CN112611253B - 一种冷却器自动清扫装置及其清扫控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工生产设备技术领域，具体为一种冷却器自动清扫装置及其清扫控制方法。其应用于负压蒸氨设备中，用于对不凝气冷却器进行自动清扫，不凝气冷却器采用列管式换热器，列管式换热器的壳程与氨气管道连通，列管式换热器的管程与冷却水连通；该装置包括：至少一个增加的列管式换热器、至少四个换热器管程用电磁阀、至少两个换热器壳程用电磁阀、至少四个压力传感器、至少四个温度传感器，以及PLC控制器。该装置可以有效解决负压蒸氨设备中不凝气冷却器的堵塞问题，并进行不停机地自动清扫，清扫效率高，可以有效提高负压蒸氨工艺的效率。

Description

一种冷却器自动清扫装置及其清扫控制方法

技术领域

本发明属于化工生产设备技术领域，具体为一种冷却器自动清扫装置及其清扫控制方法。

背景技术

含氨废水是化工厂生产过程中产生的废弃物，含氨废水的处理问题是化工行业比较普遍的问题，目前在几乎所有的炼油厂、联碱厂、化肥厂、焦化厂都需要使用相关蒸氨工艺和设备对含氨废水进行无害化处理。

目前，部分化工企业采用负压蒸氨工艺对含氨废水进行处理，该工艺中，管式炉加热蒸氨废水并减压，使一定温度的蒸氨废水达到过饱和状态析出蒸汽，并在蒸发器中完成气液分离，蒸汽进入蒸氨塔进行蒸氨，分离水进入废水中间槽，经泵送至管式炉内重新加热。富氨水经蒸氨塔蒸氨后产生氨蒸汽及蒸氨废水，蒸氨废水经降温后送酚氰污水处理站进行处理。氨蒸汽主要组分为氨及水蒸汽，上述组分经塔顶的氨分缩器冷却后，部分冷凝液回流至蒸氨塔，未被冷凝的氨汽进入全凝器进行冷却，冷却产生的冷凝液主要为17％浓度的氨水。氨水自流入氨水回流槽内，并被泵送至蒸氨塔回流用或下游工序使用。

负压蒸氨工艺中，氨水回流槽下部为液态的氨水，上部空间为未被冷凝的各类气体，这些未被冷凝的各类气体称为不凝气。不凝气进入到不凝气冷却器中，不凝气冷却器对不凝气进一步冷却，使得其中的部分气体液化并自流至氨水回流槽内，剩余不凝气成分进入真空喷射装置。真空喷射装置利用液体的高速流动产生射吸效应，吸入不凝气体，真空喷射装置主要有泵、喷射器、循环水箱及控制部分组成，真空喷射装置对不凝气冷却器、全凝器、氨水分缩器、蒸氨塔、蒸发器产生负压。真空喷射装置将抽吸的不凝气及循环液送入循环水箱，进行气液分离，气体送至煤气负压系统回收，液体作为循环液继续经泵送至真空装置水箱使用。

在现有的负压蒸氨工艺设备中还存在如下缺陷：不凝气冷却器通常使用不锈钢列管式换热器，该换热器利用低温水冷却，低温水走管程，而不凝气成分走壳程。实际运行中不凝气组分中部分烃类杂质和其他有机杂质可能会冷凝产生的低熔点的软固态混合物，这些软固态杂质会附着在冷却器的列管管外，对换热器的壳程通道造成堵塞。当堵塞问题较为严重时，冷却器的冷凝效果会变差，并使得流体的流通阻力增大，进而造成设备真空度下降，使得负压蒸氨工艺无法正常进行。

常规的解决换热器堵塞问题的方法是通过高温蒸汽对换热器的壳程通道进行吹扫，吹扫过程需要对负压蒸氨设备进行整体停机；这种传统吹扫方式在壳程通入蒸汽加热，融化堵塞的物质，热蒸汽与堵塞物的接触面积小，导热效果差，加热时间长，吹扫效率低。此外，这种传统的吹扫方式还会产生较多的含氨废水，增大负压蒸氨系统的运行压力。

