Теплообмінна посудина із засобами для рециркуляції очищувальних частинок

1. Теплообмінна посудина, яка містить зовнішній корпус, в якому розміщений вузол теплообмінних трубок, причому вузол теплообмінних трубок з'єднаний з вхідним отвором та вихідним отвором для першого текучого середовища, та зовнішній корпус включає як мінімум один вхідний отвір та як мінімум один вихідний отвір для другого текучого середовища, причому як мінімум один вхідний отвір для другого текучого середовища обладнаний засобами для інжекції очищувальних частинок в простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею теплообмінної посудини, а вихідний отвір для другого текучого середовища включає засоби для видалення частинок з другого текучого середовища, а також для рециркуляції частинок до як мінімум одного вхідного отвору для другого текучого середовища, в якій теплообмінні трубки розташовані у серединній секції посудини, що має значною мірою форму трубки, і простягаються значною мірою паралельно одна одній між двома перфорованими роздільними стінками, які розташовані поблизу кінців вказаної серединної секції у формі трубки, та вхідний отвір для другого текучого середовища відкривається у внутрішній простір серединної секції у формі трубки поблизу однієї роздільної стінки, та вихідний отвір для другого текучого середовища відкривається у внутрішній отвір серединної секції у формі трубки поблизу іншої роздільної стінки, 2 (19) 1 3 89198 4 зу місця надходження другого текучого середовища. 6. Теплообмінна посудина за п. 1, яка відрізняється тим, що розподільна пластина являє собою перфоровану пластину та/або включає ковпаки, сопла або пристрої для запобігання зворотному потоку частинок. 7. Теплообмінна посудина за п. 1, яка відрізняється тим, що її конфігурація є такою, що абразивні частинки в комбінації з розподільною пластиною або пластинами здатні безперервно видаляти плівковий шар статичної рідини, що оточує зовнішні поверхні теплообмінних трубок, та перемішувати потік другого текучого середовища в серединній секції посудини, що має форму трубки, таким чином підсилюючи теплообмін між першим та другим текучим середовищем. 8. Теплообмінна посудина за будь-яким з попередніх пунктів, яка відрізняється тим, що вона розташована під водою. 9. Спосіб рециркуляції очищувальних частинок в теплообмінній посудині за п. 1, яка містить зовнішній корпус, в якому розміщений вузол теплообмінних трубок, причому вузол теплообмінних трубок з'єднаний з вхідним отвором та вихідним отвором для першого текучого середовища, та зовнішній корпус має як мінімум один вхідний отвір та як мінімум один вихідний отвір для другого текучого середовища, за яким змішані з другим текучим середовищем очищувальні частинки інжектують крізь як мінімум один вхідний отвір для другого текучого середовища в простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею теплообмінної посудини, а вихідний отвір для другого текучого середовища має засоби для видалення частинок з другого текучого середовища, та рециркуляції частинок до як мінімум одного вхідного отвору для другого текучого середовища, причому теплообмінні трубки розташовані у серединній секції посудини, що має значною мірою форму трубки, і простягаються значною мірою паралельно одна одній між двома перфорованими роздільними стінками, що мають форму диска, які розташовані поблизу кінців вказаної серединної секції у формі трубки, та в якій суміш другого текучого середовища та очищувальних частинок інжектують у вказаний простір крізь вхідний отвір, який відкривається у внутрішній простір серединної секції у формі трубки поблизу однієї роздільної стінки, та видаляють з вказаного простору крізь вихідний отвір, який відкривається у внутрішній отвір серединної секції у формі трубки поблизу іншої перфорованої роздільної стінки; де перше текуче середовище, яке протікає крізь внутрішній простір теплообмінних трубок, являє собою потік природного газу, а друге текуче середовище, яке протікає крізь простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею серединної секції у формі трубки теплообмінної посудини, являє собою воду; причому статичний тиск потоку природного газу, який протікає крізь внутрішній простір теплообмінних трубок, є вищим