UA94702C2 - heat exchanger framework - Google Patents

Abstract

Конструкційний каркас для підтримання теплообмінника парогенератора, при цьому теплообмінник містить змійовикові труби, які мають нахилені сегменти, що сприяють витіканню води з теплообмінника, коли парогенератор не працює. Конструкційний каркас містить парні групи вертикально та діагонально розташованих перших опорних елементів, які суміжно й з контактом охоплюють нахилені трубчаті сегменти. Спарені перші опорні елементи є нерухомо з'єднаними за допомогою других опорних елементів, які розташовані між суміжними нахиленими трубчатими сегментами. Конструкційний каркас зберігає відстань між нахиленими трубчатими сегментами та запобігає прямому контакту між суміжними поверхнями труб, проте він не приєднаний до охоплених трубчатих сегментів та завдяки цьому утворює підтримувальну для труб посадку, яка є достатньо слабкою, щоб дозволити трубам вільно рухатися внаслідок теплового розширення та стискання при коефіцієнтах, які відрізняються від коефіцієнтів конструкційного каркаса.

Description

Цей винахід належить взагалі до змійовикових трубчатих теплообмінників, розташованих у вертикальних газових проходах парогенераторів, та, зокрема, до конструкції та опори труб, укладених у вигляді змійовика так, щоб забезпечити витікання рідини, яка накопичується усередині них, коли парогенератори не працюють.

Звичайною практикою у конструюванні сучасних високопродуктивних парогенераторів є утворення теплообмінних поверхонь у формі рядів щільно розташованих змійовикових металевих труб, які розміщені у вертикальному проході, крізь який газоподібні продукти згоряння переміщуються з відносно високими швидкостями, при цьому металеві труби у кожному ряді мають горизонтально подовжені сегменти, які переміщують рідину, що нагрівається, та розташовані у вигляді паралельних рядів з проміжком, які розміщені перпендикулярно до напрямку газового потоку.

Завжди, коли парогенератор не працює, вода збирається у горизонтально подовжених сегментах труб теплообмінника. Присутність води у трубах після припинення роботи парогенератора, якщо її не видалити, стає причиною точкової корозії металу та можливого руйнування труб у разі, коли їх стінки стануть надто тонкими внаслідок корозії. Це завдає дуже високих матеріальних збитків, оскільки потребує заміни пошкоджених або зруйнованих труб, наслідком чого є простій парогенератора.

Точкова корозія є формою місцевої корозії, внаслідок якої у металі утворюються порожнини або дірки.

Точкова корозія звичайно виникає на поверхнях з незначною загальною корозією або на поверхнях, на яких загальна корозія відсутня. Точкова корозія звичайно є більш серйозною проблемою ніж однорідна корозія, тому що її складніше виявити та попередити. Продукти корозії часто покривають корозійні виразки, внаслідок чого їх важко визначити. Окрім локальної втрати товщини, на металевій поверхні труб корозійні виразки можуть бути шкідливими, діючи як концентратори напруження. Корозійні виразки є звичайно початковими точками утворення тріщин та утоми.

Усередині корозійної виразки звичайно утворюється надзвичайно корозійне мікросередовище, при цьому воно суттєво відрізняється від загального корозійного середовища. Це корозійне мікросередовище може прискорювати розростання виразок, коли вони тільки утворилися. Точкова корозія може утворювати виразки у численних конфігураціях. Наприклад, можуть утворюватися відкриті корозійні виразки, або корозійні виразки можуть бути покритими напівпроникною плівкою, що містить корозійні продукти. Корозійні виразки можуть бути напівсферичними або мати чашоподібну форму, можуть мати пласкі стінки або бути повністю неправильної форми. Корозійні виразки можуть також відслоняти кристалічну структуру металу труб. Виразки наскрізних форм можуть бути вузькими та глибокими або мілкими та широкими. Спрямовані у бік виразки можуть знаходитися під поверхнею, вони можуть утворювати розрізи під поверхнею або руйнувати зерна металу в горизонтальному напрямку.

Проблема корозії загострюється у тих місцях, де виконані зварні з'єднання з трубами теплообмінника, такі як з'єднання з опорами, що застосовуються для підтримки труб та рядів труб набору труб теплообмінника у копланарному з проміжком та паралельному розташуванні. Ділянки зварних з'єднань, що знаходяться під впливом теплоти, схильні до точкової корозії. Також відомо, що зварні з'єднання обмежують теплове розширення та стискання труб, там самим примушуючи їх деформуватися або прогинатися, внаслідок чого у горизонтальних ділянках трубопроводу утворюються заглиблення. У цих заглибленнях збирається вода після припинення роботи парогенератора, та вони є схильними до утворення точкової корозії.

