CN111271992A - 一种耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法；包括列管式换热器，列管式换热器的出口通过耐磨型弯头与固液分离器的进口相连；高温凝液管道通过第一三通与列管式换热器的下管箱的底部相连，第一三通的第三端通过调节阀、流量计、第二三通以及止逆器与下管箱的中部相连通；固液分离器底部的固相下沉管与第二三通的第三端相连通，固液分离器侧部的液相出口与污水处理终端进口相连；耐磨型弯头包括T型管，T型管的第一端为弯头进口，第二端为弯头出口，第三端为堵头端；所述弯头进口和堵头端设置在同一直线上。能够有效提高换热装置内部以及弯头等附属部件的耐磨度，达到换热装置内部以及弯头等附属部件长周期稳定运行的特点。

Description

一种耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法

技术领域

本发明属于化工换热设备技术领域，具体涉及一种耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法。

背景技术

在绝大多数换热设备中，传热壁面上都存在不同层度的结垢现象，从而导致换热器的热阻增大，致使换热系数下降，影响换热效果，严重的甚至影响换热器的正常运行；由于换热器结垢现象的出现，通常需采用备机的形式来保证生产系统的正常运行，采用此种方式大大增加了设备与人工的成本投入，造成了巨大的经济损失和能源浪费。据统计，全世界每年因污垢造成的经济损失约占GDP的0.25%，数值相当惊人。因此，采取有效的措施解决换热设备的结垢问题，是非常必要和重要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种结构简单、设计合理、能够有效防止换热装置内部结垢、且能够有效提高换热装置内部以及弯头等附属部件的耐磨度、以提高换热装置内部以及弯头等附属部件的使用寿命，达到换热装置内部以及弯头等附属部件长周期稳定运行的耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法。

本发明的目的是这样实现的：一种耐磨型弯头，该弯头包括T型管，T型管的第一端为弯头进口，第二端为弯头出口，第三端为堵头端；所述弯头进口和堵头端设置在同一直线上。

优选的，所述弯头进口处、弯头出口以及堵头端的T型管的内腔为扩大管部；弯头进口为原管部。

优选的，所述扩大管部与原管部之间的直径比例为1.5～3：1。

优选的，所述T型管为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=1～5。

优选的，所述T型管中堵头端的内腔截面为圆弧状。

优选的，所述弯头出口靠近堵头端的一侧设置。

优选的，所述T型管的内腔设有内衬耐磨涂层，内衬耐磨涂层的材质为司太立硬质合金或碳化钨合金。

本发明还提供了一种自洁式换热装置，该换热装置包括列管式换热器，列管式换热器的出口通过所述的耐磨型弯头与固液分离器的进口相连；高温凝液管道通过第一三通与列管式换热器的下管箱的底部相连，第一三通的第三端通过调节阀、流量计、第二三通以及止逆器与下管箱的中部相连通；所述固液分离器底部的固相下沉管与第二三通的第三端相连通，固液分离器侧部的液相出口与污水处理终端进口相连。

优选的，所述列管式换热器包括设在列管式换热器内中部的若干个换热列管，换热列管的底部与下管箱相连通，换热列管的顶部通过设在列管式换热器的上管箱与列管式换热器的出口相连通；所述下管箱的内部设有液体分布器以及惰性颗粒分布器；所述下管箱的顶部设有管板，若干个换热列管的底部穿过管板设置在管板下部3～5mm处；所述若干个换热列管的底部分别设有套管，套管的上部为管状，且套装在换热列管的内部；套管的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块，所述套管上部的厚度为2～3mm，套管下部耐磨块的厚度为3～5mm；所述管板的下表面设有外衬耐磨涂层，外衬耐磨涂层的材质为司太立硬质合金或碳化钨合金，外衬耐磨涂层的厚度为2～5mm；固液分离器的顶部设有惰性固体颗粒装填仓。

