэффициент теплопередачи примерно в 1,5-1,9 раза, покрытие теплообменных трубок материалом с низким коэффициентом смачиваемости - в 2,6- 3,2 раза, последовательное уменьшение расстояния между направляющими перегородками - в 1,1-1,2 раза, покрытие теплообменных трубок изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии - в 1,8-2,4 раза (в зависимости от длительности эксплуатации), выполнение выпуклостей - еще в 1,4- 1,6 раза. При этом на практике в заявляемой группе изобретений наблюдается увеличение коэффициента теплопередачи в 6,2-13,4 раз, что в несколько раз превышает прогнозируемый суммарный эффект от совместного внедрения признаков, рассчитанный на основе вышеуказанных теоретических данных, и подтверждает возможность достижения синергетического эффекта.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Группа изобретений поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 - Кожухотрубный конденсатор с односторонней подачей теплоносителя межтрубного пространства с охладителем конденсата, общий вид, продольный разрез.
Фиг.2 - Кожухотрубный конденсатор с односторонней подачей теплоносителя межтрубного пространства без охладителя конденсата, общий вид, продольный разрез.
Фиг.З - Кожухотрубный конденсатор с двусторонней подачей теплоносителя межтрубного пространства, общий вид, продольный разрез.
Фиг.4 - Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора с кольцевыми канавками на наружной поверхности, общий вид.
Фиг.5 - Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора со спиралевидными канавками на наружной поверхности, общий вид.
Фиг.6 - Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора с кольцевыми канавками на наружной поверхности и ответными кольцевыми выпуклостями на внутренней поверхности, продольный разрез.
Фиг.7 - Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора с кольцевыми канавками на наружной поверхности и ромбовидными выпуклостями на внутренней поверхности, продольный разрез.
Фиг.8 - Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора со спиралевидной канавкой на наружной поверхности и ответной спиралевидной выпуклостью на внутренней поверхности, продольный разрез. Фиг.9 - Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора с кольцевыми канавками на наружной поверхности и вставками, выполненными в виде перфорированных колец, продольный разрез.
Кожухотрубный конденсатор содержит корпус 1, распределительную камеру 2, поворотную камеру 3. В корпусе 1 размещен пучок теплообменных трубок 4, закрепленных при помощи трубных досок 5, направляющие перегородки 6, патрубок 7 ввода и патрубок 8 вывода теплоносителя межтрубного пространства, патрубок 9 ввода и патрубок 10 вывода теплоносителя трубного пространства, при этом расстояние Sn между направляющими перегородками 6 уменьшается от патрубка 7 ввода к патрубку 8 вывода теплоносителя межтрубного пространства, таким образом, что Sn>Sn+l. При этом теплообменные трубки 4 покрыты материалом с низким коэффициентом смачиваемости и имеют канавки 11, благодаря которым на наружной поверхности теплообменных труб 4 образуются дуговидные выпуклые отрезки 12.
Кожухотрубный конденсатор работает следующим образом.
В патрубок 9 ввода теплоносителя трубного пространства подается хладагент, имеющий температуру ниже температуры насыщения пара в межтрубном пространстве корпуса 1. Далее хладагент циркулирует внутри системы кожухотрубного конденсатора от патрубка 9 ввода теплоносителя трубного пространства в распределительную камеру 2, далее через теплообменные трубки 4 и поворотную камеру 3 обратно к распределительной камере 2 и к патрубку 10 вывода теплоносителя трубного пространства. Теплоноситель межтрубного пространства, требующий охлаждения, подают через патрубок 7 ввода теплоносителя межтрубного пространства в межтрубное пространство корпуса 1, при этом он, соприкасаясь с поверхностью теплообменных трубок 4 начинает частично конденсироваться, двигаясь в сторону патрубка 8 вывода теплоносителя межтрубного пространства. При этом на наружной поверхности теплообменных трубок образуются капли 13 конденсата, большинство из которых скатывается с дуговидных выпуклых отрезков 12 в канавки 11, При этом остатки 14 конденсата удаляются потоком несконденсировавшегося теплоносителя межтрубного пространства, скорость которого поддерживается благодаря тому, что расстояние между направляющими перегородками 6 последовательно от патрубка 7 ввода теплоносителя межтрубного пространства к патрубку 8 вывода теплоносителя межтрубного пространства уменьшается. Кожухотрубный конденсатор по второму варианту содержит теплообменные трубки 4, дополнительно имеющие на внутренней поверхности выпуклости 15 и покрытые материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии.
Кожухотрубный конденсатор по второму варианту работает схожим образом с кожухотрубным конденсатором по первому варианту, при этом частицы 16 солей, содержащиеся в хладагенте, незначительно осаждаются на внутренней поверхности теплообменной трубки 4 за счет покрытия ее изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии, образуя при этом тонкий слой 17 солевых отложений. Хладагент взаимодействует с выпуклостями 15 и завихряется, также препятствуя оседанию частиц 16 солей на внутренней поверхности теплообменной трубки и способствуя разрушению образовавшегося слоя 17 солевых отложений посредством абразивного воздействия на них потоком хладагента и частицами 16 солей, содержащимися в нем.
Таким образом одновременно снижается толщина пленки конденсата на внешней поверхности теплообменной трубки и количество солевых отложений на внутренней поверхности и трубки, благодаря чему достигается технический результат, заключающийся в снижении риска увеличения термического сопротивления между теплоносителями трубного и межтрубного пространства, и повышается общий коэффициент теплопередачи между теплоносителями трубного и межтрубного пространства. При этом, за счет снижения требуемой поверхности теплообмена обеспечивается возможность улучшения массогабаритных характеристик теплообменной трубки и, как следствие, улучшения массогабаритных характеристик всего кожухотрубного конденсатора.
и

