1. Теплообменный аппарат, содержащий внешний кожух, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, сообщающийся с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, при этом внешний кожух содержит по меньшей мере один патрубок для входа и по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом по меньшей мере один патрубок ввода второй текучей среды представляет собой средство для ввода очищающих частиц в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью кожуха аппарата, а патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и их рециркуляции по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, при этом патрубок для входа второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи одной из разделительных перегородок, а патрубок для выхода второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи другой разделительной стенки.

2. Теплообменный аппарат по п.1, в котором второй текучей средой является вода, а очищающие частицы могут представлять собой гранулы, стекло, металл, волокна, пластмассовую и/или мелко нарезанную проволоку.

3. Теплообменный аппарат по п.2, в котором вблизи патрубка для выхода второй текучей среды установлен сепаратор для отделения очищающих частиц от воды, при этом сепаратор соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц, который подсоединен по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды и через который при функционировании аппарата очищающие частицы рециркулируют по меньшей мере от одного патрубка для выхода текучей среды по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды.

4. Теплообменный аппарат по п.3, в котором по меньшей мере один патрубок для входа второй текучей среды может быть подсоединен к средствам нагнетания воды из водоема во внутренний объем внешнего кожуха теплообменника, а по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды может быть подсоединен к средствам для отвода воды в указанный водоем.

5. Теплообменный аппарат по п.4, в котором внешний кожух содержит большое количество входных патрубков для воды и по меньшей мере один из этих входных патрубков может быть соединен с насосом, посредством которого вода из указанного водоема нагнетается в пространство между внешними поверхностями стенок теплообменных труб, а, по меньшей мере, другой один из этих входных патрубков соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц.

6. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-5, в котором ввод очищающих твердых частиц в поток второй текучей среды производят выше по ходу течения второй среды от теплообменного аппарата, вблизи ввода второй текучей среды.

7. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-6, в котором в пространстве, образованном между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, установлена по меньшей мере одна распределительная пластина для создания равномерно распределенных потока охлаждающей воды и псевдоожиженного слоя очищающих частиц по высоте цилиндрической средней секции.

8. Теплообменный аппарат по п.7, в котором распределительная пластина представляет собой перфорированную пластину и/или она снабжена колпачками, насадками или устройствами для предотвращения обратного тока очищающих частиц.

9. Теплообменный аппарат по п.7, сконфигурированный так, что абразивные частицы в комбинации с распределительной плитой или плитами непрерывно разрушают ламинарный слой текучей среды, окружающий внешние поверхности теплообменных труб, и перемешивают поток второй текучей среды в цилиндрической средней секции аппарата, увеличивая тем самым теплообмен между первой и второй текучими средами.

10. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-9, в котором указанный теплообменник размещен под водой.

11. Способ рециркуляции очищающих частиц в теплообменнике, содержащем внешний кожух, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, при этом пучок теплообменных труб соединен с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, внешний кожух имеет по меньшей мере один патрубок для входа и один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводят по меньшей мере через один патрубок входа для второй текучей среды в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью корпуса теплообменника, а каждый патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и рециркуляции частиц по меньшей мере к одному патрубку входа второй текучей среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными дискообразными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, и смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводится в указанный промежуток через входной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции вблизи одной разделительной перегородки, и отводится из указанного объема через выходной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней части вблизи другой перфорированной разделительной перегородки.

12. Способ по п.11, в котором первая текучая среда, проходящая через внутренний объем теплообменных труб, представляет собой поток природного газа, а второй текучей средой, которая протекает через пространство, образованное между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, является вода.

13. Способ по п.12, в котором статическое давление потока природного газа, протекающего через внутренний объем теплообменных труб, выше, чем статическое давление потока воды и очищающих частиц, протекающего через пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата.

 

(57) Реферат / Формула:
Теплообменный аппарат, содержащий внешний кожух, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, сообщающийся с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, при этом внешний кожух содержит по меньшей мере один патрубок для входа и по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом по меньшей мере один патрубок ввода второй текучей среды представляет собой средство для ввода очищающих частиц в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью кожуха аппарата, а патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и их рециркуляции по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, при этом патрубок для входа второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи одной из разделительных перегородок, а патрубок для выхода второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи другой разделительной стенки.

2. Теплообменный аппарат по п.1, в котором второй текучей средой является вода, а очищающие частицы могут представлять собой гранулы, стекло, металл, волокна, пластмассовую и/или мелко нарезанную проволоку.

