RU2839075C1 - Heat exchanging device - Google Patents
Heat exchanging device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2839075C1 RU2839075C1 RU2024132049A RU2024132049A RU2839075C1 RU 2839075 C1 RU2839075 C1 RU 2839075C1 RU 2024132049 A RU2024132049 A RU 2024132049A RU 2024132049 A RU2024132049 A RU 2024132049A RU 2839075 C1 RU2839075 C1 RU 2839075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchange
- pipes
- tube
- transition
- heat
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано в нефтяной, газовой, энергетической и других отраслях промышленности, тепловых и атомных электростанциях для подогрева питательной воды, основного конденсата и воды теплосети.The invention relates to the field of thermal power engineering and can be used in the oil, gas, energy and other industries, thermal and nuclear power plants for heating feedwater, main condensate and heating network water.
Известен ширмовый пароводяной подогреватель, который содержит вертикальный корпус с зоной охлаждения конденсата. В корпусе вокруг центрального коллектора продольно установлен пучок трубчатых ширм, выполненный в виде последовательно соединенных по ходу подогреваемой воды горизонтальных и вертикальных участков (патент РФ №2341726, МПК, F22D 1/32, дата публикации 20.12.2008).A screen steam-water heater is known, which contains a vertical housing with a condensate cooling zone. In the housing, around the central collector, a bundle of tubular screens is longitudinally installed, made in the form of horizontal and vertical sections connected in series along the flow of heated water (patent of the Russian Federation No. 2341726, IPC, F22D 1/32, publication date 20.12.2008).
Недостатком является повышенная требуемая поверхность теплообмена в зоне охлаждения конденсата из-за недостаточных скоростей конденсата и соответственно недостаточной интенсивности теплообмена в межтрубном пространстве пучка ширм, что повышает металлоемкость ширмового подогревателя.The disadvantage is the increased required heat exchange surface in the condensate cooling zone due to insufficient condensate velocities and, accordingly, insufficient heat exchange intensity in the inter-tube space of the screen bundle, which increases the metal consumption of the screen heater.
Известны теплообменные элементы, обеспечивающие обмен тепловой энергией между средами, обладающими различной температурой в виде пространственно-спирального змеевика и теплообменники и парогенераторы, теплообменная поверхность которых выполнена из отдельных пространственно-спиральных змеевиков с одинаковыми геометрическими характеристиками, оси которых параллельны (см. RU 99128 U1, F25B 25/00, F28D 07/02; RU 2770261 С2, F28D 07/02, F28D 7/16; SU N 532744 А, 21.10.76, F28D 07/00; RU 1468150 С2, 30.09.94, F28D 07/00; RU 2360181 С2, 27.06.2009, F22D 1/32; DE 3421421 А1, 03.01.85; ЕР 0751363 А1, 02.01.97, F28D 07/02).Known are heat exchange elements that ensure the exchange of thermal energy between media with different temperatures in the form of a spatially spiral coil and heat exchangers and steam generators, the heat exchange surface of which is made of individual spatially spiral coils with the same geometric characteristics, the axes of which are parallel (see RU 99128 U1, F25B 25/00, F28D 07/02; RU 2770261 C2, F28D 07/02, F28D 7/16; SU N 532744 A, 21.10.76, F28D 07/00; RU 1468150 C2, 30.09.94, F28D 07/00; RU 2360181 C2, 27.06.2009, F22D 1/32; DE 3421421 A1, 01/03/85; EP 0751363 A1, 01/02/97, F28D 07/02).
