CN1021080C - 流体环流管清洗方法和装置及其在热交换器管道中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一项内有流体环流的管道10内部连续清洗方法，按照此方法借助于所述流体驱动一可动部件11使其在此管内持久地转动，可动部件的一端通过机械连接1、5被挂接于管子的一端，使可动部件本身环绕管子轴线而自由转动。按照本发明，所述可动部件包括至少一条用于刮铲管子内表面的尖棱，尖棱是这样布置的，即，在可动部件旋转过程中，按照管子的整个横截面，尖棱构成了可动部件的最远离管子轴线的部分。

Description

本发明涉及一项内有流体环流的管道的清洗方法和装置。它还涉及该方法和该装置在热交换器管道中的应用。

大家知道，在流体中的悬浮物以及溶解物，尤其是水溶液中的碳酸钙或烃类热裂解时形成的焦碳，都具有在这些流体流经的管道内壁上沉积下来的倾向。对于热交换器的管道来说更是这样，如果不设法减慢积垢或不清除积垢的话，则热交换器的效率将很快减弱。

当然，我们可以对这些管道间歇地进行清洗，但这需要让热交换器停止运行，至少要拆卸那些机构的一部分，并在管道清洗之后重新装配，所有操作是花费时间和费用昂贵的。

这种类型的装置（被布置在热交换器管道内部）在以往的技术领域中为人们所熟悉的，作为备忘可列举如1928年3月1日Paul    CIMBOLEK名下的德国专利No.457572，它描述了一种金属螺旋弹簧型的可动部件，该可动部件则借助于准许其旋转的机械连接而固定住。

这就是为什么，在实践中人们优选把可动部件布置在这些管道内部，例如采用螺旋状外形，可动部件经流体驱动而旋转，可动部件与管道的内壁接触或不接触，通过其运动保证积垢的防治和/或清洗积垢，并改善了热传递。

在法国专利No.2569829的前一份申请中，申请公司（当时称法国精炼公司）曾为此推荐一种用于安装在热交换器管道内部的机 械装置，以防止管道积垢和改善热传递。这种装置至少包括一个可动部件和至少一个此可动部件的钩挂系统，以及其特征在于：可动部件是不变形的，且具有一种结构使可动件借助于在热交换器所述管道内环流的流体产生持续旋转，同时，钩挂系统包含一种机械连接，允许可动部件本身环绕热交换器管道的轴线作自由转动。

此装置的可动部件可具有螺旋状外形，且包含例如按此外形卷绕的金属丝。允许可动部件本身自由转动的各种机械接头都在此专利的申请书中作了描述。

另一方面，使这种可动部件保持定位的其它装置已描述在法国专利No.2612267的申请中（同样是在法国精炼公司名下，即授权的申请公司）。此专利申请更明确地涉及把可动部件一端保持定位的装置，可动部件借助于流体作用的驱动而在管道内部旋转，其特征在于：一方面，它包括一种形成轴承的机构即由适于弹性形变的刚性材料制成的整体轴承，包含至少两个距离隔开的分支，以便能用力地将分支推入所述管道的一个开口端从而弹性地支靠在管道的内壁，以使形成轴承的所述机构与所述管道作刚性连接;另一方面，它包括一个按照管道的端轴线相对于轴承作旋转安装的轴颈，且适宜于与被带动旋转的部件相连接。

配备有这种保持定位装置的热交换器管道清洗系统在下列情况下显得特别有效，即，在管道内环流的流体含有液态烃，它们引起相对大量的积垢，但硬度较弱，且其对管壁的粘附力是不太高的。

然而，在许多热交换器中，人们使用流体，它们会在管道内部引起沉积却是硬得多的，且牢固地粘附在管壁上。特别是，最常用的流体，即水的情况就是如此，它引起水垢沉积，水垢主要由碳酸钙所构成。

由本专利申请人用已知的管道清洗装置（例如上述的清洗装置）所进行的试验表明，它们不能用于在管道内环流的流体是载有碳酸 盐的水的场合下。实际上，配备在这些装置中的可动部件具有与沉积在管壁上水垢接触时静止不动的倾向，于是它丧失了全部效率。当可动部件不再由水驱动旋转的条件下，水垢继续沉积在管道的内壁上，其热传递特性于是很快劣化，因而必须定期地拆卸以便进行管道清洗。

因此，本专利申请人致力于研究对先前推荐的装置进行改型，以便使它们当流体在管道中环流产生水垢时也适宜于防止热交换器管道的积垢。

于是，本发明的第一个目的是推荐一项方法和装置适于防止热交换器管道和积垢，在这种热交换器中环流着一种易于在管内壁上沉积水垢或沉积一种牢固地粘附在管壁上的硬性物质的流体，以及从而免除为清洗管道而定期地拆卸管束。