3. Теплообменный аппарат по п.2, в котором вблизи патрубка для выхода второй текучей среды установлен сепаратор для отделения очищающих частиц от воды, при этом сепаратор соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц, который подсоединен по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды и через который при функционировании аппарата очищающие частицы рециркулируют по меньшей мере от одного патрубка для выхода текучей среды по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды.

4. Теплообменный аппарат по п.3, в котором по меньшей мере один патрубок для входа второй текучей среды может быть подсоединен к средствам нагнетания воды из водоема во внутренний объем внешнего кожуха теплообменника, а по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды может быть подсоединен к средствам для отвода воды в указанный водоем.

5. Теплообменный аппарат по п.4, в котором внешний кожух содержит большое количество входных патрубков для воды и по меньшей мере один из этих входных патрубков может быть соединен с насосом, посредством которого вода из указанного водоема нагнетается в пространство между внешними поверхностями стенок теплообменных труб, а, по меньшей мере, другой один из этих входных патрубков соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц.

6. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-5, в котором ввод очищающих твердых частиц в поток второй текучей среды производят выше по ходу течения второй среды от теплообменного аппарата, вблизи ввода второй текучей среды.

7. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-6, в котором в пространстве, образованном между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, установлена по меньшей мере одна распределительная пластина для создания равномерно распределенных потока охлаждающей воды и псевдоожиженного слоя очищающих частиц по высоте цилиндрической средней секции.

8. Теплообменный аппарат по п.7, в котором распределительная пластина представляет собой перфорированную пластину и/или она снабжена колпачками, насадками или устройствами для предотвращения обратного тока очищающих частиц.

9. Теплообменный аппарат по п.7, сконфигурированный так, что абразивные частицы в комбинации с распределительной плитой или плитами непрерывно разрушают ламинарный слой текучей среды, окружающий внешние поверхности теплообменных труб, и перемешивают поток второй текучей среды в цилиндрической средней секции аппарата, увеличивая тем самым теплообмен между первой и второй текучими средами.

10. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-9, в котором указанный теплообменник размещен под водой.

11. Способ рециркуляции очищающих частиц в теплообменнике, содержащем внешний кожух, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, при этом пучок теплообменных труб соединен с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, внешний кожух имеет по меньшей мере один патрубок для входа и один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводят по меньшей мере через один патрубок входа для второй текучей среды в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью корпуса теплообменника, а каждый патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и рециркуляции частиц по меньшей мере к одному патрубку входа второй текучей среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными дискообразными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, и смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводится в указанный промежуток через входной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции вблизи одной разделительной перегородки, и отводится из указанного объема через выходной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней части вблизи другой перфорированной разделительной перегородки.

12. Способ по п.11, в котором первая текучая среда, проходящая через внутренний объем теплообменных труб, представляет собой поток природного газа, а второй текучей средой, которая протекает через пространство, образованное между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, является вода.

13. Способ по п.12, в котором статическое давление потока природного газа, протекающего через внутренний объем теплообменных труб, выше, чем статическое давление потока воды и очищающих частиц, протекающего через пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата.

 

