CN109406329B - 测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，主要解决流化床换热器列管内颗粒分布测定的技术问题。本发明通过采用以下步骤：(a).卸下测量管2和套筒3，从待测列管1中加入颗粒；(b).安装套筒3和测量管2；(c).开启泵A10使测量管2内颗粒悬浮；(d).开启泵B8使其余颗粒进入颗粒槽5，液相经泵B8回入液相槽9；(e).颗粒排净后，依次关闭泵B8、泵A10，测量管2中颗粒回落至下管箱11，排出后称重计量；(f).相同条件下重复步骤a到步骤e，计量其他待测列管1颗粒重量，从而计算分布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
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，涉及一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，广泛应用于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颗粒，利用颗粒的流化和冲刷，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。
颗粒在列管中的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。通常一般使用摄像法和电场法等方法来测定颗粒分布。比如文献CN201310009661.6采用摄像法测定固体颗粒分布；文献CN201610542177.3采用摄像法测定叶轮内的颗粒运动轨迹和分布。将摄像法应用于测定流化床换热器列管中颗粒分布虽然可行，但不够准确，多次试验重复性差。称重法是最简单准确，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，使之具体实施并不是十分顺畅。
开发一种可实施的采用称重来测定流化床换热器列管内颗粒分布的方法，有助于更方便准确地测定流化床换热器列管内颗粒分布。
本发明提供一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法。该方法通过引入测量管2，利用扩径后液相流速改变，使待测列管1中颗粒悬浮，从而称重计量各列管中颗粒重量来计算分布，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中颗粒分布的问题，提供一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法。该方法通过引入测量管2，利用扩径后液相流速改变，使待测列管1中颗粒悬浮，从而实现用称重方法测定颗粒分布，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：一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，主要包括以下步骤：(a).卸下测量管2和套筒3，从待测列管1中加入颗粒；(b).在换热器上方安装开口位置和待测列管1位置一致的套筒3，在待测列管1上方安装测量管2；(c).开启泵A10，颗粒在液相推动下进入各列管，由于扩径，经待测列管1的颗粒在测量管2中逐渐减速，最终悬浮在测量管2的扩径段；(d).当其余列管顶部出现颗粒时开启泵B8，颗粒随液相经Y型管7进入颗粒槽5，液相经泵B8回入液相槽9；(e).各列管上部颗粒排净后，依次关闭泵B8、泵A10，测量管2中颗粒回落至下管箱11，经下管箱11排出后称重计量；取出颗粒槽5中颗粒回用；(f).相同颗粒类型、相同颗粒粒径、相同颗粒添加量、相同液相物料、相同液相流速、相同测量时间下，更换待测列管1重复步骤a到步骤e，计量另一根待测列管1颗粒重量；(g).按需测定不同列管内颗粒重量，计算分布。
上述技术方案中，所述待测列管1管内径上部设有螺纹丝扣，螺纹长度大于等于10mm。
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；小口内有螺纹，螺纹长度大于等于10mm，管径同列管管径，通过螺纹丝扣和待测列管1相连，大口管径大于使所用颗粒有效悬浮的计算通径；变径段高度为列管长度的0.5-1倍。
上述技术方案中，所述套筒3为下口开口，上口封闭的圆柱形筒；套筒3筒径同换热器筒径，通过法兰和换热器筒体连接；套筒3筒高大于等于30mm；套筒3上口开一个孔，开孔位置为每一处换热器筒体水平截面列管排布各圆心等径处开同心圆孔，开孔孔径为测量管2下端小口外径。
上述技术方案中，所述颗粒槽5内距离底面高度大于等于3/4颗粒槽5高度处安装大滤网6，大滤网6平均孔径小于等于1.5mm。
上述技术方案中，所述Y型管7下管插入大滤网6以下，左管安装固体单向阀12，右管安装小滤网13，小滤网13平均孔径小于等于1.5mm。
上述技术方案中，所述下管箱11下口为圆锥面，圆锥锥度范围为0.5～0.8；下管箱11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。
上述技术方案中，所述颗粒为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，颗粒平均粒径为2mm～5mm。
上述技术方案中，所述液相粘度范围为0.001～0.01Pa·S。
上述技术方案中，所述测定方法的操作范围为：颗粒加入量在5～20kg，液相流速在1m/s～4m/s。
上述技术方案中，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，计算颗粒分布时由内到外标记列管。
上述技术方案中，以分布标准差作为判断分布好坏的标准。
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，通过采用一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，主要包括以下步骤：(a).卸下测量管2和套筒3，从待测列管1中加入颗粒；(b).安装套筒3和测量管2；(c).开启泵A10使测量管2内颗粒悬浮；(d).开启泵B8使其余颗粒进入颗粒槽5，液相经泵B8回入液相槽9；(e).颗粒排净后，依次关闭泵B8、泵A10，测量管2中颗粒回落至下管箱11，排出后称重计量；(f).相同条件下重复步骤a到步骤e，计量其他待测列管1颗粒重量，从而计算分布，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为本发明所述测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法流程示意图。
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为套筒；4为套筒小孔；5为颗粒槽；6为大滤网；7为Y型管；8为泵B；9为液相槽；10为泵A；11为下管箱；12为固体单向阀；13为小滤网。
待测列管1和测量管2依靠螺纹连接；颗粒加入下管箱11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，其余颗粒冲入颗粒槽5收集回用，液相经液相槽9回用；测量管2中颗粒回落后称重计算分布。
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所示的悬浮法测定某流化床换热器列管内颗粒分布。该流化床换热器筒径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，管子顶部10mm处有螺纹。测量管小口内径19mm，管口10mm处有螺纹，大口管径400mm，测量管变径段高度500mm。套筒筒径400mm，套筒筒高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。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】