本发明还提供了一种自洁式换热装置的换热方法，包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通进入列管式换热器的下管箱内，高温凝液中的另一路通过第一三通的第三端调节阀、流量计、第二三通以及止逆器进入列管式换热器的下管箱内；惰性固体颗粒装填仓内的惰性固体颗粒通过固液分离器底部的固相下沉管以及第二三通的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器的下管箱中；所述惰性固体颗粒为刚玉、陶瓷、不锈钢或石英砂；

步骤2：高温凝液进入下管箱中通过液体分布器、惰性颗粒分布器以及套管进入换热列管内，并通过上管箱和列管式换热器的出口进入到耐磨型弯头内；所述惰性固体颗粒进入下管箱、套管、换热列管、上管箱和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板的下表面设有外衬耐磨涂层能够起到增强管板耐磨度的作用；耐磨块以及套管能够起到增强换热列管耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管的内腔设有内衬耐磨涂层、堵头端的内腔截面为圆弧状以及弯头出口靠近堵头端的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器底部的固相下沉管以及第二三通的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器侧部的液相出口与污水处理终端进口相连。

按照上述方案制成的一种耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法，通过设置T型管不仅能够正常改变流体的流向还能够使堵头端加厚以提高其耐磨性能，进一步地使T型管内部的截面积大于弯头进口的截面积以降低流体的流速从而进一步降低了流体对管壁的冲刷以及对堵头端冲击，以提高其整体的耐磨度，进一步地通过使堵头端的内腔截面为圆弧状不仅能够降低流体对对堵头端的冲击且方便流体以及惰性固体颗粒由弯头出口排出；尤其是通过设置内衬耐磨涂层能够整体提高耐磨型弯头的耐磨度以实现能够长期稳定运行的目的；通过设置套管能够方便提高换热器内部的耐磨强度，另一方面能够方便后期维护和更换；具有结构简单、设计合理、能够有效防止换热装置内部结垢、且能够有效提高换热装置内部以及弯头等附属部件的耐磨度、以提高换热装置内部以及弯头等附属部件的使用寿命，达到换热装置内部以及弯头等附属部件长周期稳定运行的特点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明耐磨型弯头的结构示意图。

图3为本发明套管的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。

如图1、2、3所示，本发明为一种耐磨型弯头及使用其的自洁式换热装置和换热方法，该弯头包括T型管1，T型管1的第一端为弯头进口2，第二端为弯头出口3，第三端为堵头端4；所述弯头进口2和堵头端4设置在同一直线上。该弯头的形状区别与传统弯头的形状，传统弯头的转角处在使用过程中受到流体的冲击以及冲刷较为严重，易出现流体泄露的缺陷；本发明通过将弯头进口2和堵头端4设置在同一直线上的方式，能够使堵头端4直面流体的冲击减小流体对堵头端4的冲刷，优选地采用堵头端加厚的方式，堵头端的厚度大于弯头其他位置上的壁厚，能够有效提高T型管1的耐磨性能。

进一步地，所述弯头进口2处、弯头出口3以及堵头端4的T型管1的内腔为扩大管部5；弯头进口2为原管部。所述弯头进口2为原管部，其与流体进入管道一致能够实现安装便捷的特点，同时使扩大管部5的截面直径大于原管部的截面直径，能够使流体进入扩大管部5后降低流速，以达到减小对T型管1内壁的冲刷以及对堵头端4内部的冲击。

进一步地，所述扩大管部5与原管部之间的直径比例为1.5～3：1。本发明中扩大管部5的直径过大则易出现流体压力不足的缺陷，扩大管部5的直径过小则易出现对T型管1内壁的冲刷以及对堵头端4内部的冲击严重的问题，因此优选地扩大管部5与原管部之间的直径比例为1.5～3：1，以保证流体的压力以及减小对内壁的冲刷和冲击。

进一步地，所述T型管1为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=1～5。所述曲率半径与圆及弧度成正比，即曲率半径越大，圆和弧度也就越大，越近似直线，则物料在弯管内的阻力也越小，摩擦损害也相对较小。经模拟及实践验证当曲率半径为 R/D=1～5时，不仅能保证阻力相对较小，也便于管件制作及安装。