发明内容

针对现有的技术方案存在的问题，本发明的目的在于提供一种冷却器自动清扫装置及其清扫控制方法，该装置可以有效解决负压蒸氨设备中不凝气冷却器的堵塞问题，并进行不停机地自动清扫，清扫效率高，可以有效提高负压蒸氨工艺的效率。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种冷却器自动清扫装置，其应用于负压蒸氨设备中，用于对负压蒸氨设备中的不凝气冷却器进行自动清扫，不凝气冷却器采用第一换热器，第一换热器为列管式换热器，待冷却的不凝气沿第一换热器的壳程流通，用于冷却的流体沿第一换热器的管程流通；冷却器自动清扫装置包括：至少一个第二换热器，至少四个管程用电磁阀，至少两个壳程用电磁阀，至少四个压力传感器，至少四个温度传感器以及PLC控制器。

第二换热器与第一换热器并联；蒸汽锅炉用于提供热流体，热流体通过蒸汽管道传输，热流体用于加热第一换热器或第二换热器壳程内的不凝气杂质形成的冷凝固化物。

四个管程用电磁阀分别用于控制蒸汽管道内的热流体或冷凝管道内的冷流体分别进/ 出所述第一换热器或第二换热器的管程。两个壳程用电磁阀分别用于控制氨气管道中的不凝气流体分别进/出所述第一换热器或第二换热器的壳程。

四个压力传感器分别用于检测第一换热器壳程的前端和后端的气压，以及检测第二换热器壳程的前端和后端的气压；至少四个温度传感器分别用于检测第一换热器管程的前端和后端的流体温度，以及检测第二换热器管程的前端和后端的流体温度。

PLC控制器用于接收和分析所述压力传感器和温度传感器的检测结果；根据检测结果判断第一换热器或第二换热器壳程的导通度，并根据第一换热器或第二换热器壳程的导通度控制管程用电磁阀和壳程用电磁阀的开闭状态；蒸汽锅炉、壳程用电磁阀、管程用电磁阀、温度传感器和压力传感器均与PLC控制器电连接。

PLC控制器的判断和控制过程如下：

第一换热器和第二换热器的其中一个处于运行状态时，检测该换热器壳程两端的压差Δp以及管程两端的温度差Δt：

(1)当满足Δp≤P0或Δt≥T0中的至少一个条件时，判断该换热器的壳程未出现堵塞；此时，保持该换热器的正常工作状态；

(2)当满足Δp＞P0且Δt＜T0时，且持续保持这种状态达到特定时间周期T后，判断该换热器的壳程出现明显堵塞；此时将氨气管道中的不凝气和冷凝管道中的冷流体切换到另一个换热器中进行冷却，并将该换热器管程中的冷流体切换为蒸汽管道中的热流体，对该换热器的壳程进行加热清扫；

其中，T0和P0均为本领域技术专家根据经验确定的特定值,换热器壳程逐渐堵塞过程中,壳程两端流体压力差会逐渐增大,管程两端流体温度差会逐渐缩小,确定一个判断为堵塞时的最小压力差值即为P0,确定一个判断为堵塞时最大温度差值即为T0；

第一换热器和第二换热器的其中一个处于清扫状态时，检测该换热器壳程两端的气压 p1、p2；以及管程两端的温度t1、t2：

(1)当满足|p1-p2|≤P1且|t1-t2|≤T1，判断该换热器清扫完成；

(2)当满足|p1-p2|＞P1或|t1-t2|＞T1时，判断该换热器清扫未完成，继续执行加热清扫过程；

其中P1和T1为本领域专家根据经验确定的特定值；该值确定的条件是：当清扫完成后，壳程两端气压和管程温度处于非常接近的状态，且数值上存在一定的差异，确定清扫结束时后两端数值的最大差异值，即为P1和T1，当实际测量值大于该特定值认为清扫过程未完成，当实际测量值不大于该特定值认为清扫过程完成。

