CN105973063A - 板式换热器除垢设备与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板式换热器除垢设备，包括板式换热器本体(15)和电控装置(7)，所述板式换热器本体(15)分别与超声波发生装置(8)和气脉冲发生装置(10)相连，所述电控装置(7)与所述换能器(11)和气脉冲发生装置(10)相连。本发明能快速、彻底的除垢。

Description

板式换热器除垢设备与方法

技术领域

本发明涉及换热器，特别是一种板式换热器除垢设备与方法。

背景技术

板式换热器是近10年来迅速普及的一种高效换热装置，相比于传统管壳换热器，板式换热器主要具有传热系数高、对数平均温差大、占地面积小、重量轻、价格低、末端温差小、可实现多种介质换热和易改变换热面积或流程组合等优点，在电力、供热、化工等行业得到了广泛的应用。目前板式换热器中均存在结垢现象，结垢后造成换热设备易堵塞，耐腐蚀性差。以下因素可以造成换热器结垢：1、循环水，二次网循环水源一般为地表水或地下水：地表水的硬度一般为6mgN/L--8mgN/L，地下水的硬度一般为14mgN/L--20mgN/L。水中的钙镁重碳酸盐遇热后分解为碳酸钙沉淀物及松软无定形的氢氧化镁。这些沉淀物，其中一部分粘结在受热强度较大的换热器受热面上，形成坚硬或松软的水垢，另外一部分则悬浮在循环水中循环流动。若水循环不良，流速较低时，这些悬浮物便沉积在换热器表面上，形成二次水垢。2、杂质进入管路，施工过程中不可避免地有杂质进入管路，包括焊条残余短节和焊渣、砂、土等杂物，运行时杂质随循环水进入换热器造成堵塞。3、管道内壁生锈，形成铁锈泥造成堵塞，水中氧溶解度较高，管道内氧对金属的腐蚀呈点状、片状腐蚀。当管路运行时，铁锈随循环水进入换热器，与换热器板片表面的水垢结合，形成巧克力色的水垢片，使换热器流通截面变小。

板式换热器生成水垢后，使得传热效率下降，循环水流通面积变小，流通阻力增大，设备积垢每增加1mm,换热系数下降9--9.6％,能耗将增加10％以上，从从而导致整个系统的运行能耗大幅度增加，换热成本增大。不但给用户造成热能的浪费，影响经济效益，还给运行、维护、检修带来很多困难。缩短设备使用寿命，结垢将产生严重的垢下腐蚀，特别是氯离子对板片产生针孔状腐蚀，造成设备的腐蚀、渗漏，使换热设备使用寿命缩短，甚至导致换热器提前报废。由于板片很薄，在清洗硬垢的过程中板片易变形，密封垫圈极易损坏；为保证回装质量，必须更换，检修费用高。检修难度大费用高，目前的除垢方法是把板式换热器解体，逐片酸洗或人工清洗，除垢难度大，组装时要更换密封条及泄露的板片，组装易漏的概率大，检修费用高。目前也有采用超声波除垢的方法，但超声波振动仅能将水垢振松、振裂，振裂后的水垢体积依然较大，而板式换热器内的水路通道很窄，且板式换热器内水流较缓，这样体积较大的水垢就不能被水流带出换热器，极易堵塞板式换热器。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种换热器除垢设备。

一种板式换热器除垢设备，包括板式换热器本体15和电控装置7，所述板式换热器本体15分别与超声波发生装置8和气脉冲发生装置10相连，所述电控装置7与所述换能器11和气脉冲发生装置10相连。

