CN102564212B - 一种防止盐堵塞换热器管程的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防止盐堵塞换热器管程的方法，其中换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程，所述物料包含盐和水，当所述物料在所述换热器管程内受热而由水的亚临界状态向水的超临界状态转变时，所述盐从所述物料中析出，措施是每隔一定时间改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。

Description

一种防止盐堵塞换热器管程的方法

发明领域

本发明涉及防止物料堵塞管路的方法，更具体地，涉及一种防止盐堵塞换热器管程的方法。 

背景技术

在以超临界水对煤进行气化的工艺中，常常需要将处于水的亚临界状态的包含盐(该盐可来自盐类催化剂以及煤等含碳物质中所含的溶于水的盐类物质)和水的物料预热至水的超临界状态后再通入反应器中以与煤等含碳物质进行气化反应。这种预热一般在换热器中进行。所使用的换热器可以是任何通过固体壁使冷热流体间接换热的换热器，例如列管式换热器、翅片式换热器，等等。这类换热器可具有管程和壳程，冷热流体各走一程。所述管程和壳程均可以是单程的或多程的。这类换热器包括至少一根、优选很多根并行排列的管道，以及包围这些管道的外壳。其中一股物流从这些管道中流过，管道内的空间可被称为管程，而另一股物流从这些管道与外壳之间的空间(该空间被称为壳程)流过，两股物流通过管道壁进行换热。在使用换热器将包含煤和盐的物料预热至水的超临界状态的过程中，由于该物料从换热器管程内流过且边流动边被换热器壳程中的加热介质所加热，故物料在管程内的某个位置处会发生从水的亚临界状态向水的超临界状态的转变，由于盐易溶于亚临界水而难溶于超临界水，故溶于水的盐类物质会快速从物料中析出。这类盐析出的现象在整个工艺中的其它较粗的管路中不会造成太大问题，但为了提高换热器的换热效率，换热器管程所使用的管道通常是很多并行的较细的管道，而物料在换热器管程中的某一位置持续析出的盐必定会堵塞换热器管程，这是困扰本领域的巨大难题。为了解决这个技术问题，专利JP02806085公开了使用由气缸和与该气缸匹配的活塞组成的反应器，使活塞在气缸内反复运动，通过控制反应器内的压力来实现流体的亚临界状态向超临界状态的转变，进而周期性地使物料完成反应，使析出的盐能够得到及时的清理；专利CN101698517公开了一种具有堵塞清理功能的超临界水处理系统及其堵塞的清理方法，其利用了原有的超临界水处理系统的主体设备，通过添加压差变送器和阀门，实现管路堵塞后用外加的水对管路进行冲洗，进而达到清理堵塞物的目的，解决了堵塞的问题。可见，现有技术提供的均是在上述管路堵塞后，如何清理堵塞物的技术方案，并且需要将反应系统停止来清理堵塞物，这迫使反应不能连续进行。

发明概述

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防止盐堵塞换热器管程的方法，其中，换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程，所述物料包含盐和水，当所述物料在所述换热器管程内受热而由水的亚临界状态向水的超临界状态转变时，所述盐从所述物料中析出，其特征在于： 

每隔一定时间改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。 

附图简述

图1是本发明的一种实施方案的示意图。

图2是本发明的另一种实施方案的示意图。 

附图仅仅是说明性的，不打算以任何方式限制本发明的范围。 

发明详述

本发明中的物料包含盐和水，还优选包含煤粉。其中所述盐包括碱金属盐或碱土金属盐。所述物料由换热器的上游设备供应，流经换热器后进入换热器的下游设备。除非另有单独声明，本文中所述上游和下游是以所述物料的流向为基准来确定的。其中所述上游设备可以 是泵。所述下游设备可以是反应器。本发明中的换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程。其中所述加热介质可以来自单独的加热介质供应设备，也可以是来自反应器的反应后的物料。其中所述水的亚临界状态是指：温度在100℃以上且在水的临界温度374℃以下，并且压力为仍使水处于液态的压力；所述水的超临界状态是指：温度高于水的临界温度374℃且压力高于水的临界压力22.1MPa的状态。其中所述换热器管程包括至少一根、优选很多根管道。如前所述，物料从换热器管程内流过且边流动边被换热器壳程中的加热介质所加热，故物料在管程内的某个位置处会发生从水的亚临界状态向水的超临界状态的转变，这种转变导致盐的析出，盐的持续析出必定会堵塞换热器管程。为了防止析出的盐堵塞换热器管程，本发明采取的措施是每隔一定时间改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。其中所述一定时间是常量或变量。所述一定时间还要小于且优选显著小于未采取本发明的方法时析出的盐完全堵塞换热器管程所花费的时间。在具体实践中，本领域技术人员很容易根据公知技术测得未采取本发明的方法时在所使用的具体的换热器中析出的盐完全堵塞换热器管程所花费的时间。 

