CN109406328B - 悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，主要解决流化床换热器列管内颗粒分布测定的技术问题。本发明通过采用一种包括待测列管1，测量管2，搅拌桨3，套筒4，套筒小孔5，颗粒槽6，进口管7，大滤网8，出口管9，泵B10，液相槽11，泵A12，下管箱13，固体单向阀14，小滤网15，套筒4连接换热器，正中安装搅拌桨3的测量管2穿过套筒小孔5和待测列管1连接，进口管7伸入安装在颗粒槽6内的大滤网8以下并连接套筒4，出口管9从大滤网8以上引出并连接泵B10，泵B10经液相槽11泵A12后连接下管箱13的技术方案较好地解决了上述技术问题，可用于测定流化床换热器列管内颗粒分布。

Description

悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置
技术领域
本发明属于化工领域，具体的，属于化工换热设备长周期运行领域，涉及一种悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，广泛应用于采用悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布。
背景技术
换热器在石油、化工、能源等行业被广泛使用。然而随着使用时间增加，换热器内不可避免存在污垢粘附现象，从而导致换热器换热效率降低，阻力增加，影响换热器正常运行。
流化床换热器通过引入惰性固体颗粒，利用固体颗粒的流化和冲刷，起到及时防除垢和强化传热的作用。流化床换热器用以替换传统换热器，可以提高换热器换热效果，有效延长装置运行时间。
颗粒在列管中均匀分布是流化床换热器能否具有显著防除垢能力和强化传热效果的关键。文献CN201310009661.6公开了一种颗粒分布和直径的测量装置，利用高速摄影获得图像，通过计算机分析图像来计算颗粒分布；文献CN201610542177.3公开了一种测量叶轮内颗粒运动轨迹和分布的装置，同样采用摄像法通过计算机图像处理软件来计算获得颗粒分布；文献CN201380019506.0公开了一种受控条件下分配颗粒的装置，通过一整套自动化设备实现颗粒分布均匀；文献20120703459.4公开了一种用于测定水中杂质颗粒分布的测试装置。
采用摄像法测定颗粒分布，多次试验重复性差。上述装置操作复杂，同时需要外置设备，增加额外投资成本和维护成本的同时，还需要繁琐的后处理来计算颗粒分布。称重法测定颗粒分布是最简单准确，且多次测定重复性良好的颗粒分布测定方法，却受到流化床换热器装置条件和液流方向的限制，使之具体实施并不十分顺畅。
开发一种可采用称重方法来测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，有助于更准确的测定流化床换热器列管内颗粒分布。
本发明提供一种悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置。该装置利用测量管2扩径使待测列管1中颗粒在测量管2内悬浮，以此将需要测量部分的颗粒和不需测量部分的颗粒分离，从而可以采用称重方法来准确测定颗粒分布，有针对性的解决了上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中难以用称重法来测定流化床换热器列管内颗粒分布的问题，提供一种采用悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置。该装置通过设置测量管2，利用扩径后液相流速改变，使待测列管1中颗粒在测量管2内悬浮，以此和无需测量的颗粒分离，从而实现用称重法测定流化床换热器列管内颗粒分布，该装置具有准确，多次测量重复性好的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种采用悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，该装置由待测列管1、测量管2、搅拌桨3、套筒4、套筒小孔5、颗粒槽6、进口管7、大滤网8、出口管9、泵B10、液相槽11、泵A12、下管箱13、固体单向阀14、小滤网15组成，其中套筒4连接换热器，搅拌桨3安装在测量管2顶部正中位置，测量管2穿过套筒小孔5和待测列管1连接，大滤网8安装在颗粒槽6内，进口管7一端连接套筒4，另一端伸入大滤网8以下，出口管9从大滤网8以上引出并连接泵B10，泵B10连接液相槽11，液相槽11连接泵A12，泵A12连接下管箱13。
上述技术方案中，所述测量管2为下端小口开口，上端大口封闭的喇叭型管。小口管径和待测列管1管径相同，小口和待测列管1连接，大口管径大于使所用颗粒有效悬浮的计算通径。测量管2变径段高度为待测列管1长度的0.5-1倍。
上述技术方案中，所述搅拌桨3长度大于等于测量管2变径段高度。搅拌桨3的作用是防止颗粒架桥。