за статичний тиск потоку води та очищувальних частинок, який протікає крізь простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею серединної секції теплообмінної посудини, що має форму трубки. Винахід стосується теплообмінної посудини (ТЕС) із засобами для рециркуляції очищувальних частинок. Патенти США 5706884, 5676201, 6073682 та 6109342 розкривають теплообмінну посудину, в якій вузол теплообмінних трубок обладнаний засобами для циркуляції очищувальних частинок крізь трубки для видалення будь-якого забруднення з внутрішніх стінок трубок. Патенти США 6070652 та 6223809 розкривають рециркуляцію кульок крізь вузол теплообмінних трубок для видалення будь-якого забруднення з внутрішніх стінок трубок. Відомі системи розроблені виключно для очищення внутрішніх стінок теплообмінних трубок в теплообмінній посудині. Теплообмінник у відповідності до преамбули пунктів формули 1 та 11 відомий з німецького Патенту DE 1083058. У відомому теплообміннику вихлопні гази охолоджуються в теплообміннику, що включає трубки, крізь які циркулює охолоджуюча вода, причому очищувальні частинки додають до потоку вихлопних газів таким чином, що вони видаляють уламки та забруднення із зовнішніх поверхонь охолоджувальних трубок. У відомій посудині охолоджувальні трубки розташовані зигза гоподібним чином всередині посудини теплообмінника, таким чином, що трубки, щонайменше вздовж значної частини своєї довжини, розташовані в істотною мірою поперечній орієнтації по відношенню до напрямку навантаженого потоку очищувальних частинок вихлопних газів. Недоліком відомого способу є те, що охолоджувальні трубки піддаються високому та нерівномірному зношуванню та очищуються нерівномірно. Додатково, стінка теплообмінника піддається дії високого тиску і високої температури вихлопного газу, внаслідок чого посудина теплообмінника має товсті стінки і являє собою важку частину обладнання. Завданням даного винаходу є запропонувати систему і спосіб очищення простору між внутрішньою стінкою посудини теплообмінника та зовнішніми стінками вузла теплообмінних трубок всередині посудини, таким чином, щоб теплообмінні трубки очищувалися рівномірно, а високе та нерівномірне зношування зовнішніх стінок вузла теплообмінних трубок гальмувалося. У відповідності до винаходу пропонується теплообмінна посудина, яка включає зовнішній корпус, в якому розміщений вузол теплообмінних трубок, причому вузол теплообмінних трубок з'єднаний з вхідним отвором та вихідним отвором 5 для першого потоку текучого середовища, та зовнішній корпус включає як мінімум один вхідний отвір та як мінімум один вихідний отвір для другого потоку текучого середовища, причому як мінімум один отвір для другого потоку текучого середовища обладнаний засобами для інжекції очищувальних частинок в простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею теплообмінної посудини, а отвір для другого потоку текучого середовища включає засоби для видалення частинок з другого потоку текучого середовища, а також для рециркуляції частинок до як мінімум одного вхідного отвору для другого текучого середовища, причому теплообмінні трубки розташовані у серединній секції посудини, що має значною мірою форму трубки, і простягаються значною мірою паралельно одна одній між двома перфорованими роздільними стінками, які розташовані поблизу кінців вказаної серединної секції у формі трубки, де вхідний отвір для другого текучого середовища відкривається у внутрішній простір серединної секції у формі трубки поблизу однієї роздільної стінки, та вихідний отвір для другого потоку текучого середовища відкривається у внутрішній отвір серединної секції у формі трубки поблизу іншої роздільної стінки. Другий потік текучого середовища може являти собою воду та очищувальні частинки можуть включати гранули, скло, метал, волокна, пластик та/або порізаний дріт. Посудина теплообмінника у відповідності до винаходу дозволяє, серед іншого, безпосереднє охолодження морської води при застосуванні для роботи під високим тиском, з використанням теплообмінній посудини, яка є компактною, має невелику масу, і в якій відкладання забруднень та/або накипу під дією нагрітого потоку морської води пригнічується таким чином, що теплообмінник не вимагає частого обслуговування