可通过以下方式中的任何一种或者它们的组合来每隔一定时间改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。 

1)每隔一定时间改变所述物料进入所述换热器管程时的进口温度和/或所述物料的流量和/或加热介质的温度。 

由于物料在逐渐被加热的过程中，其密度逐渐减小，直至物料中的水转变为超临界状态。例如：当换热器管程内物料的流量和流速保持稳定的情况下，换热器管程内的物料与换热器壳程内的加热介质的温差越大，物料被升温的速度就越快，也就越快的实现了水的亚临界状态到超临界状态的转变，这种转变速度的变化体现在这一转变过程在换热器管程中位置的变化，即物料中的水越早地转变为超临界状态，则包含水的物料在换热器管程已经走过的路程就越短，距离换热器管 程的入口就越近，相反，则物料在换热器管程走过的路程就越长，距离换热器管程的入口就越远，因此，通过控制换热器管程内的物料与换热器壳程内的加热介质的温差幅度的方式，能够使得物料中溶于液态水中的盐的析出位置不固定集中在某一点(或一段)处，可使析出的盐相对分散地分散在换热器管程中并有机会被流动的物料所带走而不致于堵死管程。以上仅以换热器管程内物料的流量和流速保持稳定的情况说明了本发明的技术过程，当然，本领域的技术人员可以理解，物料进入所述换热器管程时的进口温度、所述物料的流量、加热介质的温度都是可以影响物料中的水转变为超临界状态快慢的参数，本领域的技术人员可以通过分别或组合控制上述参数来实现物料中的水在换热器管程中转变为超临界状态的位置，即盐析出的位置，进而实现本发明的目的，解决本发明所要解决的技术问题。上述参数的控制可以采用本领域技术人员公知的技术，例如改变所述物料进入所述换热器管程时的进口温度和/或所述物料的流量可通过对所述上游设备的工艺参数进行调整而实现，改变加热介质的温度可以通过调节提供加热介质的设备的工艺参数而实现。 

2)每隔一定时间改变所述物料在所述换热器管程中的流动方向。这里所谓的改变流动方向即颠倒流动方向。即原本物料从换热器管程的一端流向另一端，改变成从另一端流向所述一端。这样做的好处是不仅在于使盐的析出位置发生变化，而且还使已经析出的盐能够有机会与亚临界水接触而使其再次溶解和/或被物料所冲刷，可有效防止盐在某一点处持续析出而堵死换热器管程。 

在第2)种方式中，又可通过以下方式来改变所述物料在所述换热器管程中的流动方向，为了简化起见，参照图1以仅有一根换热管道的直管单程换热器来举例说明，其中所述物料由上游设备供应，流经换热器管程后进入下游设备，在上游设备与换热器管程的一端M之间提供第一管道P1，在换热器管程的另一端N与下游设备入口间提供第二管道P2，在第一管道P1上设有第一阀a1，在第二管道P2上设有第二阀a2；并提供第三管道P3，其一端A与第一管道P1连通且连通处A 位于上游设备与第一阀a1之间，其另一端C与第二管道P2连通且连通处位于换热器管程的另一端N与第二阀a2之间，在第三管道P3上设有第三阀b1；并提供第四管道P4，其一端B与第一管道P1连通且连通处位于第一阀a1与换热器管程的一端M之间，其另一端D与第二管道P2连通且连通处位于第二阀a2与下游设备入口之间，在第四管道P4上设有第四阀b2，其中当使物料由换热器管程的一端M流向换热器管程的另一端N时，打开第一阀a1和第二阀a2并关闭第三阀b1和第四阀b2，而当使物料由换热器管程的另一端N流向换热器管程的一端M时，打开第三阀b1和第四阀b2并关闭第一阀a1和第二阀a2。通过以上管道配置和阀的操作，可以实现换热器管程中流动方向的改变。在具体实施中，在盐的析出量尚未堵塞管程的时候，通过按照上述方式控制阀门，即可实现换热器管程中流动方向的改变，以实现本发明的目的，解决本发明所要解决的技术问题。 

所述第2)种方式中的上游设备也可以是泵，所述下游设备也可以是反应器。 

在第1)种方式或第2)种方式的优选实施方案中，所述下游设备是反应器，且用来自该反应器的反应后物料的至少一部分作为所述加热介质，这可以充分利用反应后物料的余热。所述加热介质在换热器壳程中的流动方向与所述物料在加热器管程中的流动方向之间的关系可以是顺流、逆流、折流或错流，优选逆流或错流，以提高换热效率。 