Claims

Формула группы изобретений
1. Кожухотрубный конденсатор содержащий корпус, в котором размещен пучок теплообменных трубок, имеющих канавки на внешней поверхности и закрепленных при помощи трубных досок, направляющие перегородки, патрубки ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, патрубки ввода и вывода теплоносителя трубного пространства, отличающийся тем, что внешняя поверхность теплообменных трубок покрыта материалом с низким коэффициентом смачиваемости, при этом расстояние между направляющими перегородками уменьшается от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства.
2. Кожухотрубный конденсатор, содержащий корпус, в котором размещен пучок теплообменных трубок, имеющих канавки на внешней поверхности и закрепленных при помощи трубных досок, направляющие перегородки, патрубки ввода и вывода теплоносителя межтрубного пространства, патрубки ввода и вывода теплоносителя трубного пространства, отличающийся тем, что теплообменные трубки снаружи покрыты материалом с низким коэффициентом смачиваемости, на внутренней поверхности имеют выпуклости и покрыты изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии, при этом расстояние между направляющими перегородками уменьшается от патрубка ввода к патрубку вывода теплоносителя межтрубного пространства.
3. Кожухотрубный конденсатор по п.1 или п.2, отличающийся тем, что расстояние между направляющими перегородками уменьшается таким образом, чтобы обеспечивалась постоянная средняя скорость движения пара по каждому ходу теплоносителя межтрубного пространства.
4. Кожухотрубный конденсатор по п.З, отличающийся тем, что расстояние между направляющими перегородками уменьшается таким образом, чтобы обеспечивалось постоянное соотношение среднего объемного расхода пара по каждому ходу теплоносителя межтрубного пространства и площади сечения соответствующего хода теплоносителя межтрубного пространства.
5. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора, имеющая канавки на наружной поверхности, отличающаяся тем, что покрыта снаружи материалом с низким коэффициентом смачиваемости.
6. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора, имеющая канавки на наружной поверхности, отличающаяся тем, что покрыта снаружи материалом с низким коэффициентом смачиваемости, на внутренней поверхности имеет выпуклости и покрыта изнутри материалом с высоким коэффициентом сопротивления адгезии.
7. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.5 или п.6, отличающаяся тем, что покрыта снаружи нейлоном или фторопластом, или политетрафторэтиленом.
8. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.5 или п.6, отличающаяся тем, что покрыта снаружи материалом, обеспечивающим значение краевого угла смачивания в диапазоне от 90° до 150°.
9. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.5 или п.6, отличающаяся тем, что канавки имеют скругления с радиусом в диапазоне от 0,04 до 0,1 наружного диаметра теплообменной трубки.
10. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.5 или п.6, отличающаяся тем, что радиус скругления покатых участков поверхности, образованных между канавками, находится в диапазоне от 0,3 до 2 наружных диаметров теплообменной трубки.
11. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.6, отличающаяся тем, что покрыта изнутри фторсодержащим материалом и/или металлическим напылением.
12. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.6, отличающаяся тем, что выпуклости на внутренней поверхности выполнены ответными канавкам на наружной поверхности.
13. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.12, отличающаяся тем, что выпуклости и канавки имеют кольцевую форму.
14. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.12, отличающаяся тем, что выпуклости и канавки повторяются с шагом в диапазоне от
0,1 до 10 наружных диаметров теплообменной трубки.
15. Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора по п.12, отличающаяся тем, что выпуклости на внутренней поверхности имеют высоту, величина которой находится в диапазоне от 0,5 до 10 мм.
PCT/RU2017/000560 2016-08-05 2017-07-31 Кожухотрубный конденсатор и теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора (варианты) WO2018026312A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK17837320.5T DK3415852T3 (da) 2016-08-05 2017-07-31 Skal- og rørkondensator og varmevekslingsrør til en skal- og rørkondensator (varianter)
US16/321,790 US11493282B2 (en) 2016-08-05 2017-07-31 Shell and tube condenser and the heat exchange tube of a shell and tube condenser (variants)
CA3032592A CA3032592C (en) 2016-08-05 2017-07-31 Shell-and-tube condenser comprising grooved tubes with coatings
EP17837320.5A EP3415852B1 (en) 2016-08-05 2017-07-31 Shell and tube condenser and heat exchange tube of a shell and tube condenser (variants)
CN201780048004.9A CN109791023A (zh) 2016-08-05 2017-07-31 壳管式冷凝器和壳管式冷凝器的换热管
JP2019528014A JP2019527812A (ja) 2016-08-05 2017-07-31 シェルアンドチューブ式凝縮器およびシェルアンドチューブ式凝縮器の熱交換チューブ（複数のバージョン）
PL17837320.5T PL3415852T3 (pl) 2016-08-05 2017-07-31 Skraplacz płaszczowo-rurowy i rura wymiany ciepła skraplacza płaszczowo-rurowego (warianty)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016132511 2016-08-05
RU2016132511 2016-08-05
RU2017126870 2017-07-26
RU2017126870 2017-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018026312A1 true WO2018026312A1 (ru) 2018-02-08