Суть винаходу

Точкову корозію, яка є наслідком присутності води у горизонтальних трубчатих сегментах теплообмінника після припинення роботи парогенератора, у значній мірі можна подолати завдяки застосуванню нової конструкції каркаса теплообмінника цього винаходу. Каркас можна застосовувати до теплообмінника, який має принаймні одну групу розташованих з проміжком рядів змійовикових труб, крізь які переміщується рідина, при цьому ці ряди труб розміщені усередині вертикального проходу парогенератора поруч та паралельно упоперек газового потоку, який протікає крізь прохід. Кожен з рядів труб містить розташовані з проміжком один від одного та практично копланарні подовжені нахилені трубчаті сегменти та трубчаті сегменти-коліна. Нахилені трубчаті сегменти застосовуються замість горизонтальних трубчатих сегментів з попереднього рівня техніки, тим самим сильно полегшуючи дренування води з теплообмінника, коли парогенератор не працює.

Відповідно до конструкційних каркасів теплообмінника цього винаходу набір змійовикових труб підтримується таким способом, при якому буде відбуватися теплове розширення та стискання, не спричиняючи при цьому деформацію та прогинання труб, тим самим запобігаючи утворенню заглиблень, які схильні збирати воду, коли парогенератор не працює. Конструкційні каркаси містять парні групи вертикально та діагонально розташованих перших опорних елементів, які сумісно охоплюють нахилені трубчаті сегменти. Вертикальні конструкційні каркаси утворені зі спарених вертикально розташованих перших опорних елементів, нерухомо з'єднаних другими опорними елементами, або відгалуженими поперечками, які розташовані між охопленими нахиленими трубчатими сегментами. Діагональні конструкційні каркаси утворені спареними діагонально розташованими першими опорними елементами, які нерухомо з'єднані другими опорними елементами, або відгалуженими стискальними опорами, які розташовані між охопленими нахиленими трубчатими сегментами. Діагональні конструкційні каркаси передають опорне навантаження теплообмінника стінкам вертикального проходу, у якому розміщений теплообмінник. Конструкційні каркаси зберігають відстань між нахиленими трубчатими сегментами та запобігають прямому контакту між поверхнями суміжних труб, проте вони не приєднані до охоплених трубчатих сегментів, тим самим утворюючи підтримувальну для труб посадку, яка є достатньо слабкою, щоб труби рухалися вільно внаслідок теплового розширення або стискання при коефіцієнтах, які відрізняються від коефіцієнтів конструкційних каркасів, тим самим запобігаючи деформації та прогинанню труб, внаслідок яких утворюються заглиблення, де збирається вода.

ЦІ та інші ознаки та переваги цього винаходу будуть краще зрозумілими, та переваги цього винаходу можна буде легко оцінити завдяки докладному опису переважного варіанта здійснення винаходу, особливо, якщо його читати з посиланням на супроводжувальний ілюстративний матеріал.

Стислий опис ілюстративного матеріалу

Фіг. 1 - бічний розріз парогенератора, що містить теплообмінник, який є варіантом здійснення цього винаходу.

Фіг. 2 - фрагмент бічного розрізу теплообмінника та його наборів труб та опорних елементів.

Фіг. З - фрагмент аксонометричного виду наборів труб та опорних елементів теплообмінника.

Фіг 4 - фрагмент збільшеного розрізу вертикальних опорних елементів та відгалужених поперечок, виконаного уздовж лінії 4-4 на Фіг. 3.

Фіг. 5 - фрагмент збільшеного бічного виду вертикальних опорних елементів та відгалужених поперечок, виконаного уздовж лінії 5-5 на Фіг. 4.

Фіг. 6 - фрагмент збільшеного розрізу діагональних опорних елементів та відгалужених стискальних опор, виконаного уздовж лінії 6 - 6 на Фіг. З та

Фіг. 7 - фрагмент збільшеного бічного виду діагональних опорних елементів та відгалужених стискальних опор, виконаний уздовж лінії 7-7 на Фіг. 6.

Опис переважного варіанта здійснення винаходу.

Далі у цьому описі робляться посилання на супроводжувальний ілюстративний матеріал, у якому подібні числові позначення на усіх фігурах позначають подібні елементи.