та/або перевірки, і може бути встановлений під водою. Переважно, роздільник для відокремлення очищувальних частинок від води розташований поблизу вихідного отвору для другого текучого середовища, причому роздільник з'єднаний з трубопроводом рециркуляції очищувальних частинок, який з'єднаний як мінімум з одним вхідним отвором для другого текучого середовища і крізь який очищувальні частинки, що використовуються, рециркулюють від як мінімум одного вихідного отвору для текучого середовища до як мінімум одного вхідного отвору для другої текучого середовища. В такому випадку як мінімум один вхідний отвір для другого текучого середовища може бути обладнаний засобами для нагнітання води з маси води у зовнішній корпус теплообмінної посудини, і щонайменше один вихідний отвір для другого текучого середовища може бути обладнаний засобами для зливання води у вказану масу води. Зовнішній корпус може включати численні вхідні отвори для води, і щонайменше один з вказаних отворів може бути з'єднаний з насосом, крізь який води з вказаної маси води нагнітається у прості між зовнішніми стінками теплообмінних трубок і як мінімум один інший з вказаних вхідних отворів 89198 6 з'єднаний з контуром рециркуляції очищувальних частинок. Необов'язково, інжекція очищувальних частинок до другого текучого середовища здійснюється вище за течією по відношенню до теплообмінної посудини, поблизу місця надходження другого текучого середовища. Як мінімум одна розподільна пластина розташована в просторі між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок і внутрішньою поверхнею серединної секції у формі трубки теплообмінної посудини для створення рівномірно розподіленого потоку охолоджуючої води та псевдозрідженого шару очищувальних частинок по всій висоті серединної секції у формі трубки. Розподільна пластина може являти собою перфоровану пластину та/або включати ковпаки, сопла або пристрої для запобігання зворотному току частинок. Абразивні частинки в комбінації з розподільними пластинами безперервно видаляють плівковий шар і перемішують потік текучого середовища, усуваючи необхідність в глушниках, мінімізуючи загальне падіння тиску та потужність нагнітання. У відповідності до винаходу також пропонується спосіб рециркуляції очищувальних частинок в теплообмінній посудині, яка включає зовнішній корпус, в якому розміщений вузол теплообмінних трубок, причому вузол теплообмінних трубок сполучений з вхідним отвором та вихідним отвором для першого текучого середовища, а зовнішній корпус включає як мінімум один вхідний отвір та як мінімум один вихідний отвір для другого текучого середовища, де суміш другого текучого середовища та очищувальних частинок інжектується крізь щонайменше один отвір для другого текучого середовища в простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею теплообмінної посудини, та кожний вихідний отвір для другого текучого середовища включає засоби для видалення частинок з другого текучого середовища, а також для рециркуляції частинок до щонайменше одного вхідного отвору для другого текучого середовища. Причому теплообмінні трубки розташовані в серединній секції, що має істотною мірою форму трубки, посудини і простягаються істотною мірою паралельно одна одній між двома перфорованими роздільними стінками у формі диску, які розташовані поблизу кінців вказаної серединної секції у формі трубки, і суміш другого текучого середовища та очищувальних частинок інжектують у вказаний простір крізь вхідний отвір, який відкривається у внутрішній простір серединної секції у формі трубки поблизу однієї роздільної стінки та видаляють з вказаного простору крізь вихідний отвір, який відкривається у внутрішній простір серединної секції у формі трубки поблизу іншої перфорованої роздільної стінки. Переважно, щоб перше текуче середовище, яка протікає крізь внутрішній простір теплообмінних трубок, являла собою потік природного газу, а друге текуче середовище, яка протікає крізь простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішніми поверхнями серединної секції у 7 формі трубки теплообмінної посудини являла собою воду. Також переважним є, щоб статичний тиск потоку природного газу, який протікає крізь внутрішній простір теплообмінних трубок, було вищим за