上述技术方案中，所述套筒4为下口开口，上口封闭的圆柱形筒。套筒4筒径和换热器筒径相同，通过法兰和换热器连接。套筒4筒高大于等于30mm。套筒4上口开一个孔，开孔位置为每一处换热器水平截面列管排布各圆心等径处开同心圆孔，开孔孔径和测量管2小口外径相同。
上述技术方案中，所述颗粒槽6内距离底面高度大于等于3/4颗粒槽6高度处安装大滤网8，大滤网8平均孔径小于等于1.5mm。
上述技术方案中，所述进口管7伸入大滤网8以下，其上装有固体单向阀14。
上述技术方案中，所述出口管9从大滤网8以上引出，其上装有小滤网15，小滤网15平均孔径小于等于1.5mm。
上述技术方案中，所述下管箱13下口为圆锥面，圆锥锥度范围为0.5～0.8。下管箱13内可安装不同型式的颗粒分布结构，分布器型式可选为多孔板、挡板、分布盘、旋流器、旋叶型中的一种或多种。为解决上述技术问题，采用一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法。
上述方法中，先卸下测量管2和套筒4，从待测列管1中加入固体颗粒；然后安装开口位置和待测列管1位置一致的套筒4和测量管2；接着开启泵A12经待测列管1的颗粒在测量管2中悬浮；再开启泵B10液相经出口管9回入液相槽11，其余颗粒经进口管7进入颗粒槽6；等颗粒排净后，依次关闭泵B10、泵A12，测量管2中颗粒回落至下管箱13，排出后称重计量；最后在相同条件下重新测定其他待测列管1中固体颗粒重量从而计算分布。
上述方法中，颗粒选用堆密度大于液相密度，且不与使用场合系统内介质发生反应的惰性颗粒，平均粒径2mm～5mm，加入量5～20kg。液相粘度范围在0.001～0.01Pa·S，流速1m/s～4m/s。
本发明的技术方案及方法中，以每个单管中颗粒重量百分比来计算流化床换热器列管内颗粒分布。
上述技术方案中，以分布标准差作为判断分布好坏的标准。本发明的技术方案及方法中，计算颗粒分布时由内到外标记列管。
现有技术中，采用照相法测定固体颗粒分布，相同条件下多次试验的重复性差。
采用本发明的技术方案，通过采用一种由待测列管1、测量管2、搅拌桨3、套筒4、套筒小孔5、颗粒槽6、进口管7、大滤网8、出口管9、泵B10、液相槽11、泵A12、下管箱13、固体单向阀14、小滤网15组成的采用悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置取得了如实施例所示的较好技术效果，分布测定结果准确，相同条件下多次测量重复性好。
附图说明
图1为本发明所述悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置流程示意图。
图2为本发明所述流化床换热器二层7根列管的排布示意图。
图3为本发明所述流化床换热器三层19根列管的排布示意图。
图1中，1为待测列管；2为测量管；3为搅拌桨；4为套筒；5为套筒小孔；6为颗粒槽；7为进口管；8为大滤网；9为出口管；10为泵B；11为液相槽；12为泵A；13为下管箱；14为固体单向阀；15为小滤网。
套筒4连接换热器，搅拌桨3安装在测量管2顶部正中位置，测量管2穿过套筒小孔5和待测列管1依靠螺纹连接，大滤网8安装在颗粒槽6内，进口管7一端连接套筒4，另一端伸入大滤网8以下，出口管9从大滤网8以上引出并连接泵B10，泵B10连接液相槽11，液相槽11连接泵A12，泵A12连接下管箱13。
颗粒加入下管箱13后，由液相带动其从下往上进入各列管，待测列管1中的颗粒在测量管2中悬浮，其余颗粒进入颗粒槽6收集回用，液相经液相槽11回用；测量管2中颗粒回落后称重以计算分布。
下面通过实施例和对比例对本发明作进一步阐述，但本发明的方法并不仅限于此。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明的方法。
【实施例1】
采用图1所示悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，该装置换热器筒径250mm，内设2层共7根换热列管，中心一层1根，周边第二层6根，呈正三角形排列，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm。测量管小口内径19mm，大口管径400mm，变径段高度500mm。套筒筒径400mm，筒高30mm。套筒采用两种型式，一种为中心开孔，另一种为第二层列管截面圆心同心圆处开孔，开孔孔径19mm。颗粒槽高度3/4处安装大滤网，大滤网孔眼1.5mm。小滤网孔眼1.5mm。下管箱锥度0.5，不装分布器。固体颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量为5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。该条件下分10次进行换热器列管内颗粒分布测定，第一次测定的结果见表2，10次测定的标准差列于表4。
【实施例2～12】