---

009751
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к теплообменному аппарату, снабженному средствами рециркуляции очищающих твердых частиц.
Уровень техники
Из патентных документов US 5706884, US 5676201, US 7073682 и US 6109342 известен теплообменник, содержащий пучок теплообменных труб, снабженный средствами рециркуляции очищающих частиц через трубы для удаления с внутренней поверхности стенок труб какого-либо осадка.
Из патентных документов US 6070652 и US6223809 известна рециркуляция через пучок теплообменных труб шариков, используемых для удаления какого-либо осадка с внутренней поверхности стенок труб.
Известные системы предназначены исключительно для очистки внутренних поверхностей стенок теплообменных труб теплообменника.
Из патента DE 1083058 известен теплообменный аппарат, характеризуемый признаками, изложенными в формуле изобретения. Известный теплообменный аппарат, в котором охлаждаются отработавшие газы, содержит трубы, через которые циркулирует охлаждающая вода, при этом в поток отработавших газов добавляют очищающие частицы с тем, чтобы они удаляли с внешних поверхностей охлаждающих труб частицы изнашивания и осадок. В известном теплообменнике трубы охлаждения расположены внутри аппарата зигзагообразно, так что они, по меньшей мере, на значительной части их длины расположены, по существу, в поперечном направлении относительно направления потока отработавших газов, нагруженного очищающими частицами. Недостаток известного способа заключается в том, что трубы охлаждения подвержены сильному и неравномерному износу и очищаются неравномерно. Кроме того, стенка теплообменника подвержена воздействию высокого давления и высокой температуры отработавшего газа, и поэтому теплообменник представляет собой толстостенный аппарат с тяжеловесными элементами конструкции.
Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении устройства и способа для очистки пространства между внутренней стенкой теплообменника и внешними стенками пучка теплообменных труб, размещенных внутри кожуха теплообменника, обеспечивающих равномерную очистку пучка теплооб-менных труб и предотвращение сильного и неравномерного износа внешних стенок этих теплообменных труб.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением обеспечивается теплообменный аппарат, содержащий внешний кожух, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, сообщающийся с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, при этом внешний кожух содержит по меньшей мере один патрубок для входа и по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды. При этом по меньшей мере один патрубок ввода второй текучей среды представляет собой средство для ввода очищающих частиц в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью кожуха аппарата, а патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и их рециркуляции по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды, теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, патрубок для входа второй текучей среды открывается (выходит) во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи одной из разделительных перегородок, а патрубок для выхода второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи другой разделительной стенки.
Второй текучей средой может быть вода, а очищающими частицами могут служить гранулы, стекло, металл, волокна, пластмасса и/или мелко нарезанная проволока.
Теплообменный аппарат, соответствующий изобретению, среди прочего, позволяет производить непосредственное охлаждение морской водой труб, находящихся под высоким давлением, с использованием теплообменного аппарата, который является компактным, легковесным и в котором предотвращаются образование осадка и/или накипи при протекании нагретого потока морской воды, в результате чего теплообменник не требует частого технического обслуживания и/или осмотра и может быть установлен под водой.
Предпочтительно, вблизи патрубка для выхода второй текучей среды установлен сепаратор для отделения очищающих частиц от воды, при этом сепаратор соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц, который подсоединен по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды и через который при функционировании аппарата очищающие частицы рециркулируют по меньшей мере от одного патрубка для выхода текучей среды по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды.
В рассматриваемом случае по меньшей мере один патрубок для входа второй текучей среды может быть подсоединен к средствам нагнетания воды из водоема во внутренний объем внешнего кожуха теплообменника, а по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды может быть подсое
- 1 -
009751
динен к средствам для отвода воды в указанный водоем.
Внешний кожух может быть выполнен с большим количеством патрубков для входа воды и по меньшей мере один из этих входных патрубков может быть соединен с насосом, посредством которого вода из указанного водоема нагнетается в пространство, заключенное между внешними поверхностями стенок теплообменных труб, при этом по меньшей мере другой один из этих входных патрубков соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц.
При желании, ввод очищающих частиц во вторую текучую среду осуществляется выше по ходу движения потока текучей среды от теплообменника, вблизи патрубка для входа второй текучей среды.