采用图1所示的悬浮法测定某流化床换热器列管内颗粒分布。该流化床换热器筒径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，管子顶部10mm处有螺纹。测量管小口内径19mm，管口10mm处有螺纹，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)，颗粒类型(颗粒)，颗粒粒径(粒径)，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。上述条件下进行颗粒分布测定，结果列于表2。
表1
表2
【实施例13】
采用图1所示的悬浮法测定某流化床换热器列管内颗粒分布。该流化床换热器筒径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，管子顶部10mm处有螺纹。测量管小口内径19mm，管口10mm处有螺纹，大口管径400mm，测量管变径段高度500mm。套筒筒径400mm，套筒筒高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。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次进行分布测定，第一次测定结果见表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
【对比例1】
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，采用摄像法测定某流化床换热器列管内颗粒分布。该流化床换热器筒径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，套筒筒高30mm，套筒不开孔。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。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次进行分布测定，第一次测定的结果见表5，10次测定的标准差列于表7。
表5
| 列管 | 对比例 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 标准差 |
| 重量百分比/％ | 1 | 21.8 | 12.8 | 15.1 | 11.6 | 13.5 | 11.9 | 13.3 | 3.508 |
【对比例2】
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，采用摄像法测定某流化床换热器列管内颗粒分布。该流化床换热器筒径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，套筒筒高30mm，套筒不开孔。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。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
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5.2％，10次测定结果分布标准差的相对误差最大值为8.8％，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12.8％，10次测定结果分布标准差的相对误差最大值为18.2％。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 (8)
1.一种测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于：待测列管（1）和测量管（2）依靠螺纹连接，下管箱设置在各列管下部，颗粒加入下管箱（11）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，其余颗粒冲入颗粒槽（5）收集回用，液相经液相槽（9）回用；测量管（2）中颗粒回落后称重计算分布；所述测量管（2）为下端小口开口，上端大口封闭的喇叭型管；小口内有螺纹，螺纹长度大于等于10mm，管径同列管管径，通过螺纹丝扣和待测列管（1）相连，大口管径大于使所用固体颗粒有效悬浮的计算通径；变径段高度为列管长度的0.5-1倍；套筒（3）为下口开口，上口封闭的圆柱形筒；套筒（3）筒径同换热器筒径，通过法兰和换热器筒体连接；套筒（3）筒高大于等于30mm；套筒（3）上口开一个孔，开孔位置为每一处换热器筒体水平截面列管排布各圆心等径处开同心圆孔，开孔孔径为测量管（2）下端小口外径；
测定方法包括以下步骤：
(a). 卸下测量管（2）和套筒（3），从待测列管（1）中加入颗粒；
(b). 在换热器上方安装开口位置和待测列管（1）位置一致的套筒（3）；在待测列管（1）上方安装测量管（2）；
(c). 开启泵A（10），颗粒在液相推动下进入各列管；由于扩径，经待测列管（1）的颗粒在测量管（2）中逐渐减速，最终悬浮在测量管（2）的扩径段；
(d). 当其余列管顶部出现颗粒时开启泵B（8），颗粒随液相经Y型管（7）进入颗粒槽（5），液相经泵B（8）回入液相槽（9）；
(e). 各列管上部颗粒排净后，依次关闭泵B（8）、泵A（10），测量管（2）中颗粒回落至下管箱（11），经下管箱（11）排出后称重计量；取出颗粒槽（5）中颗粒回用；
(f). 相同颗粒类型、相同颗粒粒径、相同颗粒添加量、相同液相物料、相同液相流速、相同测量时间下，更换待测列管（1）重复步骤a到步骤e，计量另一根待测列管（1）颗粒重量；
(g). 按需测定不同列管内颗粒重量，计算分布。
2.根据权利要求1所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，所述待测列管（1）管内径上部设有螺纹丝扣，螺纹长度大于等于10mm。
3.根据权利要求1所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，所述颗粒槽（5）内距离底面高度大于等于3/4颗粒槽（5）高度处安装大滤网（6），大滤网（6）平均孔径小于等于1.5mm。
4.根据权利要求3所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，所述Y型管（7）下管插入大滤网（6）以下，左管安装固体单向阀（12），右管安装小滤网（13），小滤网（13）平均孔径小于等于1.5mm。
5.根据权利要求1所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，所述下管箱（11）下口为圆锥面，圆锥锥度范围为0.5~0.8；所述下管箱（11）内可安装不同型式的颗粒分布结构。
6.根据权利要求1所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，所述颗粒为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，颗粒平均粒径为2mm~5mm。
7.根据权利要求1所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，所述液相粘度范围为0.001~0.01Pa·S。
8.根据权利要求1所述的测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法，其特征在于，颗粒加入量在5~20kg，液相流速在1m/s~4m/s。
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| CN201710704567.0A Active CN109406329B (zh) | 2017-08-17 | 2017-08-17 | 测定流化床换热器列管内颗粒分布的悬浮法 |
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2017
- 2017-08-17 CN CN201710704567.0A patent/CN109406329B/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109406329A (zh) | 2019-03-01 |
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