采用和实施例1相同的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，该装置换热器筒径250mm，内设2层共7根换热列管，中心一层1根，周边第二层6根，呈正三角形排列，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm。测量管小口内径19mm，大口管径400mm。套筒筒径400mm。套筒采用两种型式，一种为中心开孔，另一种为第二层列管截面圆心同心圆处开孔，开孔孔径19mm。大滤网孔眼1.5mm。小滤网孔眼1.5mm。改变测量管变径段高度(测高)，套筒筒高(筒高)30mm，大滤网安装位置占颗粒槽高度的比(网高)，下管箱锥度(锥度)，下管箱分布器型式(分布器)，固体颗粒类型(颗粒)，固体颗粒粒径(粒径)，固体颗粒加入量(加入量)，液相粘度(粘度)，液相流速(流速)。具体条件列于表1。上述条件下进行换热器列管内颗粒分布测定，结果列于表2。
表1
Figure BDA0001381148560000051
表2
Figure BDA0001381148560000052
【实施例13】
采用和实施例1相同的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，该装置换热器筒径400mm，内设3层共19根换热列管，中心一层1根，周边第二层6根，最外围第三层12根，呈正三角形排列，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm。测量管小口内径19mm，大口管径400mm，变径段高度500mm。套筒筒径400mm，筒高30mm。套筒采用三种型式，一种为中心开孔，第二种为第二层列管截面圆心同心圆处开孔，另一种为第三层列管截面圆心同心圆处开孔，开孔孔径19mm。颗粒槽高度3/4处安装大滤网，大滤网孔眼1.5mm。小滤网孔眼1.5mm。下管箱锥度0.5，不装分布器。固体颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量为5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。该条件下分5次进行换热器列管内颗粒分布测定，第一次结果见表3，5次测定的标准差列于表4。
表3
列管 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
重量百分比/％ 7.5 6.0 6.1 6.4 6.2 6.4 6.2 4.6 4.6 4.5
列管 11 12 13 14 15 16 17 18 19 标准差
重量百分比/％ 4.8 4.4 4.5 4.4 4.7 4.7 4.8 4.6 4.6 0.945
表4
Figure BDA0001381148560000061
【对比例1】
采用和实施例1-相同的流化床换热器列管内颗粒分布测定装置，该装置没有测量管和搅拌桨，套筒不开孔。利用CDD相机拍照，将图片信号去阀值，利用计数软件计数，将颗粒个数分布换算成重量分布，以此方法测定该装置换热器列管内颗粒分布。该装置换热器筒径250mm，内设2层共7根换热列管，中心一层1根，周边第二层6根，呈正三角形排列，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm。套筒筒径400mm，筒高30mm。颗粒槽高度3/4处安装大滤网，大滤网孔眼1.5mm。小滤网孔眼1.5mm。下管箱锥度0.5，不装分布器。固体颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量为5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。该条件下分10次进行换热器列管内颗粒分布测定，第一次结果见表5，10次测定标准差列于表7。
表5
Figure BDA0001381148560000071
【对比例2】
采用和实施例13相同的流化床换热器列管内颗粒分布测定装置，该装置没有测量管和搅拌桨，套筒不开孔。利用CDD相机拍照，将图片信号去阀值，利用计数软件计数，将颗粒个数分布换算成重量分布，以此方法测定该装置换热器列管内颗粒分布。该装置换热器筒径400mm，内设3层共19根换热列管，中心一层1根，周边第二层6根，最外围第三层12根，呈正三角形排列，每根管长1000mm，管径为Φ22×1.5mm。套筒筒径400mm，筒高30mm。颗粒槽高度3/4处安装大滤网，大滤网孔眼1.5mm。小滤网孔眼1.5mm。下管箱锥度0.5，不装分布器。固体颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量为5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。该条件下分5次进行换热器列管内颗粒分布测定，第一次测定结果见表6，5次测定的标准差列于表7。
表6
列管 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