Недостатками вышеуказанных конструкций является использование теплообменника в узком диапазоне производительности в заданном объеме конструктива теплообменника и при оптимальных теплогидравлических характеристиках. При изменении теплофизических свойств теплоносителей, когда необходимо увеличить или уменьшить производительность, гидравлические характеристики, относительное проходное сечение, пространственно-спиральные змеевики необходимо раздвигать или сдвигать, изменяя шаг навивки, не изменяя диаметра навивки. Возможность изменения расстояния между осями змеевиков ограниченно. Расстояние между осями змеевиков зависит только от шага навивки, что приводит к коридорному расположению змеевиков или вырождению в прямотрубный пучок. В результате этого оптимальные теплогидравлические характеристики ухудшаются.The disadvantages of the above-mentioned designs are the use of a heat exchanger in a narrow performance range in a given volume of the heat exchanger design and with optimal thermal-hydraulic characteristics. When changing the thermal-physical properties of heat carriers, when it is necessary to increase or decrease the performance, hydraulic characteristics, relative flow area, spatial-spiral coils must be moved apart or moved together, changing the winding pitch, without changing the winding diameter. The possibility of changing the distance between the axes of the coils is limited. The distance between the axes of the coils depends only on the winding pitch, which leads to a corridor arrangement of the coils or degeneration into a straight-tube bundle. As a result, the optimal thermal-hydraulic characteristics deteriorate.
Известно изобретение, которое относится к способу изготовления змеевикового теплообменника, и который содержит центральную трубу и трубный пучок, который содержит множество труб, а также множество ребер, причем трубы множеством слоев труб навиты по винтовой линии вокруг центральной трубы, и при этом каждое ребро расположено между двумя слоями труб так, что каждое ребро задает расстояние между двумя слоями труб, и при этом траектория прохождения труб от соответствующей первой трубной решетки вокруг центральной трубы до соответствующей второй трубной решетки рассчитывается автоматически, и при этом каждое ребро имеет выбранный исходя из расчетной траектории идентифицирующий признак, который обозначает положение соответствующего ребра и/или положение трубы, причем ребро и/или трубу монтируют в соответствии с идентифицирующим признаком. Кроме того, трубные решетки и трубы расположены во внутреннем пространстве корпуса аппарата, трубные решетки закреплены на торцах, т.е. параллельно плоскости, перпендикулярной к продольной оси. В качестве альтернативы также можно расположить трубные решетки, например, параллельно к продольной оси (в том числе в радиальном или в тангенциальном направлении относительно продольной оси). Патрубки и коллектора теплопередающих сред расположены в верхнем и нижнем днищах корпуса аппарата (патент РФ №2789949, МПК F28D 7/02, дата публикации 14.02.2023).An invention is known that relates to a method for manufacturing a coil heat exchanger, and which comprises a central pipe and a tube bundle that contains a plurality of pipes, as well as a plurality of fins, wherein the pipes in a plurality of pipe layers are wound along a helical line around the central pipe, and wherein each fin is located between two layers of pipes so that each fin specifies the distance between the two layers of pipes, and wherein the trajectory of the pipes from the corresponding first tube sheet around the central pipe to the corresponding second tube sheet is calculated automatically, and wherein each fin has an identifying feature selected based on the calculated trajectory, which designates the position of the corresponding fin and/or the position of the pipe, wherein the fin and/or pipe are mounted in accordance with the identifying feature. In addition, the tube sheets and pipes are located in the internal space of the apparatus body, the tube sheets are fixed at the ends, i.e. parallel to the plane perpendicular to the longitudinal axis. Alternatively, it is also possible to arrange the tube sheets, for example, parallel to the longitudinal axis (including in the radial or tangential direction relative to the longitudinal axis). The nozzles and collectors of heat-transfer media are located in the upper and lower bottoms of the apparatus body (RU Patent No. 2789949, IPC F28D 7/02, publication date 02/14/2023).
Недостатком является повышенная металлоемкость, сложность монтажа, не обеспечивается высокая эффективность теплообмена.The disadvantage is the increased metal consumption, complexity of installation, and does not ensure high heat exchange efficiency.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности теплообмена за счет увеличения теплообменной поверхности, снижения высоты аппарата и, как следствие, его металлоемкости, сокращение сроков ремонта и упрощение способов ремонта.The technical objective of the invention is to increase the efficiency of heat exchange by increasing the heat exchange surface, reducing the height of the apparatus and, as a consequence, its metal consumption, reducing repair times and simplifying repair methods.