在本发明的一种优选实施方案中，以反应后物料的至少一部分来作为所述加热介质且使所述物料的流动方向与该加热介质的流动方向之间呈逆流关系，这种实施方案可通过如下管道和阀的配置来实现，参照图2仍以仅有一根换热管道的直管单程换热器来举例说明： 

在上游设备与换热器管程的一端M之间提供第一管道P1，在换热器管程的另一端N与反应器入口之间提供第二管道P2，在第一管道P1上设有第一阀a1，在第二管道P2上设有第二阀a2， 

提供管道P3，其一端A与第一管道P1连通且连通处A位于上游设备与第一阀a1之间，其另一端C与第二管道P2连通且连通处位于换 热器另一端N与第二阀a2之间，在第三管道P3上设有第三阀b1， 

提供第四管道P4，其一端B与第一管道P1连通且连通处位于第一阀a1与换热器管程的一端M之间，其另一端D与第二管道P2连通且连通处位于第二阀a2与反应器入口之间，在第四管道P4上设有第四阀b2， 

在反应器出口与换热器壳程的一端R之间提供第五管道P5，在换热器壳程的另一端S和相对于换热器壳程而言处于下游的设备之间提供第六管道P6，在第五管道P5上设有第五阀a3，在第六管道P6上设有第六阀a4， 

提供第七管道P7，其一端T与第五管道P5连通且连通处位于反应器出口与第五阀a3之间，其另一端U与第六管道P6连通且连通处位于第六阀a4与换热器壳程的另一端S之间，在第七管道P7上设有第七阀b3， 

提供第八管道P8，其一端V与第五管道P5连通且连通处位于第五阀a3与换热器壳程的一端R之间，其另一端W与第六管道P6连通且连通处位于第六阀a4与相对于换热器壳程而言处于下游的设备之间，在第八管道P8上设有第八阀b4， 

其中当使物料由换热器管程的一端M流向换热器管程的另一端N且使反应后物料从换热器壳程的一端R流向另一端S时，打开第一阀a1、第二阀a2、第五阀a3和第六阀a4并关闭第三阀b1、第四阀b2、第七阀b3和第八阀b4；而当使物料由换热器管程的另一端N流向换热器管程的一端M且使反应后物料从换热器壳程的另一端S流向换热器壳程的一端R时，打开第三阀b1、第四阀b2、第七阀b3和第八阀b4并关闭第一阀a1、第二阀a2、第五阀a3和第六阀a4。 

本领域的技术人员熟知阀的形式和作用，因此，以上所述的阀可以是任何类型的阀。 

以上仅以有一根管道的直管单程换热器来举例说明，详细介绍了本发明的优选实施方案，但本领域的技术人员可以理解，本发明的技 术方案显然也能适用于具有很多根换热管道的多程换热器，并且，在不脱离本发明权利要求书的保护范围和精神下，能够采用其他形式的换热器，例如弯管换热器，和其他能够改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置的技术方案，进而实现本发明的目的，解决本发明所要解决的技术问题。 

本发明的优点在于： 

1.无需常规的防止换热器管程堵塞方法那样要先使换热器停车或脱离上下游设备然后再通入外加清洗流体来冲洗管路以清除在换热器某处累积的盐(即离线清理)，本发明仅通过控制物料本身的性质参数和/或物料的流动方向的改变即可“防止”盐堵塞换热器，而并非待盐堵塞了管路后再解决堵塞的问题，本发明无需另用外加的清洗流体，省略了清洗堵塞系统的步骤； 

2.本发明的技术方案可在线进行，在系统设备运行时即可防止盐堵塞换热器，这确保了物料的连续运行和换热器及其上下游设备的连续运转； 

3.本发明利用经过下游设备例如反应器反应后的物料返回换热器的壳程充当加热介质，并且通过对反应后物料的温度的控制，可以实现本发明所述盐在所述换热器管程中的析出位置的改变，同时达到了系统能量的耦合利用，降低成本。 

Claims (9)

1.一种防止盐堵塞换热器管程的方法，其中，换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程，所述物料包含盐和水，当所述物料在所述换热器管程内受热而由水的亚临界状态向水的超临界状态转变时，所述盐从所述物料中析出，其特征在于：

每隔一定时间改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置；

通过每隔一定时间改变所述物料进入所述换热器管程时的进口温度和/或所述物料的流量和/或加热介质的温度来改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。

2.如权利要求1所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其特征在于：通过每隔一定时间改变所述物料在所述换热器管程中的流动方向来改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。

3.如权利要求2所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其中所述物料由上游设备供应，流经换热器管程进入下游设备，其特征在于：通过以下方式来改变所述物料在所述换热器管程中的流动方向：