статичний тиск потоку води та очищувальних частинок, який протікає крізь простір між зовнішніми поверхнями теплообмінних трубок та внутрішньою поверхнею серединної секції теплообмінної посудини у формі трубки. Вказані та додаткові ознаки, варіанти та переваги теплообмінної посудини у відповідності до даного винаходу стануть зрозумілими з доданої формули винаходу, реферату і наступного детального опису, в якому зроблені посилання на додані фігури. Переважний варіант теплообмінної посудини у відповідності до винаходу буде описаний більш детально шляхом застосування прикладів з посиланням на додані фігури, де: Фіг.1 являє собою схематичну повздовжню проекції самоочисної теплообмінної посудини у відповідності до винаходу; та Фіг.2 являє собою поперечну проекцію посудини з Фіг.1, показану вздовж лінії А-А та показану в напряму стрілок. Фіг.1 показує теплообмінну посудину 1, яка має серединну секцію у формі трубки 2 і верхню та нижню секції у формі купола 3 і 4, відомі як насадки, які розділені роздільними стінками у формі диска 5 та 6. Серединна секція у формі трубки 2 включає вузол теплообмінних трубок 7, який подовжується крізь отвори 7 у роздільних стінках : та 6, що мають форму диска, таким чином, що внутрішній простір теплообмінних трубок 7 з'єднаний шляхом рідинного з'єднання для першого текучого середовища із внутрішнім простором верхньої та нижньої секцій у формі купола 3 та 4. Вхідний отвір 9 для першого текучого середовища, що може являти собою природний газ під високим тиском, що має високу температуру, або інше текуче середовище під низьким або високим тиском, розташований у верхній частині верхньої секції 3 у формі купола. Вихідний отвір 10 для першого текучого середовища розташований у нижній частині нижньої секції у формі купола 4 посудин 1. В ході роботи перше текуче середовище протікає крізь вхідний отвір 9 у внутрішній простір верхньої секції 3 посудини 1 і протікає крізь внутрішній прості вузла теплообмінних трубок 7 у внутрішній простір нижньої секції 4 посудини 1, після чого зливається крізь вихідний отвір 10. Друге текуче середовище, яка для прикладу показана у вигляді води, нагнітається з маси води 11, такої як річка, озеро, море, океан або підземного водоносного шару, та використовується як охолоджуючий агент для охолодження першого текучого середовища. Охолоджуюча вода нагнітається насосом 12, вона може бути попередньо оброблена з використанням фільтрів 21 та/або хімічної інжекції, крізь пару нижніх вхідних отворів 13, у внутрішній простір серединної секції у формі трубки 2, яка оточує теплообмінні трубки 7. 89198 8 Для гальмування відкладення забруднень у внутрішньому просторі серединної секції у формі трубки 2 в ділянку між теплообмінними трубками 7 інжектується суміш води та очищувальних частинок у внутрішній простір серединної секції у формі трубки 2 крізь пару проміжних вхідних отворів 14. Вказану суміш змішують з водою, інжектованою крізь нижні вхідні отвори 13 та примушують протікати крізь внутрішній простір серединної секції у формі трубки 2, таким чином, що очищувальні частинки протікають вздовж теплообмінних трубок 7 і, таким чином, безперервно видаляють будь-які відкладення накипу та/або інших забруднень із зовнішніх поверхонь трубок 7, а також з внутрішньої поверхні стінки серединної секції у формі трубки 2. Серія розподільних пластин потоку і частинок 22 розташована на різних рівнях у внутрішньому просторі, в тому числі одна між вхідним отвором для другого текучого середовища 13 та проміжними вхідними отворами 14 серединної секції у формі трубки 2 для створення рівномірно розподіленого потоку охолоджуючої води та псевдозрідженого шару очищувальних частинок по всій висоті серединної секції у формі трубки 2. Розподільні пластини, які також забезпечують жорсткість посудини 1 і трубок 7, можуть являти собою перфоровані пластини або включати ковпаки, сопла або пристрої для запобігання зворотному току частинок. Оскільки абразивні частинки в комбінації з розподільними пластинами безперервно видаляють плівковий шар і перемішують потік текучого середовища, усуваючи необхідність в глушниках, мінімізуючи загальне падіння тиску і потужність нагнітання. Суміш води та очищувальних частинок виливається з внутрішнього простору