Звернемося до фіг. 1, на якій зображено парогенератор 10, який має охолоджувані водою трубчаті стінки 12, які визначають топкову камеру, або зону згоряння, 14, до якої суміш палива та повітря постачається за допомогою пальників, які показані схематично та позначені як 16. Після процесу згоряння у топковій камері 14 гарячі гази протікають уверх та навколо носової частини 18 топкової камери та проходять через горизонтальну секцію 22 конвекційного проходу 23, а потім униз через вертикальну секцію 24 конвекційного проходу 23, який визначається стінками 25 та містить теплообмінник, такий як первинний пароперегрівник 26. Зазвичай гази, що залишають вертикальну секцію 24 конвекційного проходу 23, протікають крізь повітронагрівник, який не зображено, а потім через систему газоочистки, яку не зображено, а вже потім виходять через димову трубу, яку не зображено.

Зрозуміло, що згідно з добре відомою практикою, теплообмінник 26 містить згруповані ряди 27 розташованих з проміжком одна від одної змійовикових труб 28, як зображено на Фіг. З, які проходять упоперек ширини вертикальної секції 24 конвекційного проходу 23 та які влаштовано так, щоб крізь них протікала рідина та щоб відбувався непрямий тепловий обмін з газоподібними продуктами згоряння, які протікають крізь вертикальну секцію, або прохід, 24.

Звернемося до Фіг. 2 та 3, на яких зображено фрагменти бічного перерізу та аксонометричного виду, відповідно, теплообмінника 26, який містить набір змійовикових труб 28, розташованих поруч та паралельно одна до одної, як зображено на фіг. 3, та упоперек газового потоку, який протікає через вертикальну секцію 24 конвекційного проходу 23, як зображено на фіг. 1 та 2, при цьому кожна змійовикова труба 28 має подовжені нахилені трубчаті сегменти 30 та трубчаті сегменти-коліна 32, що утворюють ряди 27 наборів 34 труб. Згідно з винаходом подовжені трубчаті сегменти 30 змійовикових труб 28 розташовані під кутом униз від горизонтальної лінії, примушуючи рідину витікати зі змійовикових труб 28, коли парогенератор 10, зображений на фіг. 1, не працює.

Змійовикові труби 28 теплообмінника 26 підтримуються вертикально розташованими конструкційними каркасами 39 та діагонально розташованими конструкційними каркасами 41. Сам теплообмінник 26 підтримується стінками 25, зображеними на фіг. 1 та 2, за допомогою перших опорних вушок 35, які є нерухомо з'єднаними, переважно шляхом зварювання, з нижнім кінцем крайнього трубчатого сегмента-коліна 32 кожного набору 34 труб та які мають ковзне зчеплення з другими опорними вушками 37, при цьому останні нерухомо з'єднані, переважно шляхом зварювання, зі стінками 25. Діагонально розташовані конструкційні каркаси 41 розташовані найближче до трубчатих сегментів-колін 32 та передають опорні навантаження теплообмінника 26 першим опорним вушкам 35, які, у свою чергу, передають опорні навантаження другим опорним вушкам 37, а потім на стінки 25 вертикального проходу 24.

Вертикально розташований конструкційний каркас 39 містить перші опорні елементи 36, які звичайно мають форму вертикально розташованих балок або плит, які спарені так, щоб суміжно й з контактом охоплювати нахилені трубчаті сегменти 30, та другі опорні елементи 38, зображені на Фіг. 3, які звичайно мають форму відгалужених поперечок або плит, які проходять між охопленими нахиленими трубчатими сегментами 30.

Вертикально розташовані перші опорні елементи 36 нерухомо приєднані до або з'єднані з відгалуженими другими опорними елементами 38, переважно шляхом зварювання, щоб відгалужені другі опорні елементи 38 залишалися щільно протягнутими стосовно охоплених нахилених трубчатих сегментів 30, при цьому зберігаючи відстань між нахиленими трубчатими сегментами 30 та запобігаючи прямому контакту між поверхнями суміжних труб. Згідно з винаходом нерухомо взаємоз'єднані перші та другі опорні елементи 36 та 38, відповідно, не приварені або не приєднані іншим способом до змійовикових труб 28, тим самим утворюючи конструкційний каркас 39, який забезпечує підтримувальну для труб посадку, що є достатньо слабкою, щоб відбувалося теплове розширення та стискання змійовикових труб 28 та каркаса 39, при цьому каркас 39 містить перші та другі опорні елементи 36 та 38, відповідно.