При необходимости в объеме между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменника может быть установлена по меньшей мере одна распределительная пластина, предназначенная для равномерного распределения охлаждающей воды и псевдоожиженного слоя очищающих частиц по высоте цилиндрической средней секции. Распределительная пластина может представлять собой перфорированную пластину и/или может быть снабжена колпачками, насадками и/или средствами для предотвращения обратного потока частиц. Абразивные частицы в комбинации с распределительными пластинами непрерывно разрушают пристенный ламинарный слой текучей среды и перемешивают поток текучей среды так, что для минимизации результирующего перепада давления и необходимой производительности насоса не требуется использование направляющих перегородок.
В соответствии с данным изобретением, кроме того, обеспечивается способ рециркуляции очищающих частиц в теплообменнике, содержащем внешний кожух, внутри которого размещен пучок теп-лообменных труб, при этом пучок теплообменных труб соединен с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, внешний кожух имеет по меньшей мере один патрубок для входа и один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводят по меньшей мере через один патрубок входа для второй текучей среды в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью корпуса теплообменника, а каждый патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и рециркуляции частиц по меньшей мере к одному патрубку входа второй текучей среды; причем теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными дискообразными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, и смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводится в указанный промежуток через входной патрубок, который открывается (выходит) во внутренний объем цилиндрической средней секции вблизи одной разделительной перегородки, и отводится из указанного объема через выходной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней части вблизи другой перфорированной разделительной перегородки.
Предпочтительно, чтобы первая текучая среда, которая протекает через внутренний объем тепло-обменных труб, представляла собой поток природного газа, а второй текучей средой, которая протекает через пространство, образованное между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, была вода.
Кроме того, предпочтительно, чтобы статическое давление потока природного газа, протекающего через внутренний объем теплообменных труб, было выше, чем статическое давление потока воды и очищающих частиц, который проходит через пространство между внешними поверхностями теплооб-менных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата.
Эти и другие особенности выполнения, примеры воплощения и преимущества теплообменного аппарата, соответствующего настоящему изобретению, будут понятны из приложенных пунктов формулы изобретения, реферата и нижеследующего подробного описания изобретения, в котором приведены ссылки на сопровождающие чертежи.
Краткое описание чертежей
Предпочтительное воплощение теплообменного аппарата в соответствии с данным изобретением ниже будет раскрыто более подробно и с помощью примера со ссылкой на сопровождающие чертежи.
Фиг. 1 - схематическое изображение продольного разреза самоочищающегося теплообменного аппарата, выполненного в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - поперечный разрез аппарата, изображенного на фиг. 1, по линии А-А, показанный в направлении, указанном стрелками.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
На фиг. 1 показан теплообменный аппарат 1, который имеет цилиндрическую среднюю секцию 2 и куполообразную верхнюю 3 и нижнюю 4 секции соответственно, называемые коллекторами, которые отделены друг от друга посредством дискообразных разделительных перегородок 5 и 6.
Цилиндрическая средняя секция 2 содержит пучок теплообменных труб 7, которые проходят через отверстия 8 в дискообразных разделительных перегородках 5 и 6, в результате чего внутренний объем теплообменных труб (внутритрубное пространство) 7 сообщается по первой текучей среде с внутренним объемом куполообразных верхней 3 и нижней 4 секций.
- 2 -
009751
Патрубок 9 для входа первой текучей среды, которой может быть природный газ с высоким давлением и высокой температурой или другая текучая среда низкого или высокого давления, расположен сверху куполообразной верхней секции 3. Патрубок 10 для выхода первой текучей среды расположен снизу куполообразной нижней секции 4 аппарата 1. При функционировании теплообменника первая текучая среда через входной патрубок 9 входит во внутренний объем верхней секции 3 аппарата 1 и, проходя через внутренний объем пучка теплообменных труб 7, поступает во внутренний объем нижней секции 4 аппарата 1 и отводится из аппарата через выходной патрубок 10.
Вторая текучая среда, которой в данном примере является вода, нагнетается из водоема 11, такого, например, как река, озеро, море, океан или подземный водоносный пласт, и используется в качестве хладагента для охлаждения первой текучей среды. Охлаждающая вода, которая может быть предварительно очищенной с помощью фильтров 21 и/или ввода в нее химических реагентов, нагнетается насосом 12 через два ниже расположенных входных патрубка 13 во внутренний объем цилиндрической средней секции 2, в котором размещены теплообменные трубы 7.