进一步地，管程用电磁阀均为两位三通电磁阀，分别包括第一电磁阀，第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀；第一电磁阀和第三电磁阀均为二进一出电磁阀，第一电磁阀和第三电磁阀的其中一个进口与蒸汽管道的输入口连通，另一个进口与冷凝管道的输入口连通，第一电磁阀和第三电磁阀的出口与第一换热器的管程入口连通；第二电磁阀和第四电磁阀均为一进二出电磁阀，第二电磁阀和第四电磁阀的进口与第二换热器的管程出口连通；第二电磁阀和第四电磁阀的其中一个出口与蒸汽回收管道连通，另一个出口与冷凝水回收管道连通。

进一步地，壳程用电磁阀均为两位三通电磁阀，分别为第五电磁阀和第六电磁阀,第五电磁阀为一进二出电磁阀，第五电磁阀的进口与氨气管道的输入口连通，第一电磁阀C的其中一个出口与第一换热器的壳程入口连通，另一个出口与第二换热器的壳程入口连通；第六电磁阀为二进一出电磁阀，第六电磁阀的其中一个进口与第一换热器的壳程出口连通，另一个进口与第二换热器的壳程出口连通；第六电磁阀的出口与氨水回流管道连通。

进一步地，压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器；第一换热器和第二换热器的壳程入口和壳程出口处分别设置球形的压力检测腔；第一压力传感器位于第一换热器的壳程前端，第二压力传感器位于第一换热器的壳程后端；第三压力传感器位于第二换热器的壳程前端，第四压力传感器位于第二换热器的壳程后端；压力传感器为耐腐蚀的高温气体压力传感器，压力传感器的敏感元件位于压力检测腔内，压力传感器的转换元件位于压力检测腔外。

进一步地，温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；第一换热器和第二换热器的管程入口和管程出口处分别设置的流体温度检测腔；第一温度传感器位于第一换热器的管程前端，第二温度传感器位于第一换热器的管程后端；第三温度传感器位于第二换热器的管程前端，第四温度传感器位于第二换热器的管程后端。

进一步地，冷凝管道内的冷流体为低温冷却水，蒸汽管道内的热流体为高温水蒸气；蒸汽回收管道和冷凝水回收管道均与循环水回收槽连通；循环水回收槽中的冷却水经回流泵回流作为生产蒸汽或冷却水的水源；回流泵与PLC控制器电连接，由PLC控制器对其运行状态进行控制。

进一步地，蒸汽锅炉和蒸汽管道间通过单通电磁阀连通，单通电磁阀控制流体沿蒸汽锅炉流入到蒸汽管道内；蒸汽锅炉、单通电磁阀均与PLC控制器电连接，由PLC控制器对其运行状态进行控制。

进一步地，第一换热器和第二换热器均为列管式换热器；第一换热器和第二换热器分时使用，其中一个换热器用于冷却氨气管道内的流体时，另一个换热器处于壳程清扫状态或闲置状态。

本发明还提供一种清扫控制方法，该方法应用于前述冷却器自动清扫装置中，由冷却器自动清扫装置中PLC控制器控制实现，其包括如下过程：

S1、初始状态下，第一换热器对不凝气进行冷却；PLC控制器通过第五电磁阀和第六电磁阀控制氨气管道中的流体沿第一换热器的壳程进出；PLC控制器通过第一电磁阀和第二电磁阀控制冷凝管道内的冷流体沿第一换热器的管程进出，蒸汽锅炉不工作，单通电磁阀关闭，第二换热器壳程和管程均处于闲置状态；保持上述状态运行；

S2、上步骤的运行状态下，PLC控制器通过第一压力传感器和第二压力传感器检测第一换热器壳程两端的压力检测腔内的压强，并计算气压差Δp，PLC控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器检测第一换热器管程两端的流体温度检测腔内的冷流体温度，计算温度差Δt；