Техническим результатом является повышение эффективности теплообмена, снижение металлоемкости, сокращение количества и сроков ремонта, а также упрощение способов ремонта.The technical result is an increase in heat exchange efficiency, a decrease in metal consumption, a reduction in the number and time of repairs, and a simplification of repair methods.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в теплообменном аппарате, включающем корпус с патрубками подвода и отвода теплообменивающих сред в трубное и межтрубное пространство, трубную систему, кольцевые коллекторы, теплообменные трубы, присоединенные к переходным патрубкам, при этом кольцевые коллекторы и переходные патрубки, с закрепленными в них трубными досками, в которых заделаны концы теплообменных труб, расположены снаружи корпуса аппарата, и посредством которых осуществляется раздача и сбор среды из трубного пространства, а трубная система может состоять как из двух отдельно размещенных спирально-навитых пучков теплообменных труб, установленных по ходу движения среды, при этом один из пучков подключен по схеме Виолен, так и из одного спирально-навитого пучка теплообменных труб, установленного по ходу движения среды. Количество переходных патрубков равно n, где n -целое число от 2 и более и зависит от количества теплообменных труб и их распределения по трубным доскам, а кольцевые коллекторы могут располагаться как под переходными патрубками, так и над переходными патрубками, а также сбоку относительно переходных патрубков, и раздача и сбор среды может осуществляться как через один коллектор, так и через несколько коллекторов. В переходных патрубках предусмотрены технологические штуцера.The specified technical result is achieved due to the fact that in a heat exchange apparatus, including a housing with branch pipes for supplying and removing heat exchange media into the tube and intertube space, a tube system, ring collectors, heat exchange pipes connected to transition branches, wherein the ring collectors and transition branches, with tube sheets fixed in them, in which the ends of the heat exchange pipes are sealed, are located outside the housing of the apparatus, and by means of which the distribution and collection of the medium from the tube space is carried out, and the tube system can consist of both two separately placed spiral-wound bundles of heat exchange pipes installed along the direction of movement of the medium, wherein one of the bundles is connected according to the Violen scheme, and of one spiral-wound bundle of heat exchange pipes installed along the direction of movement of the medium. The number of transition pipes is n, where n is an integer from 2 and more and depends on the number of heat exchange tubes and their distribution on tube sheets, and the ring collectors can be located both under the transition pipes and above the transition pipes, as well as to the side relative to the transition pipes, and the distribution and collection of the medium can be carried out both through one collector and through several collectors. The transition pipes are provided with technological nozzles.
Закрепление трубных досок в переходные патрубки подвода и отвода теплообменивающихся сред, а также расположение кольцевых коллекторов и переходных патрубков снаружи корпуса аппарата обеспечивает равномерное распределение теплообменных труб по сечению аппарата, что положительно сказывается на общем гидравлическом сопротивлении в трубах и межтрубном пространстве, а, следовательно, и на работе аппарата в целом.The fastening of tube sheets in the transition pipes for the supply and discharge of heat-exchange media, as well as the location of ring collectors and transition pipes outside the body of the apparatus ensures uniform distribution of heat-exchange pipes across the cross-section of the apparatus, which has a positive effect on the overall hydraulic resistance in the pipes and interpipe space, and, consequently, on the operation of the apparatus as a whole.
Раздача и сбор среды из трубного пространства осуществляемая при помощи кольцевых коллекторов и переходных патрубков позволит снизить металлоемкость аппарата и упростить процесс ремонта.Distribution and collection of the medium from the pipe space, carried out using ring collectors and transition pipes, will reduce the metal consumption of the device and simplify the repair process.
Выполнение трубной системы из двух отдельно размещенных спирально-навитых пучков теплообменных труб, установленных по ходу движения среды, и подключение одного из спирально-навитых пучков по схеме Виолен позволит повысить эффективность тепловой схемы.The implementation of a pipe system from two separately placed spiral-wound bundles of heat exchange pipes, installed along the flow of the medium, and the connection of one of the spiral-wound bundles according to the Violen scheme will increase the efficiency of the thermal scheme.