可选的，还包括第一阀门12和第二阀门16，第二阀门16与所述板式换热器本体15相连，气脉冲发生装置10通过管道与所述第二阀门16相连，所述板式换热器本体15通过管道与第一阀门12相连，所述第一阀门12与缓冲扩容器13相连，所述缓冲扩容器13通过循环管9与气脉冲发生装置10相连；所述超声波发生装置8与换能器11相连；所述电控装置7分别与气脉冲发生装置10、第一阀门12、第二阀门16、超声波发生装置8相连；在所述板式换热器本体15的入口处设置有第一信号采集器3，在出口处设置有第二信号采集器14，所述第一信号采集器3和第二信号采集器14均与工控机6相连，工控机6对采集到的数据处理后发送给所述电控装置7；所述工控机6从第一信号采集器3和第二信号采集器14处获取所述板式换热器本体15的出入口温度差或压力差，当差值温度差或压力差大于一预设值时，工控机6启动气脉冲发生装置10和超声波发生装置8。所述气脉冲发生装置10由气压单元、水压单元、混合器、仪表、控制器、管阀等组成，控制器控制气压单元、水压单元按设定的程序进入混合器，形成高压脉冲水气流。所述气脉冲发生装置10启动时，工控机6通过电控装置7，将板式换热器本体15循环水进出端口电动阀门关闭，把板式换热器本体15从母管换热系统中解列，并控制第一阀门12、第二阀门16打开，同时启动气脉冲发生装置10工作，进行脉冲射流冲刷除垢。

一种板式换热器除垢方法，其特征在于，包括以下步骤，S100：在板式换热器本体15上设置超声波发生装置8和气脉冲发生装置10；S200：通过电控装置7控制所述超声波发生装置8和气脉冲发生装置10对所述板式换热器进行除垢。

可选的，还包括在所述板式换热器本体15的入口处设置第一信号采集器3，在出口处设置第二信号采集器14，所述第一信号采集器3和第二信号采集器14均与工控机6相连，所述工控机6对采集到的数据处理后发送给所述电控装置7。还包括所述工控机6从第一信号采集器3和第二信号采集器14处获取所述热器本体15的出入口温度差或压力差，当差值温度差或压力差大于一预设值时，工控机6启动气脉冲发生装置10和超声波发生装置8。所述气脉冲发生装置10启动时，工控机6通过电控装置7，将板式换热器本体15从母管换热系统中解列。

本发明的有益效果是：本发明通过超声波锤击和脉冲射流冲刷两种物理方法达到对硬、软垢的清除，能快速、彻底的除垢，提高了换热效率，延长了使用寿命，且不用拆开设备便可以完成除垢操作，检修方便。

附图说明

图1是本发明除垢设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

实施例1

如图1所示，一种板式换热器除垢设备，包括板式换热器本体15、超声波发生装置8、气脉冲发生装置10、电控装置7、第一阀门12、循环管9、显示操作系统1、通讯模块5、控制设备4、和缓冲扩容器13。气脉冲发生装置10通过管道与第二阀门16相连，第二阀门16与板式换热器本体15相连，换热器本体15通过管道与第一阀门12相连，第一阀门12与缓冲扩容器13相连，缓冲扩容器13通过循环管9与气脉冲发生装置10相连，气脉冲发生装置10-第二阀门16-板式换热器本体15-第一阀门12-循环管9-气脉冲发生装置10通过管道相互连接，构成了一个闭环的水、气循环通道，通过高压水汽射流的“喷溅效应”，实现对板式换热器的软垢清除。超声波发生装置8与换能器11相连，换能器11可安装于换热器的外壁上。换能器11焊接在板式换热器的外壁及进出口管道上，通过“水锤击打效应”，实现对板式换热器的硬垢清除。

在板式换热器本体15的入口处设置有第一信号采集器3，在出口处设置有第二信号采集器14，所述第一信号采集器3和第二信号采集器14将采集到的数据送入工控机6按程序发送给电控装置7，第一信号采集器3和第二信号采集器14为温度传感器和压力传感器。电控装置7还分别与气脉冲发生装置10、第一阀门12、第二阀门16和超声波发生装置8相连，实现预设值的自动除垢工作。