S3、由PLC控制器根据气压差Δp和温度差Δt的检测结果做出如下判断和决策：

(1)当满足Δp≤P0或Δt≥T0中的至少一个条件时，判断该换热器的壳程未出现堵塞；此时，保持第一换热器的正常工作状态；

(2)当满足Δp＞P0且Δt＜T0时，判断该换热器的壳程出现明显堵塞；此时执行如下清扫策略：

由第五电磁阀和第六电磁阀控制，将氨气管道内的流体切换至沿第二换热器的壳程中进出；蒸汽锅炉工作，单通电磁阀导通；同时通过第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀控制，使得蒸汽管道内的热流体沿第一换热器的管程中进出，使得冷凝管道中的冷流体沿第二换热器的管程中进出；

其中，T0和P0均为本领域技术专家根据经验确定的特定值,换热器壳程逐渐堵塞过程中,壳程两端流体压力差会逐渐增大,管程两端流体温度差会逐渐缩小,确定一个判断为堵塞时的最小压力差值即为P0,确定一个判断为堵塞时最大温度差值即为T0；

S4、第一换热器处于清扫状态时，通过第一温度传感器和第二温度传感器持续检测第一换热器的管程两端的流体温度t1和t2，并通过第一压力传感器和第二压力传感器持续监测换第一换热器的壳程两端的压强p1和p2，根据检测结果做出如下判断和决策：

(1)当满足|p1-p2|≤P1且|t1-t2|≤T1，判断该换热器清扫完成；

(2)当满足|p1-p2|＞P1或|t1-t2|＞T1时，判断该换热器清扫未完成，继续执行加热清扫过程；

其中P1和T1为本领域专家根据经验确定的特定值；该值确定的条件是：当清扫完成后，壳程两端压力和管程温度处于非常接近的状态，且数值上存在一定的差异，确定清扫结束时后两端数值的最大差异值，即为P1和T1，当实际测量值大于该特定值认为清扫过程未完成，当实际测量值不大于该特定值认为清扫过程完成；

S5、第二换热器处于冷却工作状态时，对第二换热器执行如步骤S2和S3的检测、判断和决策过程，在检测到第二换热器的壳程处于堵塞状态时，将氨气管道中的不凝气流体切换到清洁完成后的第一换热器的壳程中，同时对第二换热器执行如步骤S4的清扫过程。

本发明提供的一种冷却器自动清扫装置及其清扫控制方法，具有如下有益效果：

1、该型自动清扫装置采用多换热器的模式，在其中某个换热器发生堵塞时，能够将不凝气的冷却过程自动切换到其它的换热器中，保证至少有一个换热器处于可运行的状态，从而保证负压蒸氨工艺流程不会发生中断，其中堵塞状态的检测，清扫和切换等动作由PLC 控制器自动完成，无需人工干预，设备的自动化程度极高。

2、该装置中设置了温度和压力传感器，分别对换热器的管程和壳程两端的流体温度和压强进行检测；当换热器的壳程堵塞或畅通度降低时，其壳程两端的流体的压强必然出现增大的情况，而随着壳程中流体的流量降低，其管程两端的用于冷却的流体温度差必然减小；综合这两个判据能更准确地提前发现壳程的堵塞状态，并及时进行清扫处理。

3、同时结合该温度和气压的判据还可以对清扫状态下的管道的畅通性进行检测，使得清扫状态结束后设备能够对蒸汽管道中流体的进行及时地断流，降低设备无效运行状态下的能耗。

4、该装置冷却过程使用的冷凝水和加热过程中使用的高温水蒸气，均在后段进行回收再利用，可以作为蒸汽或冷凝水的循环水源，且冷凝管道和蒸汽管道与含有机物的氨气管道隔绝，降低了污水的产生，具有更高的节能和环保性。

5、本发明提供的自动清扫装置的清扫过程中，采用管程加热的方式对壳程内的冷凝物进行加热；因此相对于传统的清扫工艺而言，加热效率更高，清扫效果更好。

6、本发明采用多个两位三通电磁阀对各不同管道中流体的流通方向进行切换，从而减少阀体的使用，提高了流体流向的切换效率；使得负压蒸氨设备的综合成本能够得到有效控制。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1中负压蒸氨设备中包含冷却器自动清扫装置的部分结构示意图；