Выполнение трубной системы из одного спирально-навитого пучка теплообменных труб, установленного по ходу движения среды, позволит снизить габариты аппарата.The implementation of a pipe system from one spiral-wound bundle of heat exchange pipes, installed in the direction of the medium flow, will reduce the dimensions of the apparatus.
Заделка концов теплообменных труб в несколько трубных досок, встроенных в переходные патрубки позволяет значительно снизить толщину трубной доски относительно теплообменных аппаратов с применением одной трубной доски, а также снижает трудоемкость изготовления отверстий в трубной доске.Sealing the ends of heat exchange pipes in several tube sheets built into transition pipes allows for a significant reduction in the thickness of the tube sheet relative to heat exchangers using one tube sheet, and also reduces the labor intensity of making holes in the tube sheet.
Расположение кольцевых коллекторов как под переходными патрубками, так и над переходными патрубками, а также сбоку относительно переходных патрубков позволит выполнить аппарат более компактным.The location of the ring collectors both under the transition pipes and above the transition pipes, as well as to the side relative to the transition pipes, will allow the device to be made more compact.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 - представлен общий вид теплообменного аппарата, в котором трубная система выполнена из двух отдельно размещенных спирально-навитых пучков теплообменных труб.Fig. 1 shows a general view of a heat exchange apparatus in which the pipe system is made of two separately placed spiral-wound bundles of heat exchange pipes.
На фиг. 2 - теплообменный аппарат с одним спирально-навитым пучком теплообменных труб.Fig. 2 shows a heat exchange apparatus with one spiral-wound bundle of heat exchange tubes.
На фиг. 3 - поперечный разрез фиг. 2 в сечении А-А.Fig. 3 is a cross-section of Fig. 2 in section A-A.
Теплообменный аппарат (фиг. 1, 2) включает вертикальный корпус 1, представляющий собой сварную конструкцию из цилиндрических обечаек и эллиптического днища, к которому присоединены патрубки подвода и отвода теплообменивающих сред в трубное и межтрубное пространство, а именно, патрубок входа греющего пара 2, 22, патрубок выхода конденсата греющего пара 3, 25, патрубок входа дополнительного конденсата греющего пара 4, переходные патрубки входа питательной воды 5, 19, 27, переходные патрубки выхода питательной воды 6, 21, 28, кольцевые коллектора 7, 8, 18, 20, 26, 29, трубную систему 9, 23, состоящую из спирально-навитых пучков теплообменных труб 10, 15, 24 навитых на центральную трубу 11, кожух 12, 16 и трубные доски 13, 17, опору 14.The heat exchanger (Fig. 1, 2) includes a vertical body 1, which is a welded structure made of cylindrical shells and an elliptical bottom, to which the pipes for supplying and removing heat exchange media into the tube and intertube space are connected, namely, a heating steam inlet pipe 2, 22, a heating steam condensate outlet pipe 3, 25, an additional heating steam condensate inlet pipe 4, feedwater inlet transition pipes 5, 19, 27, feedwater outlet transition pipes 6, 21, 28, ring collectors 7, 8, 18, 20, 26, 29, a pipe system 9, 23, consisting of spirally wound bundles of heat exchange pipes 10, 15, 24 wound onto a central pipe 11, a casing 12, 16 and tube sheets 13, 17, support 14.
Теплообменный аппарат работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.
Рассмотрен вариант, когда по схеме Виолен подключен верхний пучок теплообменных труб (фиг. 1).An option is considered where the upper bundle of heat exchange pipes is connected according to the Violen scheme (Fig. 1).