Діагонально розташований конструкційний каркас 41 містить перші опорні елементи 42, які звичайно мають форму діагонально розташованих балок або плит, які спарені так, щоб суміжно й з контактом охоплювати нахилені трубчаті сегменти 30, та другі опорні елементи, або стискальні опори 44, зображені на Фіг. 3, Які звичайно мають форму відгалужених блоків, що проходять між охопленими нахиленими трубчатими сегментами та мають таку конфігурацію, щоб охоплювати суміжні поверхні нахилених трубчатих сегментів 30.

Стискальні опори 44 нерухомо з'єднані зі спареними діагональними першими опорними елементами 42 переважно шляхом зварювання, так щоб перші опорні елементи 42 залишалися щільно протягнутими стосовно охоплених нахилених трубчатих сегментів 30, при цьому зберігаючи відстань між нахиленими трубчатими сегментами 30 та запобігаючи прямому контакту між поверхнями суміжних труб, а також передаючи опорні навантаження теплообмінника 26 від перших опорних вушок 35 до других опорних вушок 37, а потім до стінок 25, які утворюють вертикальну секцію 24 конвекційного проходу 23. Згідно з винаходом нерухомо взаємоз'єднані перші та другі опорні елементи або стискальні опори, 42 та 44, відповідно, не приварені або не приєднані іншим способом до змійовикових труб 28, тим самим утворюючи конструкційний каркас 41, який забезпечує підтримувальну для труб та теплообмінника посадку, що є достатньо слабкою, щоб відбувалося відносне теплове розширення та стискання змійовикових труб 28 та каркаса 41, при цьому каркас 41 містить перші та другі опорні елементи 42 та 44.

Звернемося до фіг. 4 та 5, на яких зображено фрагменти збільшеного перерізу та бічного виду вертикально розташованих перших опорних елементів 36 та відгалужених других опорних елементів або поперечин, 38.

Спарені перші опорні елементи 36 охоплюють нахилені трубчаті сегменти 30 змійовикових труб 28. Перші опорні елементи 36 щільно протягнуті стосовно нахилених трубчатих сегментів 30 та нерухомо підтримуються у цій позиції другими опорними елементами або поперечинами, 38, які є нерухомо приєднаними до перших опорних елементів 36 за допомогою зварювання 40. Вертикально розташований конструкційний каркас 39, утворений за допомогою перших опорних елементів 36 та других опорних елементів 38, зберігає відстань між нахиленими трубчатими сегментами 30 та запобігає прямому контакту між поверхнями суміжних труб, проте він не приєднаний до охоплених нахилених трубчатих сегментів 30 та є достатньо слабким, щоб дозволити змійовиковим трубам 28 та конструкційному каркасу 39 рухатися вільно внаслідок теплового розширення або стискання.

Звернемося до Фіг. 6 та 7, на яких зображено фрагменти збільшеного перерізу та бічного виду діагонально розташованих перших опорних елементів 42 та відгалужених других опорних елементів або стискальних опор, 44.

Перші опорні елементи 42 щільно протягнуті стосовно нахилених трубчатих сегментів 30 та підтримуються у цій позиції за допомогою других опорних елементів або стискальних опор, 44, які нерухомо приєднані до перших опорних елементів 42 за допомогою зварювання 43. Другі опорні елементи або стискальні опори 44, утворені у вигляді твердого блока, що має у поперечному перерізі вгнуто-вгнуту конфігурацію, так щоб вгнуті виїмки 45 охоплювали суміжні частини прилеглих нахилених трубчатих сегментів 30, як зображено на Фіг. 7, та тим самим підтримували змійовикову трубу 28 першими опорними елементами 42, зберігаючи при цьому відстань між суміжними нахиленими трубчатими сегментами 30. Діагонально розташований каркас 41, утворений за допомогою перших опорних елементів 42 та других опорних елементів або стискальних опор 44, зберігає відстань між нахиленими трубчатими сегментами 30 та запобігає прямому контакту між поверхнями суміжних труб, при цьому також підтримуючи змійовикові труби 28 першими опорними елементами 42, проте він не приєднаний до охоплених нахилених трубчатих сегментів 30 та є достатньо слабким, щоб дозволити змійовиковим трубам 28 та конструкційному каркасу 41 вільно рухатися внаслідок теплового розширення та стискання.

Незважаючи на те, що цей винахід вище було описано з посиланням на певні засоби, матеріали та варіанти здійснення, слід розуміти, що цей винахід можна змінювати багатьма способами, не відходячи при цьому від змісту та обсягу винаходу, та завдяки цьому він не обмежується лише цими описаними особливостями, а поширюється на усі еквіваленти, які відповідають обсягу наступної формули винаходу.