进一步地，所述T型管1中堵头端4的内腔截面为圆弧状。通过将堵头端4的内腔截面设置为圆弧状能够使流体与堵头端4接触后向四周扩散，不仅能够提高堵头端4的强度以及耐磨度，还能够引导流体以及向惰性固体颗粒弯头出口3一侧移动，以达到引流的目的。

进一步地，所述弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置。通过该设置以及配合堵头端4的内腔截面形状，能够实现对流体的引流使流体迅速排出，且能够避免惰性固体颗粒在堵头端4的一侧积存。

进一步地，所述T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6，内衬耐磨涂层6的材质为司太立硬质合金或碳化钨合金。通过在T型管1的内腔涂覆内衬耐磨涂层6，能够在整体上有效提高T型管1的耐磨度，以达到保证弯头耐磨度高和实现长期使用的目的。

本发明还提供了一种自洁式换热装置，该换热装置包括列管式换热器7，列管式换热器7的出口通过所述的耐磨型弯头与固液分离器8的进口相连；高温凝液管道9通过第一三通10与列管式换热器7的下管箱11的底部相连，第一三通10的第三端通过调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15与下管箱11的中部相连通；所述固液分离器8底部的固相下沉管与第二三通14的第三端相连通，固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。上述设置中耐磨型弯头设置在列管式换热器7的出口和固液分离器8之间，能够起到良好的耐磨作用，以保证设备能够长周期稳定的运行。

进一步地，所述列管式换热器7包括设在列管式换热器7内中部的若干个换热列管16，换热列管16的底部与下管箱11相连通，换热列管16的顶部通过设在列管式换热器7的上管箱17与列管式换热器7的出口相连通；所述下管箱11的内部设有液体分布器18以及惰性颗粒分布器19；所述下管箱11的顶部设有管板20，若干个换热列管16的底部穿过管板20设置在管板20下部3～5mm处；所述若干个换热列管16的底部分别设有套管21，套管21的上部为管状，且套装在换热列管16的内部；套管21的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块22，所述套管21上部的厚度为2～3mm，套管21下部耐磨块22的厚度为3～5mm；所述管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23，外衬耐磨涂层23的材质为司太立硬质合金或碳化钨合金，外衬耐磨涂层23的厚度为2～5mm；固液分离器8的顶部设有惰性固体颗粒装填仓24。使用的过程中易结垢流体带动惰性固体颗粒在换热列管16以及耐磨型弯头频繁并随机地对内壁进行碰撞，实现了换热器以及耐磨型弯头的自动防垢除垢，尤其在换热列管16中惰性固体颗粒的碰撞破坏了管内壁边界层强化了对流传热效果，但在易结垢流体进入换热列管16的过程中易对换热列管16底部的出口形成冲击以及冲刷，且该冲击以及冲刷的随机性远远大于在换热列管16内壁的冲刷，导致换热列管16的进口处磨损尤为严重；为了克服上述缺陷在换热列管16的进口处设有套管21，套管21优选为活动设置，当磨损严重时可实现方便更换的目的；同时本发明还提高了套管21的耐磨度以实现列管式换热器7的长时间稳定运行；提高套管21的耐磨度的方式主要包括了设置耐磨块以及设有外衬耐磨涂层23，其中耐磨块22的下部厚度大，上部厚度小，上部用于与换热列管16的内部卡装，下部用于提高耐磨块22的强度以及耐磨度。

本发明还提供了一种自洁式换热装置的换热方法，包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通10进入列管式换热器7的下管箱11内，高温凝液中的另一路通过第一三通10的第三端调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15进入列管式换热器7的下管箱11内；惰性固体颗粒装填仓24内的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器7的下管箱11中；所述惰性固体颗粒为刚玉、陶瓷、不锈钢或石英砂；