Family

ID=61073667

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000560 WO2018026312A1 (ru) 2016-08-05 2017-07-31 Кожухотрубный конденсатор и теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора (варианты)

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11493282B2 (ru)
EP (1) EP3415852B1 (ru)
JP (1) JP2019527812A (ru)
CN (1) CN109791023A (ru)
CA (1) CA3032592C (ru)
DK (1) DK3415852T3 (ru)
PL (1) PL3415852T3 (ru)
WO (1) WO2018026312A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220236014A1 (en) * 2019-05-28 2022-07-28 Sulzer Management Ag Tube-bundle heat exchanger comprising assemblies/built-in elements formed of deflection surfaces and directing sections

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110763055B (zh) * 2019-08-23 2021-03-16 西安交通大学 一种表面疏水改性复合冷凝强化传热管及其制备方法
US11818831B2 (en) * 2019-09-24 2023-11-14 Borgwarner Inc. Notched baffled heat exchanger for circuit boards
US20210164619A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-03 Chart Inc. Ambient Air Vaporizer with Icephobic/Waterphobic Treatment
US11524249B2 (en) * 2021-03-08 2022-12-13 Saudi Arabian Oil Company Controlling degradation in a reboiler via a hydrophobic coating
US20230294015A1 (en) * 2022-03-16 2023-09-21 Saudi Arabian Oil Company Controlling degradation in a reboiler via higher surface roughness
EP4328519A1 (de) * 2022-08-25 2024-02-28 ERK Eckrohrkessel GmbH Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von erdwärme sowie verfahren zur erzeugung elektrischer energie
EP4328520A1 (de) * 2022-08-25 2024-02-28 ERK Eckrohrkessel GmbH Verfahren und einrichtung zur nutzung von erdwärme

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1078802A (zh) * 1993-03-19 1993-11-24 张留刚 聚四氟乙烯金属复合换热器
RU8459U1 (ru) * 1998-01-05 1998-11-16 Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" Аппарат для высокотемпературных теплообменных процессов
CN1297133A (zh) * 2000-11-30 2001-05-30 赵永镐 新型聚四氟乙烯管壳式换热器

