RU2047074C1

RU2047074C1 - Heat exchanger

Info

Publication number: RU2047074C1
Authority: RU
Inventors: Е.И. Тюхтин; Б.М. Камашев; В.М. Аношин; О.А. Бых; С.И. Глинчак; Л.В. Штаев; С.В. Саргин
Original assignee: Тюхтин Евгений Иванович
Priority date: 1992-01-28
Filing date: 1992-01-28
Publication date: 1995-10-27

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: heat exchange has chambers 1 and 2 for supplying and discharging fluid respectively, pipe plates 3 and 4, heat exchanging members, common collectors 11 and 12 for supplying and discharging a coolant respectively, and blowing connecting pipes. Collector chambers 5 and 6 for the coolant abut against the inner and outer sides of the pipe plates. The chambers are interconnected through passageways 7 and 8. The heat exchanging members are made up as axially alined outer pipes 9 and inner pipes 10. The common collectors are connected with the collector chambers 5 and 6. Compensators can be mounted on outer pipes 9 of the heat exchanging member. Heat stresses in the pipe plates are decreased owing to their cooling from the both sides and through the walls of passages 7 and 8. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к химическому и энергетическому машиностроению и может быть использовано в теплообменниках, предназначенных для охлаждения различных сред, преимущественно газа. The invention relates to chemical and power engineering and can be used in heat exchangers designed for cooling various environments, mainly gas.

Известен теплообменник, служащий для охлаждения кипящей водой крекинг-газа, содержащий трубки, через которые протекает охлаждаемый газ [1] Трубки закреплены в трубные решетки и заключены в корпус, внутри которого циркулирует охлаждающая среда. Known heat exchanger for cooling cracking gas with boiling water, containing tubes through which the cooled gas flows [1] The tubes are fixed in tube sheets and enclosed in a housing inside which a cooling medium circulates.

В данном теплообменнике трубные решетки с одного торца охлаждаются водой, а с противоположного торца нагреваются газом, что создает значительные температурные напряжения в трубных решетках и узлах заделки труб, а также дополнительные напряжения в этих узлах от давления охлаждающей среды, что снижает надежность теплообменника. Надежность данного теплообменника снижается также за счет подшламовой коррозии трубной решетки и труб, вызванной невозможностью полного удаления шлама, выпадающего из кипящей воды, из-за наличия застойных зон. In this heat exchanger, the tube sheets are cooled from one end by water, and heated by gas from the other end, which creates significant temperature stresses in the tube sheets and pipe embedment units, as well as additional stresses in these units from the pressure of the cooling medium, which reduces the reliability of the heat exchanger. The reliability of this heat exchanger is also reduced due to under-slurry corrosion of the tube sheet and pipes, caused by the inability to completely remove sludge falling out of boiling water, due to the presence of stagnant zones.

Известен теплообменник для охлаждения пирогаза фирмы "Борзиг" ФРГ, по конструкции аналогичный вышеуказанному теплообменнику и обладающий теми же недостатками [2]
Наиболее близким к изобретению является содержащий теплообменные элементы, состоящие каждый из коаксиально установленных внутренней и наружной труб, трубные решетки и примыкающий к одной из них раздающий коллектор для охлаждающей среды, подключенный к межтрубным зазорам теплообменных элементов и разделенный на две камеры, сообщенные между собой сквозными каналами [3] Наружные и внутренние теплообменные элементы закреплены в противолежащих стенках коллекторных камер.Known heat exchanger for cooling the pyrogas of the company "Borzig" Germany, the design is similar to the above heat exchanger and has the same disadvantages [2]
Closest to the invention is comprising heat exchange elements, each consisting of a coaxially mounted inner and outer pipe, tube sheets and a distributing manifold adjacent to one of them for a cooling medium, connected to the annular gaps of the heat exchange elements and divided into two chambers communicated with through channels [3] The external and internal heat exchange elements are fixed in the opposite walls of the collector chambers.

Данный теплообменник обладает теми же недостатками, что и предыдущие теплообменники, хотя в нем несколько улучшены условия для удаления шлама с нижней трубной решетки. This heat exchanger has the same drawbacks as previous heat exchangers, although the conditions for removing sludge from the lower tube sheet are somewhat improved.

Задача изобретения повышение надежности путем снижения уровня напряжений в трубных решетках и исключения подшламовой коррозии элементов теплообменника по контуру охлаждающей среды. The objective of the invention is to increase reliability by reducing the level of stress in the tube sheets and eliminating under-slurry corrosion of heat exchanger elements along the cooling medium circuit.

Снижение уровня температурных напряжений в трубных решетках достигается за счет их охлаждения с обоих торцов и через стенки сквозных каналов, соединяющих внешние и внутренние коллекторные камеры, а напряжения от давления охлаждающей среды исключаются за счет уравновешивания усилий от давления на верхнюю и нижнюю поверхности трубной решетки. Reducing the level of temperature stresses in the tube sheets is achieved by cooling them from both ends and through the walls of the through channels connecting the external and internal collector chambers, and stresses from the pressure of the cooling medium are eliminated by balancing the forces from the pressure on the upper and lower surfaces of the tube sheet.

Подшламовая коррозия в местах скопления шлама в нижних коллекторных камерах охлаждающей среды исключается за счет создания в них перемешивающихся потоков, движущихся вдоль и поперек осей коллекторных камер, что делает невозможным отложение шлама, а также способствует удалению шлама из теплообменника. Sub-slurry corrosion at the places of accumulation of sludge in the lower collector chambers of the cooling medium is eliminated by creating mixed flows in them, moving along and across the axes of the collector chambers, which makes it impossible to deposit sludge, and also helps to remove sludge from the heat exchanger.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом теплообменнике коллекторные камеры подвода и отвода охлаждающей среды выполнены с внешней и внутренней сторон трубных решеток, внутренние теплообменные трубы закреплены в стенках коллекторных камер, расположенных со стороны подвода и отвода охлаждаемой среды, наружные теплообменные трубы закреплены в стенках противолежащих коллекторных камер, а между наружными и внутренними коллекторными камерами охлаждающей среды в трубных решетках выполнены сквозные кольцевые каналы, расположенные вокруг каждой наружной теплообменной трубы. Коллекторные камеры на внешней и внутренней сторонах трубной решетки могут быть выполнены продольными, кольцевыми, спиральными или другой формы. Продольные коллекторные камеры охлаждающей среды могут быть расположены параллельно друг другу на обеих сторонах трубной решетки. Для уменьшения неравномерности раздачи охлаждающей среды по теплообменным элементам коллекторные камеры на одной стороне трубной решетки могут быть расположены перпендикулярно коллекторным камерам на другой стороне. To solve the problem in the proposed heat exchanger, the collector chambers for supplying and discharging the cooling medium are made from the external and internal sides of the tube sheets, the internal heat exchanger pipes are fixed in the walls of the collector chambers located on the side of the inlet and outlet of the cooled medium, the external heat exchanger pipes are fixed in the walls of the opposite collector chambers and between the outer and inner manifold chambers of the cooling medium in the tube sheets there are made through annular channels located around each outer heat exchanger pipe. Collector chambers on the outer and inner sides of the tube sheet can be made longitudinal, annular, spiral or other shape. The longitudinal manifold chambers of the cooling medium can be arranged parallel to each other on both sides of the tube sheet. To reduce the uneven distribution of the cooling medium through the heat exchange elements, the collector chambers on one side of the tube sheet can be perpendicular to the collector chambers on the other side.

Надежность данного теплообменника может быть дополнительно повышена путем установки на наружных теплообменных трубах компенсаторов перемещения, например сильфонов, устраняющих напряжения в узлах заделки труб в стенках коллекторных камер, возникающие за счет разницы температурных удлинений наружных и внутренних труб, имеющих разную температуру. The reliability of this heat exchanger can be further improved by installing displacement compensators on the external heat exchange pipes, for example bellows, which eliminate the stresses in the pipe sealing nodes in the walls of the collector chambers due to the difference in the temperature elongations of the outer and inner pipes having different temperatures.

На фиг. 1 изображен теплообменник, продольный разрез; на фиг.2 трубная решетка с коллекторными камерами продольной формы. In FIG. 1 shows a heat exchanger, a longitudinal section; figure 2 tube sheet with collector chambers of a longitudinal form.

Теплообменник содержит камеры 1 и 2 подвода и отвода охлаждающей среды соответственно, трубные решетки 3 и 4, к внешним и внутренним сторонам которых примыкают коллекторные камеры 5 и 6 охлаждающей среды, сообщенные между собой сквозными каналами 7 и 8, теплообменные элементы, состоящие из коаксиально установленных наружных труб 9 и внутренних труб 10, общие коллекторы 11 и 12 подвода и отвода охлаждающей соответственно среды, подключенные к коллекторным камерам 6 и продувочные штуцеры 13. На наружных трубах теплообменных элементов могут быть установлены компенсаторы 14 перемещения. The heat exchanger contains chambers 1 and 2 for supplying and discharging a cooling medium, respectively, pipe grids 3 and 4, to the outer and inner sides of which are adjacent collector chambers 5 and 6 of the cooling medium, interconnected through channels 7 and 8, heat-exchange elements consisting of coaxially installed external pipes 9 and internal pipes 10, common collectors 11 and 12 for supplying and discharging cooling medium, respectively, connected to the collector chambers 6 and purge nipples 13. On the outer pipes of the heat exchange elements can be installed Credited compensators 14 move.

Теплообменник работает следующим образом. The heat exchanger operates as follows.

Охлаждаемая среда из камеры 1 поступает во внутренние трубы теплообменных элементов. Проходя по ним, отдает тепло нагреваемой среде, движущейся в кольцевом зазоре между наружными и внутренними теплообменными трубами, и отводится через камеру 2. The cooled medium from the chamber 1 enters the internal pipes of the heat exchange elements. Passing through them, gives off heat to the heated medium moving in the annular gap between the external and internal heat transfer pipes, and is removed through the chamber 2.

Нагреваемая среда из общего коллектора 11 подается в коллекторные камеры 6 и через сквозные каналы 7 и 8 трубной решетки поступает в коллекторные камеры 5, охлаждая трубную решетку с обеих сторон и через стенки каналов 7 и 8. Таким образом, в нижних коллекторных камерах 5, где может скапливаться шлам, охлаждающая среда, поступающая из сквозных каналов 7, циркулирует вдоль оси коллекторных камер, а поступающая через кольцевые каналы 8 между наружными трубами и отверстиями в трубной решетке перпендикулярно оси коллекторных камер. Это создает перемешивающиеся потоки, исключающие возможность отложения шлама на стенках коллекторных камер и способствующие захвату шлама в кольцевые зазоры между трубами 9 и 10 и уносу его из теплообменника. Из коллекторных камер 5 нагреваемая среда поступает в зазоры между теплообменными трубами 9 и 10, где отбирает тепло от охлаждаемой среды, и через коллекторные камеры 5 противоположной трубной решетки, кольцевые каналы 8 между наружными трубами 9 и трубной решеткой 4 и перепускные каналы 7 поступает в коллекторные камеры 6, из которых отводится в общий коллектор 12. The heated medium from the common collector 11 is supplied to the collector chambers 6 and through the through channels 7 and 8 of the tube sheet enters the collector chambers 5, cooling the tube sheet on both sides and through the walls of the channels 7 and 8. Thus, in the lower collector chambers 5, where sludge can accumulate, the cooling medium coming from the through channels 7 circulates along the axis of the collector chambers, and coming through the annular channels 8 between the outer pipes and the holes in the tube sheet perpendicular to the axis of the collector chambers. This creates mixing flows, eliminating the possibility of deposits of sludge on the walls of the collector chambers and contributing to the capture of sludge in the annular gaps between the pipes 9 and 10 and its removal from the heat exchanger. From the collector chambers 5, the heated medium enters into the gaps between the heat exchange pipes 9 and 10, where it collects heat from the cooled medium, and through the collector chambers 5 of the opposite tube sheet, the annular channels 8 between the outer pipes 9 and the tube sheet 4 and the bypass channels 7 enter the collector cameras 6, of which are discharged into a common collector 12.

Claims

1. A HEAT EXCHANGER mainly for cooling gas, comprising heat exchange elements, each consisting of a coaxially mounted inner and outer pipe, tube sheets and a distributing manifold adjacent to one of them for a cooling medium, connected to the annular gap of the heat exchange elements and divided into two cavities communicated between a through channel, and the outer and inner tubes of the heat exchange elements are fixed in the opposite walls of the collector, characterized in that the outer tubes of the heat exchange the elements are shorter than the internal ones, and the cavities of the distributing collector are located on the opposite sides of the tube sheet, in which the through channels communicating them are made, and the heat exchanger is equipped with a collecting manifold for the cooling medium adjacent to the other tube sheet and similar to the distributor.

2. The heat exchanger according to claim 1, characterized in that displacement compensators are made on the outer pipes of the heat exchange elements.