步骤2：高温凝液进入下管箱11中通过液体分布器18、惰性颗粒分布器19以及套管21进入换热列管16内，并通过上管箱17和列管式换热器7的出口进入到耐磨型弯头内；所述惰性固体颗粒进入下管箱11、套管21、换热列管16、上管箱17和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23能够起到增强管板20耐磨度的作用；耐磨块22以及套管21能够起到增强换热列管16耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口2后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6、堵头端4的内腔截面为圆弧状以及弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤2中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器8内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。

为了更加详细的解释本发明，现结合实施例对本发明做进一步阐述。具体实施例如下：

实施例1

一种耐磨型弯头，该弯头包括T型管1，T型管1的第一端为弯头进口2，第二端为弯头出口3，第三端为堵头端4；所述弯头进口2和堵头端4设置在同一直线上。所述弯头进口2处、弯头出口3以及堵头端4的T型管1的内腔为扩大管部5；弯头进口2为原管部。所述扩大管部5与原管部之间的直径比例为1.5：1。所述T型管1为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=1。所述T型管1中堵头端4的内腔截面为圆弧状。所述弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置。所述T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6，内衬耐磨涂层6的材质为司太立硬质合金。

本发明还提供了一种自洁式换热装置，该换热装置包括列管式换热器7，列管式换热器7的出口通过所述的耐磨型弯头与固液分离器8的进口相连；高温凝液管道9通过第一三通10与列管式换热器7的下管箱11的底部相连，第一三通10的第三端通过调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15与下管箱11的中部相连通；所述固液分离器8底部的固相下沉管与第二三通14的第三端相连通，固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。所述列管式换热器7包括设在列管式换热器7内中部的若干个换热列管16，换热列管16的底部与下管箱11相连通，换热列管16的顶部通过设在列管式换热器7的上管箱17与列管式换热器7的出口相连通；所述下管箱11的内部设有液体分布器18以及惰性颗粒分布器19；所述下管箱11的顶部设有管板20，若干个换热列管16的底部穿过管板20设置在管板20下部3mm处；所述若干个换热列管16的底部分别设有套管21，套管21的上部为管状，且套装在换热列管16的内部；套管21的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块22，所述套管21上部的厚度为2mm，套管21下部耐磨块22的厚度为3mm；所述管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23，外衬耐磨涂层23的材质为碳化钨合金，外衬耐磨涂层23的厚度为2mm；固液分离器8的顶部设有惰性固体颗粒装填仓24。

本发明还提供了一种自洁式换热装置的换热方法，该换热方法包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通10进入列管式换热器7的下管箱11内，高温凝液中的另一路通过第一三通10的第三端调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15进入列管式换热器7的下管箱11内；惰性固体颗粒装填仓24内的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器7的下管箱11中；所述惰性固体颗粒为刚玉；

步骤2：高温凝液进入下管箱11中通过液体分布器18、惰性颗粒分布器19以及套管21进入换热列管16内，并通过上管箱17和列管式换热器7的出口进入到耐磨型弯头内；所述惰性固体颗粒进入下管箱11、套管21、换热列管16、上管箱17和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23能够起到增强管板20耐磨度的作用；耐磨块22以及套管21能够起到增强换热列管16耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口2后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6、堵头端4的内腔截面为圆弧状以及弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤2中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器8内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。

实施例2

一种耐磨型弯头，该弯头包括T型管1，T型管1的第一端为弯头进口2，第二端为弯头出口3，第三端为堵头端4；所述弯头进口2和堵头端4设置在同一直线上。所述弯头进口2处、弯头出口3以及堵头端4的T型管1的内腔为扩大管部5；弯头进口2为原管部。所述扩大管部5与原管部之间的直径比例为3：1。所述T型管1为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=5。所述T型管1中堵头端4的内腔截面为圆弧状。所述弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置。所述T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6，内衬耐磨涂层6的材质为碳化钨合金。