本发明的另一目的是推荐一项方法和此类型的装置，利用在管道中环流的流体驱动而使在管道内部的可动部件旋转，以致于当可动部件接触水垢或管道内壁上形成的其他沉积物时可动部件无静止不动之忧。

本发明的又一目的是推荐一项方法和此类型的装置以改善热传递。

为此，本发明的内容是关于一种流体在管道中循环流动时连续清洗管道内部的方法，按照此方法，我们借助于所述流体带动在管道内的一个个可动部件而使之持续旋转，该可动部件的一端通过机械连接被钩挂于管道一端，使可动部件本身环绕管道轴线作自由转动，此方法特征在于：所述可动部件包括至少一条用于刮铲管道内表面的尖棱，尖棱是这样布置的，即，在可动部件旋转过程中，它按管道整个横断面构成可动部件的最远离管道轴线的部分。

本发明的内容同样是关于一种流体在管道中环流的连续清洗管道的装置，包括一个可动部件，其形状是这样的，即，它能由流体 驱动而旋转，以及一种机械连接，让此可动部件的一端钩挂于管道的一端，以便使可动部件本身环绕管道轴线作自由转动，此装置的特征在于：可动部件包含至少一条尖棱，用于刮铲管道内表面，尖棱是这样布置的，即，在可动部件旋转过程中，它按管道的整个横断面构成可动部件的最远离管道轴线的部分。

本专利申请人事实上已确立：借助于可动部件的尖棱（一条或多条）来连续刮铲管道内壁可以防止水垢或其它硬性物质在此内壁上沉积，以及在这样的沉积已发生情况下，从内壁上把它剥离，并通过流体的带动清除之。“尖棱”在本申请书中是指可动部件的多边形截面的一个凸角。

如在上述专利申请中所描述，该装置的可动部件有利地是由一种按螺旋状外形卷绕的连续纵向机构所构成，以及按照本发明，它具有一个横截面，此横截面至少布置一条用于刮铲管道内表面的棱边。此截面可以是多边形的，例如三角形的、矩形的、梯形的，或其它。

一种实施的优选形式（因为简单）是由薄金属带构成的，也就是说具有扁平的矩形截面，并按螺旋状外形卷绕。另一优选的实施形式（因为商业上可用的）是由金属半环形件所构成的，也就是说具有半圆截面的外形或具有圆弧形状，且按螺旋状外形卷绕。

实施本发明的这些方式当然不具有限制的性质。

装置的机械连接可以是上述专利申请中所描述的类型或所有其它类型，法国No.2612267申请的系统是较佳的。

本专利申请人还确立了（如在本说明书中将引用的实例）：以上所定义的装置不仅可防止或减少它所装备的管道内表面上的沉积，而且在这些管道被用于热交换器中的场合，它显著地提高了传热，鉴于该装置给予在管道中环流的流体以运动，以及在内壁上液体薄膜的不断更新，通过内壁进行热传递。

所以，本发明的内容还涉及以上所定义的方法和装置在热交换器管道中的应用。

实施本发明的各种方式将作为例子参照附图在下文中予以描述。

在这些图纸上：

图1是配备有按照本发明的清洗装置的热交换器管道的剖视图;

图2是图1的清洗装置的分解透视图;

图3是按照图1线Ⅲ-Ⅲ的剖面图;

图4是图1装置的可动部件的较大比例尺横剖面图;

图5和6是类似于图4的剖面图，显示可动部件的横截面的变体。

呈现在图1和2上的装置包括：

-一方面，一种形成轴承的机构1，具截面显然呈U形，其两个分支2从基座3辐散，并通过销子4延长，以便能用力将两个分支插入热交换器的管道10中，

-另一方面，一种轴颈5，包含一个半-半球形侧面的头部6和一根插入轴承1基座3的孔8中的杆7，杆的一端弯曲成钩9的形状;

-最后，外形呈螺旋状的可动部件11被安置在管道10内，可动部件由于环流在管中的流体的驱动而旋转以保证内表面的连续清洗。可动部件11的一端12，呈环形，被挂接在杆7的呈钩9形状的弯曲部分。

因此机构1对于轴颈5和可动部件11形成了一种轴承，它们能在环流于管道10内流体外力的作用下自由地旋转。可能地，在轴颈5的头部6和轴承1的基座3之间插入一块减磨垫圈16。

