многорядное устройство для конденсации водяного пара в вакууме

Формула изобретения

Многорядное устройство для конденсации водяного пара в вакууме, образованном с помощью пароэжекторного устройства с использованием воздуха в качестве охлаждающей среды, содержащее секции многорядных конденсаторов, выполненных в виде пучков трубок, и дефлегматоров, выполненных также в виде пучков трубок, и общий коллектор для сбора конденсата, отличающееся тем, что в каждой секции каждый ряд конденсаторов пара, на которые подается проходящий через них охлаждающий воздух и которые выполнены из пучков трубок круглого сечения, расположенных с одинаковым шагом, соединен с помощью переточных трубок или каналов со своей не соединяемой с другими его частями частью ряда, установленного выше рядов конденсаторов и соединенного с пароэжекторным устройством, дефлегматоров, также выполненных из пучков трубок круглого сечения и расположенных с одинаковым шагом, кроме того, для каждого ряда конденсаторов и соответствующей части ряда дефлегматоров выполнен свой отдельный коллектор для сбора конденсата, присоединение которого к общему коллектору осуществлено через гидрозатвор, исключающий переток между рядами, причем в каждой секции соотношение поверхностей конденсатора и дефлегматора составляет 5:1, при этом общая поверхность теплообмена всех конденсаторных рядов выполнена в количестве, на 5-6% меньше необходимого по расчетным условиям конденсации, а величина сечения переточных трубок или каналов составляет 9-12% от величины сечения соответствующего дефлегматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для конденсации водяного пара в вакууме, в частности к конденсаторам с воздушным охлаждением, и может найти применение в химической и энергетической промышленности.

Известны конструкции конденсаторов пара с воздушным охлаждением (см., например, книгу С.С.Берман “Теплообменные аппараты и конденсационные устройства турбоустановок”, М., 1959 г., стр.267-271, в которых пар поднимается наверх, а образующийся конденсат стекает обратно, откуда удаляется в сборник конденсата. При этом в конденсирующем водяном паре неизбежно присутствуют небольшие количества неконденсирующих газов (воздуха и т.п.). Конденсация проводится при температуре ниже 100°С и пониженном давлении. В случае полной конденсации водяного пара в конденсаторе в отсутствии доохладителей (дефлегматоров) происходит постепенное накопление неконденсирующих примесей в трубках конденсатора и коллекторе в виде воздушных пробок, что приводит к снижению вакуума, т.е. повышению давления и ухудшению условий конденсации.

Известен также конденсатор водяного пара с воздушным охлаждением, (см., например, патент РФ №2190173). В основу данной конструкции положена оребренная трубка особой формы, которая позволяет получать многорядные конструкции конденсаторов с доохладителями (дефлегматорами), характеризующая тем, что ряды конденсаторов и доохладителей (дефлегматоров) сообщаются между собой с целью выравнивания давления между рядами. При этом в конденсаторах конденсируется только часть паров (70%-80%), а остальная часть поступает с неконденсирующими газами в доохладители (дефлегматоры), откуда после максимального отделения конденсата неконденсирующиеся газы отводятся с помощью эжектора, а конденсат поступает в общий коллектор. Однако, в случае многорядных трубчатых секций и при воздушном охлаждении, разные ряды трубок находятся в разных условиях конденсации и, соответственно, в них будет устанавливаться разное давление, изменяющееся при изменении погодных условий. Благодаря разности давлений может, следовательно, происходить переток неконденсирующихся газов из одного ряда в другой. Поэтому доохладители (дефлегматоры) не устраняют полностью образование воздушных пробок в конденсаторах. Кроме того, таким же образом пробки могут образовываться и в самих дефлегматорных секциях, также представляющих собой многорядные пучки трубок. Также следует отметить, что сильно отличаются условия конденсации зимой и летом, т.е. соотношение поверхностей теплообмена конденсатор/дефлегматор в данной конструкции необходимо изменять, что невозможно. Кроме того, использование трубок с разным шагом оребрения в различных рядах трубок и овальные сечения самих трубок, хотя частично и выравнивают эффективность рядов, но также не могут меняться в зависимости от условий (зима - лето) и, таким образом, в какой-то период возможно образование воздушных пробок из-за перетока между рядами. Образование воздушных пробок - существенный недостаток, т.к. при этом давление может существенно возрастать, что сказывается на условиях конденсации и работы паровой установки в целом. Наличие пробок неконденсирующихся газов в трубках приводит не только к ухудшению теплообмена, но и к ускорению коррозии на границе зоны водяной пар – воздух - металл, что приводит к необходимости более частого ремонта секций. Усиленная коррозия также ухудшает теплообменные свойства теплообменных трубок. В зимнее время наличие воздушных пробок может привести к переохлаждению в этих зонах и, как следствие, к замерзанию конденсата в трубках, что выводит их из строя.

Предлагаемым изобретением решается задача устранения указанных недостатков, а именно: образование воздушных пробок, ухудшение теплообмена, повышение давления, ускорение коррозии, вымораживание трубок.