图2为本发明实施例1中冷却器自动清扫装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1中第一换热器的结构示意图；

图4为本发明实施例1中冷却器自动清扫装置的模块连接图；

图5为本发明实施例2中冷却器自动清扫装置的运行流程图

图中标注：1、第一换热器；2、第二换热器；3、第一电磁阀；4、第二电磁阀；5、第三电磁阀；6、第四电磁阀；7、第五电磁阀；8、第六电磁阀；9、循环水回收槽；10、回流泵；11、蒸汽锅炉；12、单通电磁阀；13、第一温度传感器；14、第二温度传感器； 15、第三温度传感器；16、第四温度传感器；17、第一压力传感器；18、第二压力传感器； 19、第三压力传感器；20、第四压力传感器；21、第一全凝器；22、第二全凝器；23、氨水回流槽；24、真空喷射装置；25、真空装置水箱；31、蒸汽管道；32、冷凝管道；33、氨水回流管道；34、氨气管道；35、冷凝水回收管道；36、蒸汽回收管道；100、PLC控制器；101、管程入口；102、管程出口；103、壳程入口；104、壳程出口；105、压力检测腔；106、流体温度检测腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的冷却器自动清扫装置应用于负压蒸氨设备中，用于对负压蒸氨设备中的不凝气冷却器进行自动清扫，不凝气冷却器为第一换热器1，第一换热器1采用列管式换热器，第一换热器1的壳程与氨气管道34连通，第一换热器1的管程与冷凝管道32连通；在负压蒸氨设备中，真空喷射装置24与真空装置水箱25连通，真空喷射装置24利用液体的高速流动产生射吸效应，将氨气管道34中的不凝气体吸入到第一换热器1中，真空喷射装置24对第一换热器1、第二换热器2、第一全凝器21、第二全凝器 22、氨水分缩器、蒸氨塔以及蒸发器等设备产生负压状态。同时，真空喷射装置24将抽吸的不凝气及循环液送入氨水回流槽23进行气液分离，气体送至煤气负压系统回收，液体作为循环液继续经泵送至真空装置水箱25使用。

如图2所示，本实施例提供的一种冷却器自动清扫装置包括：至少一个第二换热器2，至少四个管程用电磁阀，至少两个壳程用电磁阀，至少四个压力传感器，至少四个温度传感器以及PLC控制器100。

第二换热器2与第一换热器1并联；蒸汽锅炉11用于提供热流体，热流体通过蒸汽管道31传输，热流体用于加热第一换热器1或第二换热器2壳程内的不凝气杂质形成的冷凝固化物。

四个管程用电磁阀分别用于控制蒸汽管道31内的热流体或冷凝管道32内的冷流体分别进/出所述第一换热器1或第二换热器2的管程。两个壳程用电磁阀分别用于控制氨气管道34中的不凝气流体分别进/出所述第一换热器1或第二换热器2的壳程。

四个压力传感器分别分别用于检测第一换热器1壳程的前端和后端的气压，以及检测第二换热器2壳程的前端和后端的气压；至少四个温度传感器分别用于检测第一换热器1 管程的前端和后端的流体温度，以及检测第二换热器2管程的前端和后端的流体温度。

PLC控制器100用于接收和分析压力传感器和温度传感器的检测结果；根据检测结果判断第一换热器1或第二换热器2壳程的导通度，并根据第一换热器1或第二换热器2壳程的导通度控制管程用电磁阀和壳程用电磁阀的开闭状态；如图4所示，蒸汽锅炉11、壳程用电磁阀、管程用电磁阀、温度传感器和压力传感器均与PLC控制器100电连接。