Family Cites Families (72)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1436739A (en) * 1919-03-03 1922-11-28 Alfred L Webre Evaporator
US1592845A (en) * 1925-12-01 1926-07-20 Ingersoll Rand Co Surface condenser
US1773037A (en) * 1927-05-03 1930-08-12 Elliott Co Method and apparatus for effecting heat interchange
US2589730A (en) * 1949-09-20 1952-03-18 Gas Machinery Co Heat exchanger
US3826304A (en) * 1967-10-11 1974-07-30 Universal Oil Prod Co Advantageous configuration of tubing for internal boiling
GB1343412A (en) * 1970-06-30 1974-01-10 Atomic Energy Authority Uk Heat transfer tubes
DE2154310A1 (de) 1970-12-02 1972-06-15 Luft U Kaeltetechnik Veb K Einrichtung zur Entleerung von Rohr bündelwärmetauschern
US3731734A (en) * 1971-05-03 1973-05-08 Ecodyne Corp Adjustable selective orificing steam condenser
IL40244A (en) * 1971-09-07 1975-10-15 Universal Oil Prod Co Tubing or plates for heat transfer processes
US3841136A (en) * 1972-03-07 1974-10-15 Universal Oil Prod Co Method of designing internally ridged heat transfer tube for optimum performance
US3779312A (en) * 1972-03-07 1973-12-18 Universal Oil Prod Co Internally ridged heat transfer tube
US4007774A (en) * 1975-09-23 1977-02-15 Uop Inc. Heat exchange apparatus and method of controlling fouling therein
JPS5289721A (en) * 1976-01-20 1977-07-27 Taiho Kogyo Co Ltd Egr controlling system made of aluminum alloy
US4358046A (en) * 1977-03-17 1982-11-09 Union Carbide Corporation Oriented graphite layer and formation
JPS5756069Y2 (ru) * 1977-05-04 1982-12-03
US4125152A (en) * 1977-09-19 1978-11-14 Borg-Warner Corporation Scale resistant heat transfer surfaces and a method for their preparation
JPS54101649U (ru) * 1977-12-28 1979-07-18
US4204570A (en) * 1978-02-23 1980-05-27 Foster Wheeler Energy Corporation Helical spacer for heat exchanger tube bundle
DE2814828C3 (de) * 1978-04-06 1981-07-09 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Gaskühler mit innenberippten Bleirohren
US4776391A (en) * 1979-10-04 1988-10-11 Heat Exchanger Industries, Inc. Heat exchanger method and apparatus
US4577380A (en) * 1979-10-04 1986-03-25 Heat Exchanger Industries, Inc. Method of manufacturing heat exchangers
US4858681A (en) * 1983-03-28 1989-08-22 Tui Industries Shell and tube heat exchanger
JPS6036854A (ja) * 1983-08-10 1985-02-26 株式会社荏原製作所 凝縮器
JPS60126594A (ja) * 1983-12-10 1985-07-06 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 熱交換器の壁面構造
US4619311A (en) * 1985-06-28 1986-10-28 Vasile Carmine F Equal volume, contraflow heat exchanger
JPS63183393A (ja) * 1987-01-22 1988-07-28 Mitsubishi Metal Corp 伝熱管
DE4001330A1 (de) * 1990-01-18 1991-07-25 Calorifer Ag Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung von loesungsmitteln aus trocknungsluft
EP0772514B1 (de) * 1994-07-29 1998-12-23 Wilhelm Barthlott Selbstreinigende oberflächen von gegenständen sowie verfahren zur herstellung derselben
CN2226744Y (zh) * 1995-01-08 1996-05-08 江苏远东波纹管集团公司 挤压式接头连续波形换热管
JPH09152289A (ja) * 1995-11-29 1997-06-10 Sanyo Electric Co Ltd 吸収式冷凍機
JPH09152290A (ja) * 1995-11-29 1997-06-10 Sanyo Electric Co Ltd 吸収式冷凍機
DE19644692A1 (de) * 1996-10-28 1998-04-30 Abb Patent Gmbh Beschichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
JPH1163791A (ja) * 1997-08-12 1999-03-05 Ishizuka Denshi Kk 着霜検知器
DE19744080C2 (de) * 1997-10-06 2000-09-14 Alfred Leipertz Verfahren zur gezielten Einstellung von Tropfenkondensation auf ionenimplantierten Metalloberflächen
JP3801771B2 (ja) * 1998-03-13 2006-07-26 株式会社コベルコ マテリアル銅管 流下液膜式蒸発器用伝熱管
US20030111209A1 (en) * 1999-01-20 2003-06-19 Hino Motors, Ltd. EGR cooler
DE10056242A1 (de) * 2000-11-14 2002-05-23 Alstom Switzerland Ltd Kondensationswärmeübertrager
DE10100241A1 (de) * 2001-01-05 2002-07-18 Hde Metallwerk Gmbh Wärmetauscherrohr für flüssige oder gasförmige Medien