本发明还提供了一种自洁式换热装置，该换热装置包括列管式换热器7，列管式换热器7的出口通过所述的耐磨型弯头与固液分离器8的进口相连；高温凝液管道9通过第一三通10与列管式换热器7的下管箱11的底部相连，第一三通10的第三端通过调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15与下管箱11的中部相连通；所述固液分离器8底部的固相下沉管与第二三通14的第三端相连通，固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。所述列管式换热器7包括设在列管式换热器7内中部的若干个换热列管16，换热列管16的底部与下管箱11相连通，换热列管16的顶部通过设在列管式换热器7的上管箱17与列管式换热器7的出口相连通；所述下管箱11的内部设有液体分布器18以及惰性颗粒分布器19；所述下管箱11的顶部设有管板20，若干个换热列管16的底部穿过管板20设置在管板20下部5mm处；所述若干个换热列管16的底部分别设有套管21，套管21的上部为管状，且套装在换热列管16的内部；套管21的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块22，所述套管21上部的厚度为3mm，套管21下部耐磨块22的厚度为5mm；所述管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23，外衬耐磨涂层23的材质为司太立硬质合金，外衬耐磨涂层23的厚度为5mm；固液分离器8的顶部设有惰性固体颗粒装填仓24。

本发明还提供了一种自洁式换热装置的换热方法，该换热方法包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通10进入列管式换热器7的下管箱11内，高温凝液中的另一路通过第一三通10的第三端调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15进入列管式换热器7的下管箱11内；惰性固体颗粒装填仓24内的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器7的下管箱11中；所述惰性固体颗粒为陶瓷；

步骤2：高温凝液进入下管箱11中通过液体分布器18、惰性颗粒分布器19以及套管21进入换热列管16内，并通过上管箱17和列管式换热器7的出口进入到耐磨型弯头内；所述惰性固体颗粒进入下管箱11、套管21、换热列管16、上管箱17和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23能够起到增强管板20耐磨度的作用；耐磨块22以及套管21能够起到增强换热列管16耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口2后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6、堵头端4的内腔截面为圆弧状以及弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤2中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器8内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。

实施例3

一种耐磨型弯头，该弯头包括T型管1，T型管1的第一端为弯头进口2，第二端为弯头出口3，第三端为堵头端4；所述弯头进口2和堵头端4设置在同一直线上。所述弯头进口2处、弯头出口3以及堵头端4的T型管1的内腔为扩大管部5；弯头进口2为原管部。所述扩大管部5与原管部之间的直径比例为2.25：1。所述T型管1为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=3。所述T型管1中堵头端4的内腔截面为圆弧状。所述弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置。所述T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6，内衬耐磨涂层6的材质为司太立硬质合金。

本发明还提供了一种自洁式换热装置，该换热装置包括列管式换热器7，列管式换热器7的出口通过所述的耐磨型弯头与固液分离器8的进口相连；高温凝液管道9通过第一三通10与列管式换热器7的下管箱11的底部相连，第一三通10的第三端通过调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15与下管箱11的中部相连通；所述固液分离器8底部的固相下沉管与第二三通14的第三端相连通，固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。所述列管式换热器7包括设在列管式换热器7内中部的若干个换热列管16，换热列管16的底部与下管箱11相连通，换热列管16的顶部通过设在列管式换热器7的上管箱17与列管式换热器7的出口相连通；所述下管箱11的内部设有液体分布器18以及惰性颗粒分布器19；所述下管箱11的顶部设有管板20，若干个换热列管16的底部穿过管板20设置在管板20下部4mm处；所述若干个换热列管16的底部分别设有套管21，套管21的上部为管状，且套装在换热列管16的内部；套管21的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块22，所述套管21上部的厚度为2.5mm，套管21下部耐磨块22的厚度为4mm；所述管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23，外衬耐磨涂层23的材质为司太立硬质合金，外衬耐磨涂层23的厚度为3.5mm；固液分离器8的顶部设有惰性固体颗粒装填仓24。

本发明还提供了一种自洁式换热装置的换热方法，该换热方法包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通10进入列管式换热器7的下管箱11内，高温凝液中的另一路通过第一三通10的第三端调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15进入列管式换热器7的下管箱11内；惰性固体颗粒装填仓24内的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器7的下管箱11中；所述惰性固体颗粒为石英砂；