本实用发明中，气脉冲发生装置10和超声波发生装置8具有就地操作功能。而远程显示操作系统1和通讯模块5通过RS485总线连接，所述显示操作系统通过专用的软件开发了视窗操作系统；通过界面操作就地控制，通讯模块5将工控机6的工作状态按照需求发送至制定远程控制装置，接受远程控制信号并输入工控机6，完成远程监测操控。

所述超声波发生装置8驱动换能器11与板式换热器本体15连接在一起，所述气脉冲发生装置10通过第一阀门12与板式换热器本体15连接，超声波发生装置8、气脉冲发生装置10、工控机6、通讯模块5、电控装置7和板式换热器本体15，构成一个完整的板式换热器在线除垢装置，通过超声波发生装置8发出的超声波和气脉冲发生装置10产生的脉冲射流两种物理方法，清除板式换热器本体15中的软硬垢。换能器11连接在板式换热器本体15的出入口处，通过其发出的超声波作用在板式换热器板片上，形成“水锤击打效应”，清除板面上钙镁离子形成的硬质垢层。所述换能器11主要包括变幅器、磁致变换器、线圈、外壳及上盖、接线端子，脉冲电源通过接线端子引入磁致变换器，产生磁致伸缩效应，通过变幅器放大后，转换成超声波。所述气脉冲发生装置10由气压单元、水压单元、混合器、仪表、控制器、管阀等组成。控制器控制气压单元、水压单元按设定的程序进入混合器，形成高压脉冲水气流。

气脉冲发生装置10通过第二阀门16与板式换热器本体15连接，将混合器产生的脉冲射流导入板式换热器本体15，其高压脉冲水气流进入到板式换热器本体15中的各个板片上，板片内的水流被激发出强大的冲击波，猛烈地冲刷板壁，形成“喷溅效应”，清除板片间存留的泥砂、铁锈渣等软垢。排出的水汽流再经由第一阀门12回到缓冲扩容器13，经过滤后，通过循环管9返回气脉冲发生装置10，完成一个脉冲除垢循环。

所述显示操作系统1和通讯模块5可根据要求安装在操作室内，通过RS485总线构成通讯网络，显示操作系统1通过专用的软件开发了视窗操作系统；通讯模块5主要采集并发送工控机6工作状态、接收并输入工控机6远程控制指令，工控机6主要采集板式换热器运行参数(循环水进、出口的温度，及其他指定参数如压力、流量、循环水化学指标等)，具有显示、操作、上下限报警等功能；超声波发生装置8和气脉冲发生装置10设置自动和手动运行功能，当系统切换到自动运行时，按二种模式工作；其一：气脉冲发生装置10按设定的启动时间启动、按设定的运行时间工作；其二：系统实时采集板式换热器本体15出入口温度差、压力差，当差值大于某一预设值时，控制气脉冲发生装置10启动工作，当差值小于某一预设值时，气脉冲发生装置10停止工作。所述超声波发生装置8与板式换热器本体15设置同步运行功能，超声波发生装置8与气脉冲发生装置10设置闭锁运行功能。

所述显示操作系统1由电控装置、上位机视窗操作系统、工控机、数据采集及通讯系统等组成。视窗操作系统具有显示、操作、上下限报警等功能；操作系统设置自动和手动运行功能，当系统切换到自动运行时，一是按设定的启、停时间运行，二是按运行参数限值运行。该系统对超声波发生装置与气脉冲发生装置设置闭锁运行功能，与板式换热器设置同步运行功能。该系统通过对电动阀门的开闭，把板式换热器从母管换热系统中解列，并将气脉冲发生装置接入，实现对板式换热器的脉冲射流冲刷除垢。

气脉冲发生装置10启动时，工控机6通过电控装置7，将板式换热器本体15循环水进出端口电动阀门关闭，把板式换热器本体15从母管换热系统中解列，并控制电控阀门组12和16，打开清洗液管路阀门，同时启动气脉冲发生装置10工作，进行脉冲射流冲刷除垢。当完成预设时间的冲刷除垢后，工控机6通过电控装置7关闭气脉冲发生装置10工作，控制电控阀门组12和16关闭清洗液管路阀门，打开板式换热器本体15循环水进出端口电动阀门，使板式换热器本体15恢复正常换热工作流程。