按照本发明，在此实施方式中，可动部件11是由一种不厚的金 属带所构成的，金属带具矩形截面（见图3和4），它至少有一条棱13是始终地布置在管道10的内表面附近，以便保证连续地清洗此表面。可动部件的扁平形状使可动部件易于被在管道10中环流的流体带动而旋转，以及，最远离管道轴线，也就是最接近管道内壁的棱13，使最接近内壁的棱被有规律地带动而旋转，它保证了通过刮铲和通过流体的紊流而清洗管道。

如我们在图5上所看到的，可动部件11还可以具有梯形截面，其布置在管道内表面近旁的棱14保证了对内壁的良好刮铲以及其流线型形状便于通过环流在管道内的流体驱动而旋转。

另一方面，可动部件11也可具有半环形截面，其一条棱15是邻接于管道的内表面。这样的金属半环形件在工业上是可用的，而且易于在此形式下实现可动部件。

自然，可动部件可具有与螺旋线不同的外形以及具有例如在专利No.2569828申请中所描述的形式之一，只要它具有一条棱是始终地被布置在配备有按照本发明的装置的管道的内表面的邻近。

当然，本发明适用于连续清洗管道，在这些管道中环流的流体不是含有溶解物的水，而是例如含有悬浮物（如铁氧体）的水，或以尿素为主要成分的液体混合物，它们能导致极坚硬沉积的生成，以及烃类;本发明也适用于可能是多相的混合物。

本专利申请人未曾精确地确定本发明目标装置的工作方式，但据估计（然而这丝毫不暗示对本发明范围的任何限制）当可动部件旋转时，管道的内表面受尖棱（一条或多条）的扇形面刮铲，而尖棱保证了可动部件和管道之间动态接触。水垢或硬性物质产生的沉积由于此刮铲而从内壁上剥离，并通过流体的流动而清除，从而不能发展。本专利申请人已确立（出人意外）：按照本发明的装置不仅防止或减少在热交换器管道内部固体物质的沉积，而且同时还产生热传递的显著改善。这就是由以下实例对于本发明的方法和装置所具有的 其他优点特别得出的结论。

实例1

在一根长度为0.8米和内径为15毫米的管道中，我们采用作为本发明装置的可动部件是一种矩形（2.5毫米×1毫米）截面的弹簧钢带，卷绕成有规则的螺旋线，以致其矩形截面的小边是径向地被布置在管道内。

螺旋圈的外径为10毫米，节距为17毫米。

我们采用在图2上所示类型的系统作为带的固定手段。

使会产生水垢的水作为在管道内环流的流体，流量为0.5立方米/小时，该管道配备或不配备按照本发明的清洗装置。

我们进行了以下验证：经3星期运转后，未配备清洗装置的管道内壁覆盖着一层平均厚度约为1毫米的水垢。相反地，配备有清洗装置的一根管道内壁，在同样条件下和同一运转周期后，覆盖着一层厚度低于0.2毫米的水垢。

实例2

在一根长度为6米和内径为15毫米的管道内，我们布置了具有在例1中同样特征的可动部件。

使在管道内环流一种石油产品（煤油），流速为1米/秒。

在管道的外部，在与管道同轴的双层管套内，使环流一种载热流体，以便透过管壁与载热流体进行热交换而升高煤油的温度。

在同样的条件下，通过测定管道进口处煤油的温度（T₁）和管道出口处煤油的温度（T₂），我们得到以下结果：

-一配备有清洗装置的管道 T＝T₂-T₁＝31.4℃

-一未配备清洗装置的管道 T＝T₂-T₁＝27.8℃

这些结果对应于总传热系数的提高为19%以及对应于内传递系数的提高约为100%。

Claims (7)

1、内有流体环流的管道10连续清洗装置，包括一个可动部件11，其形状使它能由流体带动而旋转，以及一种机械连接1、5，让此可动部件的一端12挂接于管子的一端，使可动部件本身环绕轴线而自由转动，此装置的特征在于：可动部件11包括至少一条用于刮铲管子内表面的尖棱13，尖棱是这样布置的，即，在可动部件旋转过程中，按照管子的整个横截面，尖棱构成了可动部件的最远离管子轴线的部分。

2、按照权利要求1的装置，其特征在于：所述可动部11具有螺旋状外形。

3、按照权利要求1的装置，其特征在于：所述可动部件11具有一矩形横截面。

4、按照权利要求3的装置，其特征在于：所述可动部件11是由一种卷绕成螺旋线的扁平金属带所构成。

5、按照权利要求4的装置，其特征在于：扁平带条的卷绕方式使其横截面的小边之一是径向地取向。

6、按照权利要求1或2装置，其特征在于：所述可动部件11具有一梯形截面。

7、按照权利要求1或2装置，其特征在于：所述可动部件11具有半圆形的截面或呈圆弧形截面。

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