Пар, через патрубок входа греющего пара 2 (фиг. 1), поступает в корпус 1 теплообменного аппарата в межтрубное пространство спирально-навитого пучка теплообменных труб 10 трубной системы 9, движется вниз, при этом охлаждение перегретого пара осуществляется потоком питательной воды, нагретой до высоких температур, подаваемой в аппарат через отдельный кольцевой коллектор 7, из которого предусмотрены переходы, направленные к патрубкам входа питательной воды 5, охлаждается и конденсируется на теплообменных трубах 10, навитых на центральную трубу 11. Питательная вода отводится через патрубки выхода питательной воды 6, путем направления в кольцевой коллектор 8, через переходы.Steam, through the heating steam inlet branch pipe 2 (Fig. 1), enters the body 1 of the heat exchange apparatus into the intertube space of the spiral-wound bundle of heat exchange tubes 10 of the tube system 9, moves downwards, while the cooling of the superheated steam is carried out by a flow of feed water heated to high temperatures, supplied to the apparatus through a separate ring collector 7, from which transitions are provided directed to the feed water inlet branches 5, is cooled and condenses on the heat exchange tubes 10, wound on the central pipe 11. The feed water is discharged through the feed water outlet branches 6, by directing it into the ring collector 8, through the transitions.
Далее, охлажденный пар поступает в межтрубное пространство второго пучка теплообменных труб 15, охлаждается потоком питательной воды, подаваемой в корпус 1 теплообменного аппарата через патрубок входа питательной воды 19, соединенный переходами с кольцевым коллектором 18, конденсируется на теплообменных трубах 15, навитых на центральную трубу 11.Next, the cooled steam enters the inter-tube space of the second bundle of heat exchange tubes 15, is cooled by the flow of feed water supplied to the body 1 of the heat exchange apparatus through the feed water inlet branch pipe 19, connected by transitions to the ring collector 18, and condenses on the heat exchange tubes 15 wound onto the central tube 11.
По мере движения вниз и конденсации на теплообменных трубах концентрация пара уменьшается, а концентрация неконденсирующихся газов соответственно увеличивается.As it moves downward and condenses on the heat exchange tubes, the concentration of steam decreases and the concentration of non-condensable gases increases accordingly.
При своем движении в теплообменных трубах 15 питательная вода нагревается за счет охлаждения и конденсации пара и переохлаждения конденсата, поступающего через патрубок входа конденсата греющего пара 4. Пройдя по трубному пространству питательная вода через патрубки выхода питательной воды 21 собирается в кольцевом коллекторе 20, а конденсат переохлаждается и отводится через патрубок выхода конденсата греющего пара 3.During its movement in heat exchange tubes 15, feed water is heated due to cooling and condensation of steam and supercooling of condensate entering through heating steam condensate inlet branch pipe 4. Having passed through the tube space, feed water is collected in ring collector 20 through feed water outlet branch pipes 21, and condensate is supercooled and discharged through heating steam condensate outlet branch pipe 3.
Также рассмотрен вариант работы теплообменного аппарата, когда трубная система состоит из одного пучка теплообменных труб (фиг. 2).Also considered is the operation option of the heat exchange apparatus, when the pipe system consists of one bundle of heat exchange pipes (Fig. 2).
Поток греющего пара через патрубок входа греющего пара 22 (фиг. 2) поступает в межтрубное пространство трубной системы 23, охлаждается и конденсируется на теплообменных трубах 24, и далее конденсат переохлаждается, и отводится через патрубок выхода конденсата греющего пара 25.The flow of heating steam through the heating steam inlet branch pipe 22 (Fig. 2) enters the inter-pipe space of the pipe system 23, cools and condenses on the heat exchange pipes 24, and then the condensate is supercooled and removed through the heating steam condensate outlet branch pipe 25.
По мере движения вниз и конденсации на теплообменных трубах концентрация пара уменьшается, а концентрация неконденсирующихся газов соответственно увеличивается.As it moves downward and condenses on the heat exchange tubes, the concentration of steam decreases and the concentration of non-condensable gases increases accordingly.
Питательная вода подается в теплообменный аппарат через отдельный кольцевой коллектор 26, из которого предусмотрены переходы, направленные к переходным патрубкам входа питательной воды 27. При своем движении в теплообменных трубах 24 питательная вода нагревается за счет охлаждения и конденсации пара и переохлаждения конденсата. Пройдя по трубному пространству, питательная вода через переходные патрубки выхода питательной воды 28 собирается в кольцевом коллекторе 29.Feedwater is supplied to the heat exchanger through a separate ring collector 26, from which transitions are provided, directed to the transition pipes of the feedwater inlet 27. During its movement in the heat exchange tubes 24, the feedwater is heated due to the cooling and condensation of steam and supercooling of the condensate. Having passed through the tube space, the feedwater is collected in the ring collector 29 through the transition pipes of the feedwater outlet 28.