所述显示操作系统1与通讯模块5一同安装在操作室内或其他指定地点，通过RS485总线与工控机6构成通讯网络。即可以组成独立控制网络，又可以并入其它DCS网络。工控机6配置模拟量输入、开关量输入、模拟量输出、开关量输出模块，输入输出的点数依据实际需控制点数而定；一次原件由板式换热器本体15运行参数仪表组成，主要采集循环水进、出口温度、压力、流量等运行参数，通过信号电缆接入工控机6的模拟量输入模块。开关量输入模块主要采集超声波发生装置8和气脉冲发生装置10及电控阀门组12的工作状态信号，开关量输出模块输出对超声波发生装置8和气脉冲发生装置10及电控阀门组12的启停指令，通过信号电缆接入工控机6的开关量输入、输出模块，完成除垢系统的数据采集和控制指令的发出。

控制电源4与交流电源2相连，控制电源4由空气开关、交流接触器、启动及停止按钮、指示灯、仪表、变送器、继电器、机箱等组成。主要功能一是给超声波发生装置供电，二是给气脉冲发生装置供电，三是给电动阀门供电，四是接受显示操作系统的启停控制指令。

超声波发生装置8主要包括电源模块、脉冲模块、CPU模块、功率放大模块、数据采集模块、反馈电路、显示电路、调节电路。所述调节电路独立外置，具有工作频率、功率密度调试功能；所述反馈电路是将功率放大模块的信号反馈到微处理器，进行工作状态监视和对过压、过流进行保护；所述CPU模块内置非故障自启动程序和累计工作时间显示功能；驱动换能器工作。

换能器11的除垢机理：通过“水锤击打效应”实现除垢。作用于金属表面的超声波振动产生了机械能量，迫使金属管壁、循环水同时振动，当振动倍频叠加到一定强度后，对板片形成“水锤击打效应”，破坏了水垢和板片之间的结合，导致垢层产生疲劳而开裂、松脱。超声波的声波作用于液体中时，液体内形成许多微小的气泡，形成“空化效应”，气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，影响了碳化沉积物内部之内的牢固性，破坏了碳化沉积物和金属之间的关系，因此，产生许多小裂缝。当裂纹逐渐增多后，水垢便形成沙砾状颗粒，一部分从管壁表面脱落。超声波振动使得金属、垢层与水之间产生振动，由于效应频率的不同，形成“剪切效应”，破坏了水垢和板片之间的结合，导致垢层产生疲劳而松脱。

气脉冲10的除垢机理：通过“喷溅效应”实现除垢。气脉冲发生装置在混合器内形成高压脉冲水气流，通过管道进入板式换热器内，其高压脉冲水气流作用在板片上，板片内的水流被激发出强大的冲击波，猛烈地冲刷板壁，形成“喷溅效应”，清除板片间存留的泥砂、铁锈渣等软垢。

本发明通过超声波“水锤击打效应”和气脉冲“喷溅效应”两种物理方法达到对硬、软垢的清除，通过超声波将水垢振裂后，再通过水气混合的气脉冲使得板式换热器内形成强大的水、气脉冲，在这一脉冲的作用下，水垢被冲散，冲散后的水垢被带出板式换热器，从而完成了清垢，这样就避免了单独超声波除垢所带来的堵塞问题，为板式换热器除垢，提供了一种新的方法。

实施例2

相应的本发明还提供了一种板式换热器除垢方法，包括以下步骤，S100：在板式换热器本体15上设置超声波发生装置8和气脉冲发生装置10；S200：通过电控装置7控制所述超声波发生装置8和气脉冲发生装置10对所述板式换热器进行除垢。