在上游设备与换热器管程的一端(M)之间提供第一管道(P1)，在换热器管程的另一端(N)与下游设备入口间提供第二管道(P2)，在第一管道(P1)上设有第一阀(a1)，在第二管道(P2)上设有第二阀(a2)，

提供第三管道(P3)，其一端(A)与第一管道(P1)连通且连通处位于上游设备与第一阀(a1)之间，其另一端(C)与第二管道(P2)连通且连通处位于换热器管程的另一端(N)与第二阀(a2)之间，在第三管道(P3)上设有第三阀(b1)，

提供第四管道(P4)，其一端(B)与第一管道(P1)连通且连通处位于第一阀(a1)与换热器管程的一端(M)之间，其另一端(D)与第二管道(P2)连通且连通处位于第二阀(a2)与下游设备入口之间，在第四管道(P4)上设有第四阀(b2)，

其中当使物料由换热器管程的一端(M)流向换热器管程的另一端(N)时，打开第一阀(a1)和第二阀(a2)并关闭第三阀(b1)和第四阀(b2)，而当使物料由换热器管程的另一端(N)流向换热器管程的一端(M)时，打开第三阀(b1)和第四阀(b2)并关闭第一阀(a1)和第二阀(a2)。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其特征在于：所述下游设备是反应器，且用来自该反应器的反应后物料的至少一部分作为所述加热介质。

5.如权利要求4所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其特征在于：所述加热介质在换热器壳程中的流动方向与所述物料在加热器管程中的流动方向呈逆流或错流。

6.如权利要求5所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其特征在于：所述物料和所述换热介质通过以下方式来流动：

在上游设备与换热器管程的一端(M)之间提供第一管道(P1)，在换热器管程的另一端(N)与反应器入口之间提供第二管道(P2)，在第一管道(P1)上设有第一阀(a1)，在第二管道(P2)上设有第二阀(a2)，

提供第三管道(P3)，其一端(A)与第一管道(P1)连通且连通处位于上游设备与第一阀(a1)之间，其另一端(C)与第二管道(P2)连通且连通处位于换热器管程的另一端(N)与第二阀(a2)之间，在第三管道(P3)上设有第三阀(b1)，

提供第四管道(P4)，其一端(B)与第一管道(P1)连通且连通处位于第一阀(a1)与换热器管程的一端(M)之间，其另一端(D)与第二管道(P2)连通且连通处位于第二阀(a2)与反应器入口之间，在第四管道(P4)上设有第四阀(b2)，

在反应器出口与换热器壳程的一端(R)之间提供第五管道(P5)，在换热器壳程的另一端(S)和相对于换热器壳程而言处于下游的设备之间提供第六管道(P6)，在第五管道(P5)上设有第五阀(a3)，在第六管道(P6)上设有第六阀(a4)，提供第七管道(P7)，其一端(T)与第五管道(P5)连通且连通处位于反应器出口与第五阀(a3)之间，其另一端(U)与第六管道(P6)连通且连通处位于第六阀(a4)与换热器壳程的另一端(S)之间，在第七管道(P7)上设有第七阀(b3)，

提供第八管道(P8)，其一端(V)与第五管道(P5)连通且连通处位于第五阀(a3)与换热器壳程的一端(R)之间，其另一端(W)与第六管道(P6)连通且连通处位于第六阀(a4)与相对于换热器壳程而言处于下游的设备之间，在第八管道(P8)上设有第八阀(b4)，

其中当使物料由换热器管程的一端(M)流向换热器管程的另一端(N)且使反应后物料从换热器壳程的一端(R)流向另一端(S)时，打开第一阀(a1)、第二阀(a2)、第五阀(a3)和第六阀(a4)并关闭第三阀(b1)、第四阀(b2)、第七阀(b3)和第八阀(b4)；而当使物料由换热器管程的另一端(N)流向换热器管程的一端(M)且使反应后物料从换热器壳程的另一端(S)流向换热器壳程的一端(R)时，打开第三阀(b1)、第四阀(b2)、第七阀(b3)和第八阀(b4)并关闭第一阀(a1)、第二阀(a2)、第五阀(a3)和第六阀(a4)。

7.如权利要求1所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其特征在于：所述一定时间为常量或变量。

8.如权利要求1所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其中所述水的亚临界状态是指：温度在100℃以上且在水的临界温度374℃以下，并且压力为仍使水处于液态的压力；所述水的超临界状态是指：温度高于水的临界温度374℃且压力高于水的临界压力22.1MPa的状态。

9.如权利要求1所述的防止盐堵塞换热器管程的方法，其特征在于：所述盐为碱金属盐或碱土金属盐。