CN109654912B - 颗粒走壳程的卧式流化床换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种颗粒走壳程的卧式流化床换热器，主要解决换热器壳程堵塞的技术问题。本发明通过采用一种包括加料口1、加料罐2、卧式换热器3、换热器壳程4、气相吹扫入口5、气相吹扫出口6、液固分离器7、颗粒冲洗槽8、滤网9、下降管10、喷嘴11、水平管12、杂质回收口13、液相槽14、泵15，换热器壳程4出口连接液固分离器7，颗粒从液固分离器7经颗粒冲洗槽8进入下降管10，依靠喷嘴11和泵15送回换热器壳程4；杂质从杂质回收口13回收；液相从液固分离器7出来后进入液相槽14循环；气相从气相吹扫入口5进入，从气相吹扫出口6排出的技术方案较好地解决了上述技术问题，可用于卧式管壳式换热器壳程防除垢。

Description

颗粒走壳程的卧式流化床换热器
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，涉及一种颗粒走壳程的卧式流化床换热器，广泛应用于卧式管壳式换热器壳程防除垢。
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。
文献US005676201A公开了一种外循环流化床换热器。文献CN202709856U公开了一种应用Kenics静态混合器的水平液固循环流化床换热器。文献CN102840578A公开了一种紧凑并联型外置流化床换热器。上述流化床换热器均为颗粒走管程的流化床换热器。换热器壳程同样存在不同程度结垢问题，开发一种颗粒走壳程的流化床换热器，对换热器壳程进行防除垢十分必要。
本发明提供一种颗粒走壳程的卧式流化床换热器。该流化床换热器通过引入颗粒走换热器壳程进行壳程防除垢，通过壳程倾斜和气相吹扫实现颗粒走卧式换热器壳程，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卧式管壳式换热器壳程易结垢的问题，提供一种颗粒走壳程的卧式流化床换热器。该流化床换热器通过引入颗粒走换热器壳程进行壳程防除垢，通过壳程倾斜和气相吹扫实现颗粒走卧式换热器壳程，具有操作简单，壳程除垢能力强的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种颗粒走壳程的卧式流化床换热器，该流化床换热器由加料口1、加料罐2、卧式换热器3、换热器壳程4、气相吹扫入口5、气相吹扫出口6、液固分离器7、颗粒冲洗槽8、滤网9、下降管10、喷嘴11、水平管12、杂质回收口13、液相槽14、泵15组成；其中换热器壳程4出口连接液固分离器 7，液固分离器7分出两路，一路连接液相槽14，液相槽14出口经泵15后通过喷嘴11 连接水平管12，另一路连接颗粒冲洗槽8、颗粒冲洗槽8出口连接下降管10，下降管10 和喷嘴11相连，气相吹扫入口5和气相吹扫出口6连接换热器壳程4，带有加料口1的加料罐2接入水平管12。
上述技术方案中，所述卧式换热器3为卧式管壳式换热器，管程列管水平排布，颗粒自下而上走壳程。
上述技术方案中，所述换热器壳程4斜向下倾斜，与水平成15°～30°，换热器壳程4出入口紧靠换热器左右封头。
上述技术方案中，所述气相吹扫入口5和气相吹扫出口6为由一根总管分成5×5排布的25根分管结构，分管管径0.5～1.5mm，分管间距5～8mm，气相吹扫入口5安装在换热器壳程4下侧，气相吹扫出口6安装在换热器壳程4下上侧。
上述技术方案中，所述液固分离器7为旋液分离器或重力沉降式分离器的一种，顶部可安装平均孔径0.5～1.5mm的滤网。
上述技术方案中，所述颗粒冲洗槽8内出口下方安装滤网9，滤网9平均孔径 0.5～1.5mm。
上述技术方案中，所述喷嘴11为沿液相流向方向的缩口管，安装在下降管10和水平管12交汇处。
为解决上述技术问题，采用一种卧式管壳式换热器壳程除垢的方法，该方法采用上述任意一种颗粒走壳程的卧式流化床换热器。
上述方法中，颗粒从加料口1加入加料罐2，在水平管12液相推动下进入卧式换热器 3壳程，利用颗粒冲刷，致使换热器壳程4内结垢被剥离，气相从气相吹扫入口5到气相吹扫出口6自下而上吹扫，垢层、颗粒和液相一起从换热器壳程4进入液固分离器7，在液固分离器7内液相与垢层、颗粒分离，液相进入液相槽14，经过泵15和喷嘴11后进入水平管12完成循环，垢层与颗粒经过颗粒冲洗槽8冲洗分离，垢层从杂质回收口13排出，颗粒进入下降管10，经喷嘴11回入水平管12完成循环。
上述技术方案及技术方法中，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固体颗粒，颗粒平均粒径2mm～5mm，加入量5～20kg。
上述技术方案及技术方法中，所述液相粘度范围为0.001Pa·S～0.01Pa·S，液相流速 1m/s～4m/s。
上述技术方案及技术方法中，所述气相为不与系统内介质发生反应的惰性气体，气体流速2m/s～5m/s。
本发明的技术方案及方法中，以人为在换热器壳程内涂垢层的方法来考察本发明所述颗粒走壳程的卧式流化床换热器除垢能力，以垢层脱除率作为除垢能力的判断标准。垢层脱除率的计算方法为：垢层脱除率＝回收垢层重量/壳程内所涂垢层总重×100％。