WO2002055446A1 (de) * 2001-01-12 2002-07-18 Basf Aktiengesellschaft Verfahren zur schmutzabweisenden ausrüstung von oberflächen
EP1279742A1 (en) * 2001-07-23 2003-01-29 Applied NanoSystems B.V. Method of binding a compound to a sensor surface using hydrophobin
KR20040017768A (ko) * 2002-08-23 2004-02-27 엘지전자 주식회사 열교환기의 응축수 배출장치
JP4871726B2 (ja) * 2003-04-28 2012-02-08 ナノシス・インク． 超疎液性表面、その作製法及び用途
JP2004360945A (ja) * 2003-06-02 2004-12-24 Kobe Steel Ltd 流下液膜式熱交換器用伝熱管
JP2005090798A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Kobe Steel Ltd 凝縮器用伝熱管
EP1562018A1 (de) * 2004-02-03 2005-08-10 Siemens Aktiengesellschaft Wärmetauscherrohr, Wärmetauscher und Verwendung
US7353860B2 (en) * 2004-06-16 2008-04-08 Intel Corporation Heat dissipating device with enhanced boiling/condensation structure
US7458341B2 (en) * 2005-08-01 2008-12-02 Bradford White Corporation Water heater with convoluted flue tube
US7461639B2 (en) * 2006-04-25 2008-12-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Coated heat exchanger
CN101501437A (zh) * 2006-06-23 2009-08-05 埃克森美孚研究工程公司 减少热交换器中的结垢
JP2010505623A (ja) * 2006-10-10 2010-02-25 ザ テキサス エイ・アンド・エム ユニヴァーシティ システム 脱塩システム
US20080236803A1 (en) * 2007-03-27 2008-10-02 Wolverine Tube, Inc. Finned tube with indentations
DE102007015450A1 (de) * 2007-03-30 2008-10-02 Siemens Ag Beschichtung für Dampfkondensatoren
CN201053840Y (zh) * 2007-06-28 2008-04-30 北京广厦新源石化设备开发有限公司 纵槽强化换热管
US7887934B2 (en) * 2007-12-18 2011-02-15 General Electric Company Wetting resistant materials and articles made therewith
JP2010249405A (ja) * 2009-04-15 2010-11-04 Furukawa Electric Co Ltd:The 内面溝付管及びその製造方法
US8910702B2 (en) * 2009-04-30 2014-12-16 Uop Llc Re-direction of vapor flow across tubular condensers
US20110083619A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 Master Bashir I Dual enhanced tube for vapor generator
JP2011099614A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Nippon Futsuso Kogyo Kk 熱交換器
US8917810B2 (en) * 2010-09-10 2014-12-23 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Devices and methods for managing noncombustible gasses in nuclear power plants
US20120118722A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-17 Holtzapple Mark T Heat exchanger system and method of use
WO2012115799A1 (en) * 2011-02-21 2012-08-30 International Engine Intellectual Property Company, Llc Egr cooler and method
WO2014012161A1 (en) * 2012-07-17 2014-01-23 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of Natural Resources Method and composite for preparing heat exchangers for corrosive environments
JP5932597B2 (ja) * 2012-10-11 2016-06-08 三菱電機株式会社 熱交換器及びその製造方法、並びに該熱交換器を備えた空気調和機
WO2014127304A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Massachusetts Institute Of Technology Grafted polymer surfaces for dropwise condensation, and associated methods of use and manufacture
JP6538651B2 (ja) * 2013-05-02 2019-07-03 ザ ボード オブ リージェンツ オブ ザ ネヴァダ システム オブ ハイヤー エデュケーション オン ビハーフ オブ ザ ユニヴァーシティ オブ ネヴァダ， ラス ヴェガスＴｈｅ Ｂｏａｒｄ ｏｆ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｖａｄａ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｉｇｈｅｒ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ｏｎ ｂｅｈａｌｆ ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｎｅｖａｄａ， Ｌａｓ Ｖｅｇａｓ 凝縮器の性能を向上させる機能的なコーティング
US10921072B2 (en) * 2013-05-02 2021-02-16 Nbd Nanotechnologies, Inc. Functional coatings enhancing condenser performance
FR3016689B1 (fr) * 2014-01-20 2016-01-15 Vallourec Heat Exchanger Tubes Tube ameliore pour echangeur thermique
US20160018168A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-21 Nicholas F. Urbanski Angled Tube Fins to Support Shell Side Flow
CN204730708U (zh) * 2015-05-27 2015-10-28 洛阳双瑞特种装备有限公司 一种不等间距的螺旋折流板管壳式换热器
CN204730688U (zh) * 2015-07-07 2015-10-28 四川天福精细化工有限公司 脱敏剂生产用冷凝器
CN205102621U (zh) * 2015-11-06 2016-03-23 洛阳双瑞特种装备有限公司 一种高效蒸汽冷凝器
CN105865246A (zh) * 2016-05-31 2016-08-17 中冶焦耐工程技术有限公司 一种自支撑式波纹直管换热管束