重量百分比/％ 9.4 6.3 6.7 6.9 6.5 6.1 6.5 4.4 4.4 4.5
列管 11 12 13 14 15 16 17 18 19 标准差
重量百分比/％ 4.4 4.1 4.3 4.4 4.0 4.5 4.3 4.3 4.0 1.456
表7
Figure BDA0001381148560000072
由以上对比例1，对比例2和实施例1，实施例13的对比可见：相同条件下，采用悬浮法测定流化床换热器颗粒分布，5次测定结果分布标准差的相对误差最大值为12.4％，10次测定结果分布标准差的相对误差最大值为11.5％，采用摄像法测定流化床换热器颗粒分布，5次测定结果分布标准差的相对误差最大值为33.5％，10次测定结果分布标准差的相对误差最大值为19.3％。这说明采用悬浮法测定流化床换热器颗粒分布的试验结果重复性更好。

Claims (9)

1.一种悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，该装置由待测列管（1）、测量管（2）、搅拌桨（3）、套筒（4）、套筒小孔（5）、颗粒槽（6）、进口管（7）、大滤网（8）、出口管（9）、泵B（10）、液相槽（11）、泵A（12）、下管箱（13）、固体单向阀（14）、小滤网（15）组成，其中套筒（4）连接换热器，搅拌桨（3）安装在测量管（2）顶部正中位置，测量管（2）穿过套筒小孔（5）和待测列管（1）连接，大滤网（8）安装在颗粒槽（6）内，进口管（7）一端连接套筒（4），另一端伸入大滤网（8）以下，出口管（9）从大滤网（8）上引出并连接泵B（10），泵B（10）连接液相槽（11），液相槽（11）连接泵A（12），泵A（12）连接下管箱（13）；
其中，所述测量管（2）为下端小口开口，上端大口封闭的喇叭型管；小口管径和待测列管（1）管径相同，小口和待测列管（1）相连，大口管径大于使所用颗粒有效悬浮的计算通径；测量管（2）变径段高度为待测列管（1）长度的0.5-1倍。
2.根据权利要求1所述的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，所述搅拌桨（3）长度大于等于测量管（2）变径段高度。
3.根据权利要求1所述的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，所述套筒（4）为下口开口，上口封闭的圆柱形筒，套筒（4）筒径和换热器相同，通过法兰和换热器连接；套筒（4）筒高大于等于30mm；套筒（4）上口开一个孔，开孔位置为每一处换热器水平截面列管排布各圆心等径处开同心圆孔，开孔孔径和测量管（2）小口外径相同。
4.根据权利要求1所述的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，所述颗粒槽（6）内距离底面高度大于等于3/4颗粒槽（6）高度处安装大滤网（8），大滤网（8）平均孔径小于等于1.5mm。
5.根据权利要求1所述的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，所述进口管（7）伸入大滤网（8）以下，其上装有固体单向阀（14）。
6.根据权利要求1所述的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，所述出口管（9）从大滤网（8）上引出，其上装有小滤网（15），小滤网（15）平均孔径小于等于1.5mm。
7.根据权利要求1所述的悬浮法测定流化床换热器列管内颗粒分布的装置，其特征在于，所述下管箱（13）下口为圆锥面，圆锥锥度范围为0.5~0.8；下管箱（13）内安装不同型式的颗粒分布结构。
8.一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮方法，采用权利要求1~7中的任意一种装置，其特征在于，卸下测量管（2）和套筒（4），从待测列管（1）中加入固体颗粒，安装开口位置和待测列管（1）位置一致的套筒（4）和测量管（2）；开启泵A（12）经待测列管（1）的颗粒在测量管（2）中悬浮；开启泵B（10）液相经出口管（9）回入液相槽（11），其余颗粒经进口管（7）进入颗粒槽（6）；颗粒排净后，依次关闭泵B（10）、泵A（12），测量管（2）中颗粒回落至下管箱（13），排出后称重计量；相同条件下重新测定其他待测列管（1）中固体颗粒重量从而计算分布。
9.根据权利要求8所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮方法，其特征在于，所述颗粒为堆密度大于液相密度，且为不与使用场合系统内介质发生反应的惰性颗粒，平均粒径2mm~5mm，加入量5~20kg；所述液相粘度范围为0.001~0.01Pa·S，流速1m/s~4m/s。
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