采用本发明的技术方案，通过采用一种由加料口1、加料罐2、卧式换热器3、换热器壳程4、气相吹扫入口5、气相吹扫出口6、液固分离器7、颗粒冲洗槽8、滤网9、下降管10、喷嘴11、水平管12、杂质回收口13、液相槽14、泵15组成的颗粒走壳程的卧式流化床换热器取得了垢层脱除率92％的较好技术效果。
附图说明
图1为本发明所述颗粒走壳程的卧式流化床换热器的流程示意图。
图2为本发明所述气相吹扫入口和气相吹扫出口示意图。
图1中，1为加料口、2为加料罐、3为卧式换热器、4为换热器壳程、5为气相吹扫入口、6为气相吹扫出口、7为液固分离器、8为颗粒冲洗槽、9为滤网、10为下降管、11 为喷嘴、12为水平管、13为杂质回收口、14为液相槽、15为泵。
换热器壳程4出口连接液固分离器7，液固分离器7分出两路，一路连接液相槽14，另一路连接颗粒冲洗槽8，液相槽14出口经泵15和喷嘴11连接水平管12，颗粒冲洗槽8 出口连接下降管10，下降管10通过喷嘴11接入水平管12，带有加料口1的加料罐2接入水平管12，气相吹扫入口5连接换热器壳程4下方，气相吹扫出口6连接换热器壳程4 上方。
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所示颗粒走壳程的卧式流化床换热器，用上述卧式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，管程列管水平排布，壳程斜向下倾斜，与水平成15°角，壳程出入口紧靠换热器左右封头，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。气相吹扫入口安装在换热器壳程下侧，气相吹扫出口安装在换热器壳程上侧，气相吹扫入口和气相吹扫出口均如图2所示5×5排布25根分管，分管管径0.5mm，分管间距5mm。液固分离器为旋液分离器，顶部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒冲洗槽内部安装平均孔径 0.5mm的滤网。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。气相采用氮气，气速2m/s。该条件下，垢层脱除率85％。
【实施例2～14】
采用和实施例1相同的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，采用和实施例1相同的卧式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，管程列管水平排布，壳程斜向下倾斜，壳程出入口紧靠换热器左右封头，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。气相吹扫入口安装在换热器壳程下侧，气相吹扫出口安装在换热器壳程上侧，气相吹扫入口和气相吹扫出口均如图2所示5×5排布25根分管。改变壳程与水平夹角角度(夹角)，气相吹扫入口和气相吹扫出口分管管径(管径)和分管间距(间距)，液固分离器型式(类型)和顶部滤网孔径(孔径1)，颗粒冲洗槽内滤网孔径(孔径2)，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)，气相类型(气相)，气相流速(气速)。在上述条件下进行垢层脱除率(脱除率)考察，结果列于表1。
【对比例1】
采用图1所示颗粒走壳程的卧式流化床换热器，用上述卧式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，管程列管水平排布，壳程不倾斜，与水平成0°角，壳程出入口紧靠换热器左右封头，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。气相吹扫入口安装在换热器壳程下侧，气相吹扫出口安装在换热器壳程上侧，气相吹扫入口和气相吹扫出口均如图2所示5×5排布25根分管，分管管径0.5mm，分管间距5mm。液固分离器为旋液分离器，顶部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒冲洗槽内部安装平均孔径0.5mm 的滤网。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。气相采用氮气，气速2m/s。该条件下，垢层脱除率77％。
【对比例2】
采用图1所示颗粒走壳程的卧式流化床换热器，用上述卧式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，管程列管水平排布，壳程斜向下倾斜，与水平成15°角，壳程出入口紧靠换热器左右封头，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。无气相吹扫入口和气相吹扫出口。液固分离器为旋液分离器，顶部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒冲洗槽内部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率64％。
【对比例3】
采用图1所示颗粒走壳程的卧式流化床换热器，用上述卧式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，管程列管水平排布，壳程不倾斜，与水平成0°角，壳程出入口紧靠换热器左右封头，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。无气相吹扫入口和气相吹扫出口。液固分离器为旋液分离器，顶部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒冲洗槽内部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率48％。