Для того чтобы предотвратить начало осадкообразования во внутреннем объеме цилиндрической средней секции 2 в промежутках между теплообменными трубами 7, во внутренний объем цилиндрической средней секции 2 через два промежуточных входных патрубка 14 вводят смесь воды и очищающих частиц. Эта смесь перемешивается с водой, подводимой через нижние входные патрубки 13, и прокачивается вверх через внутренний объем цилиндрической средней секции 2 так, что твердые очищающие частицы проходят вдоль теплообменных труб 7 и, тем самым, непрерывно удаляют какую-либо только образовавшуюся накипь и/или другой осадок с внешних поверхностей труб 7, а также с внутренних поверхностей цилиндрической стенки цилиндрической средней секции 2 аппарата. Во внутреннем объеме указанной средней секции на различной высоте установлен ряд пластин 22 для распределения потока и твердых частиц, включая одну пластину между патрубком 13 для входа второй текучей среды и промежуточными патрубками 14 цилиндрической средней секции 2. Эти пластины предназначены для создания равномерно распределенного потока охлаждающей воды и псевдоожиженного слоя очищающих твердых частиц по высоте цилиндрической средней секции 2. Распределительные пластины, обеспечивающие, кроме того, жесткость аппарата 1 и труб 7, могут быть выполнены в виде перфорированных пластин и/или они снабжены колпачками, насадками или средствами для предотвращения обратного тока твердых частиц. Поскольку абразивные частицы в комбинации с распределительными пластинами непрерывно разрушают пристенный ламинарный слой текучей среды так, что для минимизации общего перепада давления и производительности насоса не требуется никаких направляющих перегородок.
Смесь воды и очищающих твердых частиц отводится из внутреннего объема цилиндрической средней секции 2 через два верхних выходных патрубка 16 и направляется в сепаратор 17, в котором поток 18 горячей воды отделяется от потока 19 очищающих частиц. Поток 18 горячей воды отводится в водоем 11, а поток 19 очищающих частиц 19 смешивается с потоком 20 холодной воды и нагнетается обратно во внутренний объем цилиндрической средней секции 2 теплообменного аппарата 1 через промежуточные входные патрубки 14.
В зависимости от требований местного природоохранительного законодательства поток 18 горячей воды смешивают с некоторой частью потока холодной воды перед его отводом в водоем 11. Диапазон изменения параметра регулируют путем уменьшения расхода второй текучей среды и/или за счет смешивания потока холодной второй текучей среды с некоторой частью потока 18 горячей текучей среды.
Производимая очистка с помощью очищающих частиц позволяет нагревать воду в цилиндрической средней секции 2 аппарата 1 до более высокой температуры, чем в известных теплообменных аппаратах. В известных теплообменных аппаратах, называемых теплообменниками непосредственного и косвенного охлаждения морской водой, которые обычно используют на судах, в энергетических установках и на морских платформах, температура охлаждающей воды у поверхности стенки теплообменных труб должна сохраняться ниже чем приблизительно 50-55°С, чтобы избежать образования накипи и других загрязнений теплообменных труб и внутренней стенки аппарата. В теплообменном аппарате 1 в соответствии с изобретением температура воды, протекающей вдоль внешних поверхностей теплообменных труб 7, у поверхности труб может заметно превышать 80°С, поскольку какой-либо осадок накипи будет очищаться очищающими твердыми частицами. Увеличение допустимой температуры воды приводит к значительному уменьшению размера цилиндрической средней секции 2 и соответствующему уменьшению длины и веса теплообменных труб 7, а также к уменьшению расхода и скорости охлаждающей воды и необходимой мощности водяного циркуляционного насоса 12. Предотвращение образования осадка значительно уменьшает необходимое техническое обслуживание и повышает работоспособность энергетической установки.
Газ высокого давления поступает лишь в куполообразные верхнюю 3 и нижнюю 4 секции аппарата 1 и во внутренний объем теплообменных труб 7. Поэтому в данном случае необходимо, чтобы лишь теп-лообменные трубы 7 и куполообразные верхняя 3 и нижняя 4 секции аппарата 1 имели большую толщину стенок и были изготовлены из высокопрочной стали, титана или других сплавов. Цилиндрическая средняя секция 2 теплообменника заполняется водой под низким давлением и может иметь относительно малую толщину стенки. Использование теплообменного аппарата 1 цилиндрической средней секцией 2
- 3 -
009751
меньшего размера, по сравнению с известными теплообменными аппаратами, и выполнение цилиндрической средней секции 2 с относительно малой толщиной стенки обеспечивают создание теплообменно-го аппарата 1, который значительно меньше и легче известных теплообменных аппаратов.
Следует принимать во внимание, что в теплообменном аппарате в соответствии с изобретением поток первой текучей среды может поступать снизу вверх и протекать параллельно потоку второй текучей среды.
Следует также понимать, что теплообменный аппарат в соответствии с изобретением может вместо круглой формы сечения иметь квадратное сечение, используемое, как известно, в конструкции воздухоохладителей, а верхняя 3 и нижняя 4 секции могут иметь форму короба вместо показанной на чертеже куполообразной формы.
При желании, теплообменный аппарат согласно данному изобретению может содержать сильфон (линзовый компенсатор) 23 для компенсации теплового расширения и/или напряжений сжатия, если при конструировании аппарата оказывается, что это необходимо.
Кроме того, для создания еще большей равномерности восходящего потока воды и псевдоожижен-ного слоя очищающих твердых частиц во внутреннем объеме аппарата 2 количество входных патрубков и выходных патрубков 13, 14, 16 для воды может быть увеличено.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Теплообменный аппарат, содержащий внешний кожух, внутри которого размещен пучок тепло-обменных труб, сообщающийся с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, при этом внешний кожух содержит по меньшей мере один патрубок для входа и по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом по меньшей мере один патрубок ввода второй текучей среды представляет собой средство для ввода очищающих частиц в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью кожуха аппарата, а патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и их рециркуляции по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды, отличающийся тем, что теплооб-менные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, при этом патрубок для входа второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи одной из разделительных перегородок, а патрубок для выхода второй текучей среды открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции в месте, находящемся вблизи другой разделительной стенки.
