технологический нагреватель

Формула изобретения

1. Технологический нагреватель, содержащий источник греющей среды, кожухотрубный теплообменник с радиационной секцией, экранированной теплообменными трубами, равнорасположенными относительно внутренней стенки кожуха, дымовую трубу, коллекторы входа и выхода нагреваемой среды, отличающийся тем, что при использовании в качестве источника греющей среды горелочного устройства за радиационной секцией, образующей топочный объем, 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, обращенным в сторону горелочного устройства, а с другого конца, за пределами дымового короба, рабочие полости каждой из теплообменных труб сообщены двумя съемными патрубками с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды.

2. Технологический нагреватель по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения, образованного межтрубными зазорами экранных труб в пределах дымового короба, должна быть не менее свободной площади поперечного сечения трубного пучка в пределах кожуха, а протяженность радиационной секции не менее величины дальнобойности факела горелочного устройства, кроме того, в кольцевом зазоре, образованном внешней и внутренней трубами каждой теплообменной трубы, установлен завихритель нагреваемой среды, выполненный в виде спирально навитой на внутреннюю трубу проволоки на длине от глухого конца не менее протяженности радиационной секции.

Описание изобретения к патенту

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.

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.

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).

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.

Целью предлагаемого изобретения, является повышение надежности и долговечности, технологичности конструкции, снижение эксплуатационных затрат с сохранением высокой эффективности технологического нагревателя в целом.

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.

На чертеже показан общий вид технологического нагревателя в виде продольного разреза, отдельно - разрез теплообменной трубы.

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.

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.

Нагреватель работает следующим образом.

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.

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.