Для достижения указанного технического результата в многорядном устройстве для конденсации водяного пара в вакууме, образованном с помощью пароэжекторного устройства с использованием воздуха в качестве охладителя, содержащем секции многорядных конденсаторов, выполненных в виде пучков трубок, и дефлегматоров, выполненных также в виде пучков трубок, и общий коллектор для сбора конденсата, в каждой секции каждый ряд конденсаторов пара, на которые подается проходящий через них охлаждающий воздух и которые выполнены из пучков трубок круглого сечения, расположенных с одинаковым шагом, соединен с помощью переточных трубок или каналов со своей, не соединяемой с другими его частями частью ряда, установленного выше рядов конденсаторов и соединенного с пароэжекторным устройством, дефлегматоров, также выполненных из пучков трубок круглого сечения и расположенных с одинаковым шагом. Кроме того, для каждого ряда конденсаторов и соответствующей части ряда дефлегматоров выполнен свой отдельный коллектор для сбора конденсата, присоединение которого к общему коллектору осуществлено через гидрозатвор, исключающий переток между рядами, причем в каждой секции соотношение поверхностей конденсатора и дефлегматора составляет 5:1, при этом общая поверхность теплообмена всех конденсаторных рядов выполнена в количестве на 5-6% меньше необходимой по расчетным условиям конденсации, а величина сечения переточных трубок или каналов составляет 9%-12% от величины сечения соответствующего дефлегматора.

Выполнение в каждой секции соотношения поверхностей конденсатора и дефлегматора 5:1 является оптимальным и позволяет экономить металл на изготовление трубок.

Расчет общей поверхности теплообмена по условиям конденсации осуществляют по известным методикам (см., например, методику расчета площади поверхности охлаждения конденсатора, изложенную в книге Г.Г.Шкловер, О.О.Мильман “Исследование и расчет конденсационных устройств паровых турбин”, 1985, стр.107-120), при этом предлагается выполнять общую поверхность теплообмена всех конденсаторных рядов в количестве на 5%-6% меньше необходимой по расчетным условиям конденсации, т.е. заведомо загружать конденсаторы, заставляя их работать на пределе, а часть нагрузки переносить на дефлегматоры, что хорошо для их работы.

Выполнение величины сечения переточных трубок или каналов 9%-12% от величины сечения соответствующего дефлегматора также обусловлено оптимальными условиями их работы.

Отличительным признаком многорядного устройства для конденсации водяного пара в вакууме является соединение с помощью переточных трубок или каналов со своей, не соединяемой с другими его частями частью ряда, установленного выше рядов конденсаторов и соединенного с пароэжекторным устройством, дефлегматоров, также выполненных из пучков трубок круглого сечения и расположенных с одинаковым шагом. Кроме того, выполнение для каждого ряда конденсаторов и соответствующей части ряда дефлегматоров своего отдельного коллектора для сбора конденсата, присоединение которого к общему коллектору осуществлено через гидрозатвор, исключает переток между рядами, причем в каждой секции соотношение поверхностей конденсатора и дефлегматора составляет 5:1, при этом выполнение общей поверхности теплообмена всех конденсаторных рядов осуществляют в количестве на 5%-6% меньше необходимой по расчетным условиям конденсации, а величина сечения переточных трубок или каналов составляет 9%-12% от величины сечения соответствующего дефлегматора.

Благодаря наличию приведенных признаков, в том числе и выполнение заявляемой конструкции на основе оребренной трубки круглого сечения с одинаковым шагом оребрения, которая, не смотря на разную эффективность рядов, позволит избежать указанных недостатков, становится возможным эффективная работа секции как в зимнее, так и в летнее время.

На фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - схема работы устройства на фиг.3-6 - сечения А-А, Б-Б, В-В, Г-Г, показывающие соединение трубками конденсатора и соответствующего дефлегматора.

Многорядное устройство для конденсации водяного пара в вакууме, содержащее, например, всего 5 рядов, имеет ряды 1, 2, 3, 4 конденсаторов и ряд 5 дефлегматоров по числу рядов конденсаторов, чтобы было выдержано соотношение между рядами конденсаторов и дефлегматоров 5:1. Предлагаемые секции имеют соответственно раздельные для каждого ряда коллекторы 6, 7, 8, 9 по конденсату, которые соединены с общим коллектором 10 через соответствующие гидрозатворы 11, 12, 13, 14, исключающие переток между рядами. Таким образом, каждый ряд конденсатора соединен с дефлегматорным рядом 5 по газу и конденсату, причем каждый ряд зоны конденсации имеет свою часть дефлегматорного ряда 5, которые не соединены между собой. Дефлегматорный ряд 5 расположен сверху конденсаторных 1, 2, 3, 4 и подсоединен к пароэжекторному устройству 15, при этом он охлаждается уже подогретым в зоне конденсации воздухом, что существенно при работе в зимнее время, т.к. позволяет избежать его переохлаждение. Полная конденсация в зоне конденсаторов 1, 2, 3, 4 не происходит, и часть пара конденсируется в зоне дефлегматора 5. Общая поверхность теплообмена всех конденсаторных рядов 1, 2, 3, 4 выполнена в количестве на 5-6% меньше необходимой по расчетным условиям конденсации, а величина сечения переточных трубок 16, 17, 18, 19 или каналов должна составлять 9-12% от величины общего сечения трубок соответствующего дефлегматора 5.