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1078802A (zh) * 1993-03-19 1993-11-24 张留刚 聚四氟乙烯金属复合换热器
RU8459U1 (ru) * 1998-01-05 1998-11-16 Открытое акционерное общество "Нижнекамскнефтехим" Аппарат для высокотемпературных теплообменных процессов
CN1297133A (zh) * 2000-11-30 2001-05-30 赵永镐 新型聚四氟乙烯管壳式换热器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220236014A1 (en) * 2019-05-28 2022-07-28 Sulzer Management Ag Tube-bundle heat exchanger comprising assemblies/built-in elements formed of deflection surfaces and directing sections

Also Published As

Publication number Publication date
PL3415852T3 (pl) 2024-03-18
CA3032592A1 (en) 2018-02-08
US20210278144A1 (en) 2021-09-09
JP2019527812A (ja) 2019-10-03
CN109791023A (zh) 2019-05-21
CA3032592C (en) 2020-11-24
DK3415852T3 (da) 2024-02-05
US11493282B2 (en) 2022-11-08
EP3415852A1 (en) 2018-12-19
EP3415852B1 (en) 2023-11-08
EP3415852A4 (en) 2019-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018026312A1 (ru) Кожухотрубный конденсатор и теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора (варианты)
Manglik Heat transfer enhancement
JP6367869B2 (ja) 螺旋状通路を備えた向流式熱交換器
Bergles Heat transfer enhancement—the encouragement and accommodation of high heat fluxes
RU2529765C1 (ru) Испарительный теплообменный аппарат со змеевиком из ребристых эллиптических труб в сборе
US7971307B2 (en) Device for cleaning tubes
EP1971815B1 (en) Spirally wound, layered tube heat exchanger
WO2013016943A1 (zh) 一种内分液罩式冷凝换热管
TW201335549A (zh) 空調機用蛇管熱交換器
CN1307400C (zh) 热交换器
RU2527772C1 (ru) Теплообменный аппарат
JP2008261566A (ja) 二重管式熱交換器
WO2016029115A1 (en) Heat exchanger coil with offset fins
RU177207U1 (ru) Теплообменная трубка кожухотрубного конденсатора
WO2011127574A1 (en) Turbulator and conduit apparatus for a heat exchanger
RU181284U1 (ru) Устройство трубы для теплообменных аппаратов
RU170614U1 (ru) Кожухотрубный конденсатор
Shah Extended surface heat transfer
JP3239843U (ja) シェルアンドチューブ式凝縮器およびシェルアンドチューブ式凝縮器の熱交換チューブ（複数のバージョン）
CN108474629B (zh) 用于热交换器应用的折叠导管
CN102654372B (zh) 一种棱锥形翅片冷凝管
RU2334188C1 (ru) Теплообменная труба
Boda et al. Design and Development of Parallel-Counter Flow Heat Exchanger
EA029786B1 (ru) Кожухотрубный конденсатор
JP2013200116A (ja) 流下液膜式熱交換器及び管内挿入部材

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017837320

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017837320

Country of ref document: EP

Effective date: 20180911

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17837320

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3032592

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019528014

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE