RU2140045C1

RU2140045C1 - Technological heater

Info

Publication number: RU2140045C1
Application number: RU98113211A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Добрянский; Я.В. Зарецкий; В.В. Рысев; Ф.Ш. Серазетдинов; В.А. Тимонин; Р.Ш. Серазитдинов
Original assignee: Государственное предприятие "Авиагаз-Союз"
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1998-07-06
Publication date: 1999-10-20

Abstract

FIELD: device used for heating liquids and gases; various industries; preheating gas at inlets of gas distributing stations for prevention of hydrate formation process. SUBSTANCE: heater includes heating medium source, shell-and-tube heat exchanger with radiation section shielded by heat exchange tubes located at equal distance relative to inner wall of shell, smoke stack, collectors for inlet and outlet of medium being heated. When burner device is used as heating source, inner convection bank of heat exchange tubes is located after radiation section forming the furnace volume; tube banks are equidistant by radii which are coaxial relative to radius of location of shields tubes; all heat exchange tubes are double tubes; outer tubes have blind ends directed towards burner device and at other end working cavities of each heat exchange tube are communicated with inlet and outlet collectors by means of two detachable branch pipes beyond smoke duct. Besides that, swirler for medium being heated is mounted in circular clearance formed by inner and outer tubes; this is made in form of spiral wound on inner tube whose length is no less than length of radiation section which in its turn shall be no less than carry of spray of burner device. EFFECT: enhanced reliability. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для подогрева жидкостей и газов в обеспечение эффективности технологических процессов, и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например, - для подогрева природного газа на входе газораспределительных станций с целью предотвращения процесса гидратообразования. The invention relates to devices designed for heating liquids and gases to ensure the efficiency of technological processes, and can be used in various industries, for example, for heating natural gas at the inlet of gas distribution stations in order to prevent hydration.

Известен подогреватель газа (см. например, А.А. Данилов, А.И. Петров. Газораспределительные станции. С-Пб, Недра, 1997, с. 14, 30), представляющий, собой печь радиационно-конвективного типа с восходящим потоком дымовых газов, снабженный подощелевой горелкой. Основание, боковые стенки и крышка подогревателя футерованы огнеупорными материалами. Теплообменник подогревателя представляет собой однопоточный змеевик, состоящий из двух секций: нижней радиационной и верхней, конвективной. При этом нагреваемый газ входит в верхнюю, конвективную, секцию змеевика, где нагревается отходящими газами от факела подощелевой горелки, после чего поступает в радиационную секцию, где окончательно нагревается за счет излучения факела горелки. К недостаткам подобных устройств следует отнести их недостаточную надежность и долговечность или дорогостоящую эксплуатацию, что связано необходимостью, практически, ежегодного ремонта стенок из огнеупорных материалов, а также с необходимостью полной замены змеевикового блока при возможном местном прогаре его стенки. Known gas heater (see, for example, A.A. Danilov, A.I. Petrov. Gas distribution stations. S-Pb, Nedra, 1997, p. 14, 30), which is a radiation-convection type furnace with an upward flow of smoke gases equipped with an alkaline burner. The base, side walls and lid of the heater are lined with refractory materials. The heater heat exchanger is a single-flow coil, consisting of two sections: lower radiation and upper, convective. In this case, the heated gas enters the upper, convective section of the coil, where it is heated by exhaust gases from the torch of the sub-slot burner, and then enters the radiation section, where it is finally heated by the radiation of the torch torch. The disadvantages of such devices include their insufficient reliability and durability or costly operation, which is associated with the need for, almost, annual repair of walls made of refractory materials, as well as with the need for a complete replacement of the coil unit with possible local burnout of its wall.

Известен воздухоподогреватель (см. авторское свидетельство СССР N 567905, кл. F 24 H 3/08, F 23 L 15/04,), содержащий горелку, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированной теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемого воздуха (прототип). Known air heater (see USSR author's certificate N 567905, CL F 24 H 3/08, F 23 L 15/04,) containing a burner, shell-and-tube heat exchanger with a radiation section shielded by heat exchanger tubes equally spaced relative to the inner wall of the casing, a chimney , collectors of inlet and outlet of heated air (prototype).

Недостатком известного устройства является его низкая экономичность, связанная с недостаточным теплосъемом только в одной, радиационной секции, а также - низкая надежность и долговечность устройства в целом, так как при любом возможном прогаре трубы радиационной секции возникает необходимость полной замены теплообменника. A disadvantage of the known device is its low profitability associated with insufficient heat removal in only one radiation section, as well as the low reliability and durability of the device as a whole, since with any possible burnout of the pipe of the radiation section, it becomes necessary to completely replace the heat exchanger.

Целью предлагаемого изобретения, является повышение надежности и долговечности, технологичности конструкции, снижение эксплуатационных затрат с сохранением высокой эффективности технологического нагревателя в целом. The aim of the invention is to increase the reliability and durability, manufacturability of the structure, reduce operating costs while maintaining the high efficiency of the technological heater as a whole.

Эта цель достигается тем, что в теплообменнике нагревателя, кроме радиационной секции, образующей топочный объем горелочного устройства, размещен внутренний конвективный пучок теплообменных труб, равнорасположенных по радиусам, коаксиальным радиусу расположения экранных труб. При этом все теплообменные трубы представляют собой вставленные одна в другую трубы, внешние из которых выполнены с глухим концом (такие трубы известны, как штыковые или трубы Фильда), обращенным в сторону горелочного устройства. С другого конца, за пределами дымового короба рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены двумя съемными патрубками с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды. Кроме того, в кольцевом зазоре, образованном внешней и внутренней трубой каждой теплообменной трубы, установлен завихритель нагреваемой среды, выполненный в виде спирально навитой на внутреннюю трубу проволоки на длине от глухого конца, равной протяженности радиационной секции. This goal is achieved by the fact that in the heat exchanger of the heater, in addition to the radiation section forming the furnace volume of the burner device, there is an internal convective bundle of heat exchange tubes equally spaced along radii coaxial to the radius of the screen tubes. In this case, all heat transfer pipes are pipes inserted one into another, the external of which are made with a blind end (such pipes are known as bayonet or Field pipes), facing the burner device. From the other end, outside the chimney, the working cavities of each of the heat exchange pipes are communicated by two removable pipes with collectors for the inlet and outlet of the heated medium. In addition, in the annular gap formed by the outer and inner tubes of each heat exchanger tube, a swirl of the heated medium is installed, made in the form of a wire spiral wound around the inner tube at a length from the blind end equal to the length of the radiation section.

На чертеже показан общий вид технологического нагревателя в виде продольного разреза, отдельно - разрез теплообменной трубы. The drawing shows a General view of the technological heater in the form of a longitudinal section, separately - a section of a heat transfer pipe.

Нагреватель, содержащий источник греющей среды, представляющий собой например, горелочное устройство 1, обращенное факелом в сторону теплообменника, размещенного в кожухе 2, при этом теплообменник условно разделен на радиационную 3 и конвективную 4 секции. Радиационная секция 3, образующая топочный объем, с протяженностью по оси теплообменника не менее величины дальнобойности факела горелочного устройства 1 экранирована теплообменными трубами 5, расположенными относительно внутренней стенки кожуха 2, с переднего конца ограничена горелочным устройством 1, с заднего - внутренним конвективным пучком 6 из теплообменных труб, одинаковых с трубами 5 и равнорасположенных по радиусам, коаксиальным радиусу расположения экранных труб 5. A heater containing a source of heating medium, which is, for example, a burner device 1 facing the torch towards the heat exchanger located in the casing 2, while the heat exchanger is conditionally divided into radiation 3 and convective 4 sections. The radiation section 3, forming the furnace volume, with a length along the axis of the heat exchanger not less than the range of the torch of the burner device 1 is shielded by heat exchange tubes 5 located relative to the inner wall of the casing 2, from the front end is limited by the burner device 1, with the rear end by an internal convective bundle 6 of heat exchange pipes identical with pipes 5 and equally spaced along radii coaxial to the radius of the screen tubes 5.

При этом все теплообменные трубы 5, 6 представляют собой вставленные одна в другую трубы 7, 8, внешние 7 из которых выполнены с глухим концом, обращенным в сторону горелочного устройства 1, а с другого конца, за пределами дымового короба 9, рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены двумя съемными патрубками 10, 11 с коллекторами входа 12 и выхода 13 нагреваемой среды. Кроме того, в кольцевом зазоре 14, образованном внешней 7 и внутренней 8 трубами каждой теплообменной трубы, установлен завихритель 15 нагреваемой среды, выполненный в виде спиральной навитой на внутреннюю трубу 8 проволоки на длине от глухого конца, равной протяженности радиационной секции 3. Использование завихрителя 15 не только обеспечивает необходимое взаимное центрирование труб 7, 8, но и существенно интенсифицирует процесс теплообмена. Moreover, all heat transfer pipes 5, 6 are tubes 7, 8 inserted one into another, the outer 7 of which are made with a blind end facing the burner device 1, and the working cavities of each of the other ends, outside the chimney 9. heat exchange pipes communicated by two removable nozzles 10, 11 with collectors of the input 12 and output 13 of the heated medium. In addition, in the annular gap 14 formed by the outer 7 and inner 8 pipes of each heat transfer tube, a swirl of the heated medium 15 is installed, made in the form of a spiral wire wound on the inner pipe 8 at a length from the blind end equal to the length of the radiation section 3. Using the swirler 15 not only provides the necessary mutual centering of the pipes 7, 8, but also significantly intensifies the heat transfer process.

Нагреватель работает следующим образом. The heater operates as follows.

Очищенный природный газ из магистрального трубопровода поступает во входной коллектор 12, по патрубкам 10 в кольцевые зазоры 14 теплообменных труб 5, 6, где, двигаясь в направлении топочного объема радиационной секции 3, нагревается от внешних стенок 7, которые омываются горячим встречным потоком продуктов сгорания, движущихся в сторону дымового короба 9. Таким образом, осуществляется наиболее оптимальная противоточная схема движения теплоносителей (греющего и нагреваемого газов). Использование завихрителя 15 в самой теплонапряженной радиационной секции 3 теплообменника за счет интенсификации теплообмена обеспечивает высокую эффективность процесса передачи тепла от греющего газа нагреваемому и снижение температуры "огневой" стенки внешних труб 7 до приемлемого уровня. Итак, нагретый и завихренный в теплообменных трубах газ после разворота относительно глухого конца внешних труб 7 поступает во внутреннюю трубу 8 и далее по патрубкам 11 - в выходной коллектор 13, откуда транспортируется к блоку редуцирования газораспределительной станции. Наличие съемных патрубков 10, 11 позволяет каждый год (например, в летний период времени) производить демонтаж каждой теплообменной трубы в отдельности с визуальным осмотром, гидроопрессовкой и (при необходимости) рентгеноконтролем, с последующей ее заменой, сохраняя при этом общий ресурс нагревателя в целом. The purified natural gas from the main pipeline enters the inlet manifold 12, through the nozzles 10 into the annular gaps 14 of the heat exchange tubes 5, 6, where, moving in the direction of the furnace volume of the radiation section 3, it is heated from the outer walls 7, which are washed by a hot oncoming flow of combustion products, moving towards the chimney 9. Thus, the most optimal countercurrent flow of heat carriers (heating and heated gases) is carried out. The use of the swirler 15 in the most heat-stressed radiation section 3 of the heat exchanger due to the intensification of heat transfer provides high efficiency of the process of transferring heat from the heating gas to the heated one and lowering the temperature of the "fire" wall of the outer pipes 7 to an acceptable level. So, the gas heated and swirling in the heat exchange tubes after turning relative to the blind end of the outer pipes 7 enters the inner pipe 8 and then through the nozzles 11 to the output manifold 13, from where it is transported to the reduction unit of the gas distribution station. The presence of removable nozzles 10, 11 allows each year (for example, in the summer period of time) to dismantle each heat transfer pipe separately with visual inspection, hydraulic molding and (if necessary) X-ray inspection, with its subsequent replacement, while maintaining the total resource of the heater as a whole.

Таким образом, предложенная конструкция нагревателя позволяет производить ежегодный профилактический осмотр и замену (при необходимости) каждой теплообменной трубы в отдельности. С другой стороны, обеспечивая высокий коэффициент теплоотдачи в самой теплонапряженной, радиационной секции теплообменника, достигается главная цель предлагаемого изобретения: повышение надежности и долговечности, технологичности конструкции, снижение эксплуатационных затрат с сохранением высокой эффективности технологического нагревателя в целом. Thus, the proposed design of the heater allows annual preventive inspection and replacement (if necessary) of each heat transfer pipe separately. On the other hand, providing a high coefficient of heat transfer in the most heat-stressed, radiation section of the heat exchanger, the main goal of the invention is achieved: improving reliability and durability, manufacturability of the structure, reducing operating costs while maintaining the high efficiency of the technological heater as a whole.

Claims

1. Technological heater containing a source of heating medium, a shell-and-tube heat exchanger with a radiation section shielded by heat-exchange pipes equally spaced relative to the inner wall of the casing, a chimney, collectors of the input and output of the heated medium, characterized in that when using a burner device as a source of heating medium the radiation section forming the furnace volume contains an internal convective bundle of heat exchange tubes equally spaced along radii coaxial to the shield of the arrangement of the screen tubes, with all the heat transfer pipes being inserted one into the other, the external pipes of which are made with a blind end facing the burner device, and the working cavities of each of the heat transfer pipes are connected by two from the other end, outside the chimney removable nozzles with collectors of the input and output of the heated medium.

2. The technological heater according to claim 1, characterized in that the cross-sectional area formed by the annular gaps of the screen tubes within the chimney must be at least the free cross-sectional area of the tube bundle within the casing, and the length of the radiation section is not less than the torch range burner device, in addition, in the annular gap formed by the external and internal pipes of each heat exchange pipe, a swirl of the heated medium is made, made in the form of spiral wound th on the inner pipe of the wire at a length from the dead end of not less than the length of the radiation section.