步骤2：高温凝液进入下管箱11中通过液体分布器18、惰性颗粒分布器19以及套管21进入换热列管16内，并通过上管箱17和列管式换热器7的出口进入到耐磨型弯头内；所述惰性固体颗粒进入下管箱11、套管21、换热列管16、上管箱17和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23能够起到增强管板20耐磨度的作用；耐磨块22以及套管21能够起到增强换热列管16耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口2后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6、堵头端4的内腔截面为圆弧状以及弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤2中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器8内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。

实施例4

一种耐磨型弯头，该弯头包括T型管1，T型管1的第一端为弯头进口2，第二端为弯头出口3，第三端为堵头端4；所述弯头进口2和堵头端4设置在同一直线上。所述弯头进口2处、弯头出口3以及堵头端4的T型管1的内腔为扩大管部5；弯头进口2为原管部。所述扩大管部5与原管部之间的直径比例为2：1。所述T型管1为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=4。所述T型管1中堵头端4的内腔截面为圆弧状。所述弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置。所述T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6，内衬耐磨涂层6的材质为碳化钨合金。

本发明还提供了一种自洁式换热装置，该换热装置包括列管式换热器7，列管式换热器7的出口通过所述的耐磨型弯头与固液分离器8的进口相连；高温凝液管道9通过第一三通10与列管式换热器7的下管箱11的底部相连，第一三通10的第三端通过调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15与下管箱11的中部相连通；所述固液分离器8底部的固相下沉管与第二三通14的第三端相连通，固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。所述列管式换热器7包括设在列管式换热器7内中部的若干个换热列管16，换热列管16的底部与下管箱11相连通，换热列管16的顶部通过设在列管式换热器7的上管箱17与列管式换热器7的出口相连通；所述下管箱11的内部设有液体分布器18以及惰性颗粒分布器19；所述下管箱11的顶部设有管板20，若干个换热列管16的底部穿过管板20设置在管板20下部5mm处；所述若干个换热列管16的底部分别设有套管21，套管21的上部为管状，且套装在换热列管16的内部；套管21的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块22，所述套管21上部的厚度为2mm，套管21下部耐磨块22的厚度为5mm；所述管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23，外衬耐磨涂层23的材质为碳化钨合金，外衬耐磨涂层23的厚度为3mm；固液分离器8的顶部设有惰性固体颗粒装填仓24。

本发明还提供了一种自洁式换热装置的换热方法，包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通10进入列管式换热器7的下管箱11内，高温凝液中的另一路通过第一三通10的第三端调节阀12、流量计13、第二三通14以及止逆器15进入列管式换热器7的下管箱11内；惰性固体颗粒装填仓24内的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器7的下管箱11中；所述惰性固体颗粒为不锈钢；

步骤2：高温凝液进入下管箱11中通过液体分布器18、惰性颗粒分布器19以及套管21进入换热列管16内，并通过上管箱17和列管式换热器7的出口进入到耐磨型弯头内；所述惰性固体颗粒进入下管箱11、套管21、换热列管16、上管箱17和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板20的下表面设有外衬耐磨涂层23能够起到增强管板20耐磨度的作用；耐磨块22以及套管21能够起到增强换热列管16耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口2后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管1的内腔设有内衬耐磨涂层6、堵头端4的内腔截面为圆弧状以及弯头出口3靠近堵头端4的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤2中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器8内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器8底部的固相下沉管以及第二三通14的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器8侧部的液相出口与污水处理终端25进口相连。