серединної секції у формі трубки 2 крізь пару верхніх вихідних отворів 16 та спрямовується до роздільника води/очищувальних частинок 17, в якому потік гарячої води 18 відокремлюється від потоку очищувальних частинок 19. Потік гарячої води 18 зливається в масу води 11 та потік очищувальних частинок 19 змішується з потоком холодної води 20 і нагнітається назад у внутрішній прості серединної секції у формі трубки 2 теплообмінної посудини 1 крізь проміжні вхідні отвори 14. В залежності від місцевих правил охорони навколишнього середовища, потік гарячої води 18 змішують з частиною потоку холодної води перед зливанням в масу води 11. Відхиленням керують зменшуючи потік другого текучого середовища та/або змішуючи потік холодної другого текучого середовища з частиною потоку гарячого текучого середовища 18. Очищувальна дія очищувальних частинок дозволяє нагрівання води в серединній секції у формі трубки 2 посудини 1 до набагато вищої температури, ніж в традиційних теплообмінних посудинах. У традиційних теплообмінних посудинах, відомих як прямі або непрямі модулі ТЕС морської води, які загалом використовують на кораблях, енергетичних установках та платформах у відкритому морі, зовнішня температура охолоджуючої води біля стінки теплообмінних трубок має залишатися нижчою за приблизно 50-55°С 9 для запобігання відкладення накипу та інших забруднень на теплообмінних трубках та внутрішній стінці посудини. В посудині 1 за винаходом зовнішня температура води, яка протікає вздовж зовнішньої поверхні теплообмінних трубок 7, може перевищувати 80°С, оскільки будь-які відкладення накипу будуть видалені очищувальними частинками. Збільшення припустимого значення температури води приводить до значного зменшення розміру серединної секції у формі трубки 2, відповідної довжини і маси теплообмінних трубок 7, швидкості потоку охолоджуючої води, а також необхідної потужності насоса 12, що забезпечує циркуляцію води. Гальмування відкладення забруднень значно зменшує необхідність в обслуговуванні та підвищує доступність установки. Газ під високим тиском протікає тільки у верхню і нижню частину у формі купола 3 та 4 посудини 1, а також у внутрішній простір теплообмінних трубок 7. Таким чином, тільки теплообмінні трубки 7 та верхня і нижня частини у формі купола 3 та 4 теплообмінної посудини 1 потребують великої товщини стінок і мають бути виготовлені з сталевих, титанових або інших сплавів високої міцності. Серединна секція у формі трубки 2 теплообмінника заповнена водою під низьким тиском і може мати відносно невелику товщину стінок. Застосування теплообмінної посудини 1 з серединної секцією у формі трубки 2 меншого розміру, ніж у традиційних теплообмінних посудинах, а також застосування серединної секції у формі трубки 2 з 89198 10 відносно невеликою товщиною стінок створює теплообмінну посудину 1, що має значно менший розмір та масу в порівнянні з традиційними теплообмінними посудинами. Слід розуміти, що теплообмінна посудина у відповідності до винаходу може мати потік першого текучого середовища від нижньої частини до верхньої, супутньо з другим текучим середовищем. Слід розуміти, що теплообмінна посудина у відповідності до винаходу може мати квадратну форму, яка також відома для кубів з повітряним охолодженням, замість круглої форми, і що верхня і нижня секції 2 та 4 можуть мати форму коробки замість форми купола, як показано на фігурах. Необов'язково, теплообмінна посудина у відповідності до винаходу може включати гофровану мембрану 23 для гальмування, наприклад, поширення тепла та/або напружень тиску, якщо таке відведення необхідно з механічної точки зору. Слід розуміти, що винахід може включати інжекцію очищувальних частинок в потік другого текучого середовища вище за течією по відношенню до теплообмінної посудини, біля ділянки надходження другого текучого середовища з маси постачання другого текучого середовища 11. Крім того, кількість вхідних та вихідних отворів для води 13, 14, 16 може бути збільшена для подальшого врівноваження спрямованого вгору потоку води та псевдозрідженого шару очищувальних частинок у внутрішньому просторі посудини 2. 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 89198 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601