иа і 8 ОО Пенн як ч. І 25 ші ше | Шин 44 І | їж

Фіг. 1 за 26

Фіг. 2

( ж 7 зрен і; ще 7 й о, / й зв з й ХК Сон лов

С МЕЖ» с й що

Е м . З СО ях ЗЕ се З?

БО ОЗ З х | че | | ри

М х З

40 | Ф | - 236 се

Ні нити ЩЕ МЕ

Ї шен ат | 28

Фіг. 5

- Ж; ох 42 Й Й 42

КА М.

48 -х ТЯ їй ца )й о нов -е8- т-щ--Т зі ее 28 аа В 44

Фіг. 7

Claims (14)

1. Підтримувальний конструкційний каркас для трубчатого теплообмінника, що має принаймні один набір змійовикових труб, розташованих рядами з проміжком поруч та паралельно, при цьому кожен з рядів містить розташовані з проміжком один від одного копланарні подовжені нахилені трубчаті сегменти та трубчаті сегменти-коліна, при цьому підтримувальний конструкційний каркас містить перші та другі опорні елементи, причому перші елементи спарені, щоб охоплювати нахилені трубчаті сегменти кожного з принаймні деяких рядів, а другі елементи розташовані між нахиленими трубчатими сегментами охоплених рядів, при цьому перші та другі опорні елементи нерухомо взаємоз'єднані, утворюючи підтримувальну для труб посадку, яка є достатньо слабкою, щоб робити можливим відносний рух між трубами та підтримувальним конструкційним каркасом, який є наслідком різного теплового розширення та стискання.

2. Конструкційний каркас за п. І, який відрізняється тим, що перші опорні елементи є вертикально розташованими балками.

3. Конструкційний каркас за п. І, який відрізняється тим, що другі опорні елементи є відгалуженими балками.

4. Конструкційний каркас за п. І, який відрізняється тим, що перші опорні елементи є діагонально розташованими балками.

5. Конструкційний каркас за п. І, який відрізняється тим, що другі опорні елементи є вгнуто-вгнутими блоками, що мають сторони з виїмками, розташованими навпроти суміжних частин нахилених трубчатих сегментів охопленого ряду.

6. Конструкційний каркас за п. 5, який відрізняється тим, що сторони з виїмками мають таку форму, яка відповідає формі поперечного перерізу розташованих навпроти них частин нахилених трубчатих сегментів.

7. Парогенератор, який виробляє потік нагрітих топкових газів та містить вертикальний прохід, крізь який переміщується газовий потік, підтримувальний конструкційний каркас для теплообмінника, який має принаймні один набір змійовикових труб, розташованих рядами усередині проходу та упоперек газового потоку поруч та паралельно, засіб для протікання рідини, щоб нагрівати її через труби, при цьому кожен з рядів труб містить розташовані з проміжком один від одного та практично копланарні подовжені трубчаті сегменти та трубчаті сегменти-коліна, причому подовжені трубчаті сегменти є нахиленими так, щоб викликати витікання рідини, яка збирається у них, коли парогенератор не працює, а конструкційний каркас містить нерухомо взаємоз'єднані перші та другі опорні елементи, які утворюють підтримувальну для труб посадку, яка є достатньо слабкою, щоб робити можливим відносний рух між трубами та підтримувальним конструкційним каркасом, який є наслідком різного теплового розширення та стискання.

8. Парогенератор за п. 7, який відрізняється тим, що перші опорні елементи спарені, щоб охоплювати нахилені трубчаті сегменти кожного з принаймні деяких рядів труб.

9. Парогенератор за п. 8, який відрізняється тим, що другі опорні елементи розташовані між нахиленими трубчатими сегментами охоплених рядів труб.

10. Парогенератор за п. 7, який відрізняється тим, що перші опорні елементи є вертикально розташованими балками.

11. Парогенератор за п. 7, який відрізняється тим, що перші опорні елементи є діагонально розташованими балками.

12. Парогенератор за п. 7, який відрізняється тим, що другі опорні елементи є відгалуженими балками.

13. Парогенератор за п. 7, який відрізняється тим, що другі опорні елементи є вгнуто- вгнутими блоками, що мають сторони з виїмками, розташованими навпроти суміжних частин нахилених трубчатих сегментів охоплених рядів.

14. Парогенератор за п. 13, який відрізняється тим, що сторони з виїмками мають таку форму, яка відповідає формі поперечного перерізу розташованих навпроти них частин нахилених трубчатих сегментів.