Предложенное техническое решение позволит значительно снизить металлоемкость аппарата, упростить процесс выполнения отверстий в трубной доске, изготовляемой из дорогостоящей поковки, сократить срок ремонта и упростить способ ремонта.The proposed technical solution will significantly reduce the metal consumption of the device, simplify the process of making holes in the tube sheet made from expensive forgings, reduce the repair time and simplify the repair method.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2839075C1 true RU2839075C1 (en) | 2025-04-28 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU532744A1 (en) * | 1974-12-10 | 1976-10-25 | Предприятие П/Я А-3304 | Shell and tube heat exchanger |
| RU2697213C1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-08-13 | Александр Геннадьевич Шершевский | Vertical shell-and-tube heat exchanger |
| RU2770261C2 (en) * | 2020-07-13 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") | Heat exchanger |
| RU2789949C2 (en) * | 2018-10-23 | 2023-02-14 | Линде Гмбх | Manufacturing method for coil heat exchanger and fins for coil heat exchanger |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU532744A1 (en) * | 1974-12-10 | 1976-10-25 | Предприятие П/Я А-3304 | Shell and tube heat exchanger |
| RU2789949C2 (en) * | 2018-10-23 | 2023-02-14 | Линде Гмбх | Manufacturing method for coil heat exchanger and fins for coil heat exchanger |
| RU2697213C1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-08-13 | Александр Геннадьевич Шершевский | Vertical shell-and-tube heat exchanger |
| RU2770261C2 (en) * | 2020-07-13 | 2022-04-14 | Акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (АО "ОКБМ Африкантов") | Heat exchanger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5579836A (en) | Heat-exchanger coil assembly and complex thereof | |
| US4384550A (en) | Thermal receiver | |
| WO2022205695A1 (en) | Collective gap-type gas steam boiler | |
| CN111256373B (en) | Solar air heating device with variable interval of heat release pipe sets | |
| RU2690308C1 (en) | Heat exchanging device | |
| CN208059636U (en) | Heat exchanger and fused salt steam generator including at least one train of heat exchangers | |
| US11454452B2 (en) | Heat exchanger for a molten salt steam generator in a concentrated solar power plant (III) | |
| CN110691953B (en) | Heat Exchangers for Molten Salt Steam Generators in Concentrated Solar Power Plants | |
| US4621592A (en) | Boiler having improved heat absorption | |
| RU2839075C1 (en) | Heat exchanging device | |
| CN102713453A (en) | Double tubing condensation exchanger for heating water and/or for producing sanitary hot water | |
| EP3502608B1 (en) | Heat exchanger for a molten salt steam generator in a concentrated solar power plant (iii) | |
| RU201175U1 (en) | Air cooling heat exchanger | |
| RU2110730C1 (en) | Barrel boiler | |
| CN111081397B (en) | An integrated nuclear reactor primary circuit heat exchanger | |
| KR102514159B1 (en) | Heat exchanger for a molten salt steam generator in a concentrated solar power plant (iii) | |
| CN210832617U (en) | Involute tube type heat exchanger of cold trap machine | |
| RU97478U1 (en) | HIGH PRESSURE HEATER FOR TURBO INSTALLATIONS | |
| RU2076268C1 (en) | Steam generator | |
| RU2360181C1 (en) | High-pressure heater of regeneration system of steam turbine | |
| RU2815748C1 (en) | Heat exchanger with space-spiral coils | |
| CN214250700U (en) | Module combined heat exchanger for steam generating device | |
| RU2383814C1 (en) | Steam generator | |
| RU34235U1 (en) | Hot water tube heat exchanger | |
| RU2819324C1 (en) | Plate heat exchanger with helical turbulators for gas turbine plant |