【对比例4】
采用图1所示颗粒走壳程的卧式流化床换热器，用上述卧式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，管程列管水平排布，壳程斜向下倾斜，与水平成15°角，壳程出入口紧靠换热器左右封头，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。气相吹扫入口安装在换热器壳程下侧，气相吹扫出口安装在换热器壳程上侧，气相吹扫入口和气相吹扫出口均如图2所示5×5排布25根分管，分管管径0.5mm，分管间距5mm。液固分离器为旋液分离器，顶部安装平均孔径0.5mm的滤网。颗粒冲洗槽内部安装平均孔径 0.5mm的滤网。不采用固体颗粒。液相粘度0.001Pa·S，流速1m/s。气相采用氮气，气速2m/s。该条件下，垢层脱除率4.3％。
表1
Figure BDA0001431841570000051
Figure BDA0001431841570000061
表1(续)
Figure BDA0001431841570000062

Claims (10)

1.颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，该流化床换热器由加料口(1)、加料罐(2)、卧式换热器(3)、换热器壳程(4)、气相吹扫入口(5)、气相吹扫出口(6)、液固分离器(7)、颗粒冲洗槽(8)、滤网(9)、下降管(10)、喷嘴(11)、水平管(12)、杂质回收口(13)、液相槽(14)、泵(15)组成；其中换热器壳程(4)出口连接液固分离器(7)，液固分离器(7)分出两路，一路连接液相槽(14)，液相槽(14)出口经泵(15)后通过喷嘴(11)连接水平管(12)，另一路连接颗粒冲洗槽(8)、颗粒冲洗槽(8)出口连接下降管(10)，下降管(10)和喷嘴(11)相连，气相吹扫入口(5)和气相吹扫出口(6)连接换热器壳程(4)，带有加料口(1)的加料罐(2)接入水平管(12)，所述换热器壳程(4)斜向下倾斜，与水平成15°~30°；所述气相吹扫入口(5)和气相吹扫出口(6)为由一根总管分成阵列排布的多根分管结构，气相吹扫入口(5)安装在换热器壳程(4)下侧，气相吹扫出口(6)安装在换热器壳程(4)上侧。
2.根据权利要求1所述的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，所述卧式换热器(3)为卧式管壳式换热器，管程列管水平排布，颗粒自下而上走壳程。
3.根据权利要求1所述的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，所述换热器壳程(4)出入口紧靠换热器左右封头。
4.根据权利要求1所述的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，所述气相吹扫入口(5)和气相吹扫出口(6)为由一根总管分成5×5排布的25根分管结构，分管管径为0.5~1.5mm，分管间距为5~8mm。
5.根据权利要求1所述的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，所述液固分离器(7)为旋液分离器或重力沉降式分离器的一种，顶部安装平均孔径为0.5~1.5mm的滤网。
6.根据权利要求1所述的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，所述颗粒冲洗槽(8)内出口下方安装滤网(9)，滤网(9)平均孔径为0.5~1.5mm。
7.卧式管壳式换热器壳程除垢的方法，采用权利要求1-6任一所述的颗粒走壳程的卧式流化床换热器，其特征在于，颗粒从加料口(1)加入加料罐(2)，在水平管(12)液相推动下进入卧式换热器(3)壳程，利用颗粒冲刷，致使换热器壳程(4)内结垢被剥离，气相从气相吹扫入口(5)到气相吹扫出口(6)自下而上吹扫，垢层、颗粒和液相一起从换热器壳程(4)进入液固分离器(7)，在液固分离器(7)内液相与垢层、颗粒分离，液相进入液相槽(14)，经过泵(15)和喷嘴(11)后进入水平管(12)完成循环，垢层与颗粒经过颗粒冲洗槽(8)冲洗分离，垢层从杂质回收口(13)排出，颗粒进入下降管(10)，经喷嘴(11)回入水平管(12)完成循环。
8.根据权利要求7所述的卧式管壳式换热器壳程除垢的方法，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固体颗粒，颗粒平均粒径为2mm~5mm，加入量为5~20kg。
9.根据权利要求7所述的卧式管壳式换热器壳程除垢的方法，其特征在于，所述液相粘度范围为0.001Pa·S ~0.01Pa·S，液相流速为1m/s~4m/s。
10.根据权利要求7所述的卧式管壳式换热器壳程除垢的方法，其特征在于，所述气相为不与系统内介质发生反应的惰性气体，惰性气体流速为2m/s~5m/s。
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