进一步的，还包括在所述板式换热器本体15的入口处设置第一信号采集器3，在出口处设置第二信号采集器14，所述第一信号采集器3和第二信号采集器14均与工控机6相连，所述工控机6对采集到的数据处理后发送给所述电控装置7。所述工控机6从第一信号采集器3和第二信号采集器14处获取所述换热器本体15的出入口温度差或压力差，当差值温度差或压力差大于一预设值时，工控机6启动气脉冲发生装置10和超声波发生装置8。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种板式换热器除垢设备，其特征在于，包括板式换热器本体(15)和电控装置(7)，所述板式换热器本体(15)分别与超声波发生装置(8)和气脉冲发生装置(10)相连，所述电控装置(7)与所述换能器(11)和气脉冲发生装置(10)相连。

2.根据权利要求1所述的换热器除垢设备，其特征在于，还包括第一阀门(12)和第二阀门(16)，第二阀门(16)与所述板式换热器本体(15)相连，气脉冲发生装置(10)通过管道与所述第二阀门(16)相连，所述板式换热器本体(15)通过管道与第一阀门(12)相连，所述第一阀门(12)与缓冲扩容器(13)相连，所述缓冲扩容器(13)通过循环管(9)与气脉冲发生装置(10)相连；所述超声波发生装置(8)与换能器(11)相连；所述电控装置(7)分别与气脉冲发生装置(10)、第一阀门(12)、第二阀门(16)、超声波发生装置(8)相连。

3.根据权利要求1所述的换热器除垢设备，其特征在于，在所述板式换热器本体(15)的入口处设置有第一信号采集器(3)，在出口处设置有第二信号采集器(14)，所述第一信号采集器(3)和第二信号采集器(14)均与工控机(6)相连，工控机(6)对采集到的数据处理后发送给所述电控装置(7)。

4.根据权利要求2所述的换热器除垢设备，其特征在于，所述工控机(6)从第一信号采集器(3)和第二信号采集器(14)处获取所述热器本体(15)的出入口温度差或压力差，当差值温度差或压力差大于一预设值时，工控机(6)启动气脉冲发生装置(10)和超声波发生装置(8)。

5.根据权利要求1所述的换热器除垢设备，其特征在于，所述气脉冲发生装置(10)由气压单元、水压单元、混合器、仪表、控制器、管阀等组成，控制器控制气压单元、水压单元按设定的程序进入混合器，形成高压脉冲水气流。

6.根据权利要求1所述的换热器除垢设备，其特征在于，所述气脉冲发生装置(10)启动时，工控机(6)通过电控装置(7)，将板式换热器本体(15)循环水进出端口电动阀门关闭，把板式换热器本体(15)从母管换热系统中解列，并控制第一阀门(12)、第二阀门(16)打开，同时启动气脉冲发生装置(10)工作，进行脉冲射流冲刷除垢。

7.一种板式换热器除垢方法，其特征在于，包括以下步骤，S100：在板式换热器本体(15)上设置超声波发生装置(8)和气脉冲发生装置(10)；S200：通过电控装置(7)控制所述超声波发生装置(8)和气脉冲发生装置(10)对所述板式换热器进行除垢。

8.根据权利要求7所述的板式换热器除垢方法，其特征在于，还包括在所述板式换热器本体(15)的入口处设置第一信号采集器(3)，在出口处设置第二信号采集器(14)，所述第一信号采集器(3)和第二信号采集器(14)均与工控机(6)相连，所述工控机(6)对采集到的数据处理后发送给所述电控装置(7)。

9.根据权利要求8所述的板式换热器除垢方法，其特征在于，还包括所述工控机(6)从第一信号采集器(3)和第二信号采集器(14)处获取所述板式换热器本体(15)的出入口温度差或压力差，当差值温度差或压力差大于一预设值时，工控机(6)启动气脉冲发生装置(10)和超声波发生装置(8)。

10.根据权利要求7所述的板式换热器除垢方法，其特征在于，所述气脉冲发生装置(10)启动时，工控机(6)通过电控装置(7)，将板式换热器本体(15)从母管换热系统中解列。