实验例：

实验对象：

本发明组：本发明组采用实施例4的装置以及换热方法；

对比例1：对比例1中的装置以及换热方法与本发明组相同，区别仅在于将列管式换热器7替换为普通卧式列管换热器；

对比例2：对比例2中的装置以及换热方法与本发明组相同，区别仅在于将列管式换热器7中的换热列管16替换为麻花铝式的列管换热器。

对比例3：对比例3中的装置以及换热方法与本发明组相同，区别仅在于不设置套管21。

对比例4：对比例5中的装置以及换热方法与本发明组相同，区别仅在于将耐磨型弯头替换为常规弯头。

对比例5：对比例:5中的装置以及换热方法与本发明组相同，区别仅在于不设置止逆器15。

实验采用的易结垢流体为：变换高温凝液。

实验的方法：采取连续运行五个月的方式，连续运行五个月后，工段进行年度中修，借此停车机会对设备进行拆检。

本发明组持续运行五个月，换热效果与初始投运一致，拆开后换热管进口及出口均无明显磨损及泄露部位，且换热管内部无结垢现象；原因分析：固体颗粒在换热管壁面附近的跳动，加大了对流动边界层的扰动，能防止或减缓污垢成分在壁面上的吸附沉积，且降低对流传热的热阻，增大对流传热系数；套管以及耐磨型弯头无明显磨损现象。

对比例1运行10d后换热效果下降，需启用备用设备，拆开后发现大量换热管结垢堵塞；原因分析：介质本身易结垢，且普通换热器无任何防结垢措施，造成普通卧式列管换热器堵塞，设备无法运行。

对比例2运行17d后换热效果明显下降，需启用备用设备，拆开后发现大量换热管结垢堵塞，且麻花铝表面也存在结垢现象，部分麻花铝断裂；原因分析：换热管内置麻花铝可一定程度增强流体的湍流状态，但增加的程度并不能避免结垢的产生，且由于麻花铝与流体剪应力的撞击，使用寿命受限，设备无法运行。

对比例3中设备连续运行五个月，换热效果与初始投运一致，拆开后换热管内部无结垢现象，换热管进口存在磨损现象，个别部位磨损严重，需更全部更换换热列管；原因分析：换热管进口部位颗粒与其撞击严重，无任何保护措施则易磨损，不仅造成进口管部分变形影响流体进入，且与壳程有连通风险；设备需要维护后才能正常运行。

对比例4设备连续运行四个月，换热效果与初始投运一致，但换热器出口弯头部位磨损泄露，需要更换弯头；原因分析：磨损部位为两相流严重紊流区域，磨损较其他部位更为迅速，无保护措施则严重影响设备使用寿命。

对比例5设备连续运行四个月，影响换热效果差，需启用备用设备，拆开后发现大量换热管结垢堵塞；原因分析：惰性颗粒循环效果不良时，部分颗粒不进入换热器中的换热管内，而是从换热器下管箱与固液分离器连接的管线直接倒流进入固液分离器中，导致换热管内防止结垢的惰性循环颗粒减少，防垢及清垢的功能减弱，在循环量过少时甚至没有防垢及清垢的作用，影响换热效果。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。上文的示例仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐磨型弯头，其特征在于：该弯头包括T型管（1），T型管（1）的第一端为弯头进口（2），第二端为弯头出口（3），第三端为堵头端（4）；所述弯头进口（2）和堵头端（4）设置在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的一种耐磨型弯头，其特征在于：所述弯头进口（2）处、弯头出口（3）以及堵头端（4）的T型管（1）的内腔为扩大管部（5）；弯头进口（2）为原管部。

3.根据权利要求2所述的一种耐磨型弯头，其特征在于：所述扩大管部（5）与原管部之间的直径比例为1.5～3：1。

4.根据权利要求1所述的一种耐磨型弯头，其特征在于：所述T型管（1）为小曲率半径的弯管，其曲率半径为 R/D=1～5。

5.根据权利要求1所述的一种耐磨型弯头，其特征在于：所述T型管（1）中堵头端（4）的内腔截面为圆弧状。

6.根据权利要求1所述的一种耐磨型弯头，其特征在于：所述弯头出口（3）靠近堵头端（4）的一侧设置。

7.根据权利要求1所述的一种耐磨型弯头，其特征在于：所述T型管（1）的内腔设有内衬耐磨涂层（6），内衬耐磨涂层（6）的材质为司太立硬质合金或碳化钨合金。

8.一种自洁式换热装置，其特征在于：该换热装置包括列管式换热器（7），列管式换热器（7）的出口通过如权利要求1-7中任一项所述的耐磨型弯头与固液分离器（8）的进口相连；