2. Теплообменный аппарат по п.1, в котором второй текучей средой является вода, а очищающие частицы могут представлять собой гранулы, стекло, металл, волокна, пластмассовую и/или мелко нарезанную проволоку.
3. Теплообменный аппарат по п.2, в котором вблизи патрубка для выхода второй текучей среды установлен сепаратор для отделения очищающих частиц от воды, при этом сепаратор соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц, который подсоединен по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды и через который при функционировании аппарата очищающие частицы рециркулируют по меньшей мере от одного патрубка для выхода текучей среды по меньшей мере к одному патрубку для входа второй текучей среды.
4. Теплообменный аппарат по п.3, в котором по меньшей мере один патрубок для входа второй текучей среды может быть подсоединен к средствам нагнетания воды из водоема во внутренний объем внешнего кожуха теплообменника, а по меньшей мере один патрубок для выхода второй текучей среды может быть подсоединен к средствам для отвода воды в указанный водоем.
5. Теплообменный аппарат по п.4, в котором внешний кожух содержит большое количество входных патрубков для воды и по меньшей мере один из этих входных патрубков может быть соединен с насосом, посредством которого вода из указанного водоема нагнетается в пространство между внешними поверхностями стенок теплообменных труб, а, по меньшей мере, другой один из этих входных патрубков соединен с трубопроводом для рециркуляции очищающих частиц.
6. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-5, в котором ввод очищающих твердых частиц в поток второй текучей среды производят выше по ходу течения второй среды от теплообменного аппарата, вблизи ввода второй текучей среды.
7. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-6, в котором в пространстве, образованном между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, установлена по меньшей мере одна распределительная пластина для создания равномерно распределенных потока охлаждающей воды и псевдоожиженного слоя очищающих частиц по высоте цилиндрической средней секции.
8. Теплообменный аппарат по п.7, в котором распределительная пластина представляет собой перфорированную пластину и/или она снабжена колпачками, насадками или устройствами для предотвра
- 4 -
009751
щения обратного тока очищающих частиц.
9. Теплообменный аппарат по п.7, сконфигурированный так, что абразивные частицы в комбинации с распределительной плитой или плитами непрерывно разрушают ламинарный слой текучей среды, окружающий внешние поверхности теплообменных труб, и перемешивают поток второй текучей среды в цилиндрической средней секции аппарата, увеличивая тем самым теплообмен между первой и второй текучими средами.
10. Теплообменный аппарат по любому из пп.1-9, в котором указанный теплообменник размещен под водой.
11. Способ рециркуляции очищающих частиц в теплообменнике, содержащем внешний кожух, внутри которого размещен пучок теплообменных труб, при этом пучок теплообменных труб соединен с патрубками для входа и выхода первой текучей среды, внешний кожух имеет по меньшей мере один патрубок для входа и один патрубок для выхода второй текучей среды, при этом смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводят по меньшей мере через один патрубок входа для второй текучей среды в пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью корпуса теплообменника, а каждый патрубок для выхода второй текучей среды соединен со средствами для удаления частиц из второй текучей среды и рециркуляции частиц по меньшей мере к одному патрубку входа второй текучей среды, отличающийся тем, что теплообменные трубы размещены, по существу, в цилиндрической средней секции аппарата и проходят, по существу, параллельно друг другу между двумя перфорированными дискообразными разделительными перегородками, которые установлены вблизи торцов указанной цилиндрической средней секции, и смесь второй текучей среды и очищающих частиц вводится в указанный промежуток через входной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней секции вблизи одной разделительной перегородки, и отводится из указанного объема через выходной патрубок, который открывается во внутренний объем цилиндрической средней части вблизи другой перфорированной разделительной перегородки.
12. Способ по п.11, в котором первая текучая среда, проходящая через внутренний объем теплооб-менных труб, представляет собой поток природного газа, а второй текучей средой, которая протекает через пространство, образованное между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата, является вода.
13. Способ по п.12, в котором статическое давление потока природного газа, протекающего через внутренний объем теплообменных труб, выше, чем статическое давление потока воды и очищающих частиц, протекающего через пространство между внешними поверхностями теплообменных труб и внутренней поверхностью цилиндрической средней секции теплообменного аппарата.
Фиг. 1
- 5 -
009751
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 6 -