高温凝液管道（9）通过第一三通（10）与列管式换热器（7）的下管箱（11）的底部相连，第一三通（10）的第三端通过调节阀（12）、流量计（13）、第二三通（14）以及止逆器（15）与下管箱（11）的中部相连通；

所述固液分离器（8）底部的固相下沉管与第二三通（14）的第三端相连通，固液分离器（8）侧部的液相出口与污水处理终端（25）进口相连。

9.根据权利要求8所述的一种自洁式换热装置，其特征在于：所述列管式换热器（7）包括设在列管式换热器（7）内中部的若干个换热列管（16），换热列管（16）的底部与下管箱（11）相连通，换热列管（16）的顶部通过设在列管式换热器（7）的上管箱（17）与列管式换热器（7）的出口相连通；

所述下管箱（11）的内部设有液体分布器（18）以及惰性颗粒分布器（19）；

所述下管箱（11）的顶部设有管板（20），若干个换热列管（16）的底部穿过管板（20）设置在管板（20）下部3～5mm处；

所述若干个换热列管（16）的底部分别设有套管（21），套管（21）的上部为管状，且套装在换热列管（16）的内部；套管（21）的下部外圆周上设有一体结构的耐磨块（22），所述套管（21）上部的厚度为2～3mm，套管（21）下部耐磨块（22）的厚度为3～5mm；

所述管板（20）的下表面设有外衬耐磨涂层（23），外衬耐磨涂层（23）的材质为司太立硬质合金或碳化钨合金，外衬耐磨涂层（23）的厚度为2～5mm；

固液分离器（8）的顶部设有惰性固体颗粒装填仓（24）。

10.一种如权利要求7-8所述的自洁式换热装置的换热方法，其特征在于：该换热方法包括如下步骤：

步骤1：高温凝液中的一路通过第一三通（10）进入列管式换热器（7）的下管箱（11）内，高温凝液中的另一路通过第一三通（10）的第三端调节阀（12）、流量计（13）、第二三通（14）以及止逆器（15）进入列管式换热器（7）的下管箱（11）内；

惰性固体颗粒装填仓（24）内的惰性固体颗粒通过固液分离器（8）底部的固相下沉管以及第二三通（14）的第三端与高温凝液的另一路汇合，高温凝液的另一路提供动力将惰性固体颗粒输送至列管式换热器（7）的下管箱（11）中；

所述惰性固体颗粒为刚玉、陶瓷、不锈钢或石英砂；

步骤2：高温凝液进入下管箱（11）中通过液体分布器（18）、惰性颗粒分布器（19）以及套管（21）进入换热列管（16）内，并通过上管箱（17）和列管式换热器（7）的出口进入到耐磨型弯头内；

所述惰性固体颗粒进入下管箱（11）、套管（21）、换热列管（16）、上管箱（17）和耐磨型弯头中轨迹为随机运动，在随机运动的过程中惰性固体颗粒碰撞内壁能够防止结垢；

步骤3：管板（20）的下表面设有外衬耐磨涂层（23）能够起到增强管板（20）耐磨度的作用；耐磨块（22）以及套管（21）能够起到增强换热列管（16）耐磨度的作用；换热后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入弯头进口（2）后，耐磨型弯头内径变大压力变小，同时在T型管（1）的内腔设有内衬耐磨涂层（6）、堵头端（4）的内腔截面为圆弧状以及弯头出口（3）靠近堵头端（4）的一侧设置相互配合下能够提高耐磨型弯头的耐磨度；

步骤4：所述步骤2中进入耐磨型弯头后的高温凝液以及惰性固体颗粒进入固液分离器（8）内进行固液分离，固液分离后的惰性固体颗粒通过固液分离器（8）底部的固相下沉管以及第二三通（14）的第三端进入辅助管路内循环使用；固液分离后的液相通过固液分离器（8）侧部的液相出口与污水处理终端（25）进口相连。

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