PLC控制器100的判断和控制过程如下：

第一换热器1和第二换热器2的其中一个处于运行状态时，检测该换热器壳程两端的气压差Δp以及管程两端的温度差Δt：

(1)当满足Δp≤P0或Δt≥T0中的至少一个条件时，判断该换热器的壳程未出现堵塞；此时，保持该换热器的正常工作状态；

(2)当满足Δp＞P0且Δt＜T0时，判断该换热器的壳程出现明显堵塞；此时将氨气管道34中的不凝气和冷凝管道32中的冷流体切换到另一个换热器中进行冷却，并将该换热器管程中的冷流体切换为蒸汽管道31中的热流体，对该换热器的壳程进行加热清扫；

其中，T0和P0均为本领域技术专家根据经验确定的特定值,换热器壳程逐渐堵塞过程中,壳程两端流体压力差会逐渐增大,管程两端流体温度差会逐渐缩小,确定一个判断为堵塞时的最小压力差值即为P0,确定一个判断为堵塞时最大温度差值即为T0；

第一换热器1和第二换热器2的其中一个处于清扫状态时，检测该换热器壳程两端的气压p1、p2；以及管程两端的温度t1、t2：

(1)当满足|p1-p2|≤P1且|t1-t2|≤T1，判断该换热器清扫完成；

(2)当满足|p1-p2|＞P1或|t1-t2|＞T1时，判断该换热器清扫未完成，继续执行加热清扫过程；

其中P1和T1为本领域专家根据经验确定的特定值；该值确定的条件是：当清扫完成后，壳程两端气压和管程温度处于非常接近的状态，且数值上存在一定的差异，确定清扫结束时后两端数值的最大差异值，即为P1和T1，当实际测量值大于该特定值认为清扫过程未完成，当实际测量值不大于该特定值认为清扫过程完成。

管程用电磁阀均为两位三通电磁阀，分别包括第一电磁阀3，第二电磁阀4、第三电磁阀5以及第四电磁阀6；第一电磁阀3和第三电磁阀5均为二进一出电磁阀，第一电磁阀 3和第三电磁阀5的其中一个进口与蒸汽管道31的输入口连通，另一个进口与冷凝管道 32的输入口连通，第一电磁阀3和第三电磁阀5的出口与第一换热器1的管程入口101连通；第二电磁阀4和第四电磁阀6均为一进二出电磁阀，第二电磁阀4和第四电磁阀6的进口与第二换热器2的管程出口102连通；第二电磁阀4和第四电磁阀6的其中一个出口与蒸汽回收管道36连通，另一个出口与冷凝水回收管道35连通。

壳程用电磁阀均为两位三通电磁阀，分别为第五电磁阀7和第六电磁阀8,第五电磁阀 7为一进二出电磁阀，第五电磁阀7的进口与氨气管道34的输入口连通，第一电磁阀3C的其中一个出口与第一换热器1的壳程入口103连通，另一个出口与第二换热器2的壳程入口103连通；第六电磁阀8为二进一出电磁阀，第六电磁阀8的其中一个进口与第一换热器1的壳程出口104连通，另一个进口与第二换热器2的壳程出口104连通；第六电磁阀8的出口与氨水回流管道33连通。

压力传感器包括第一压力传感器17、第二压力传感器18、第三压力传感器19和第四压力传感器20；如图3所示，第一换热器1和第二换热器2的壳程入口103和壳程出口 104处分别设置球形的压力检测腔105；第一压力传感器17位于第一换热器1的壳程前端，第二压力传感器18位于第一换热器1的壳程后端；第三压力传感器19位于第二换热器2 的壳程前端，第四压力传感器20位于第二换热器2的壳程后端；压力传感器为耐腐蚀的高温气体压力传感器，压力传感器的敏感元件位于压力检测腔105内，压力传感器的转换元件位于压力检测腔105外。

温度传感器包括第一温度传感器13、第二温度传感器14、第三温度传感器15和第四温度传感器16；如图3所示，第一换热器1和第二换热器2的管程入口101和管程出口 102处分别设置的流体温度检测腔106；第一温度传感器13位于第一换热器1的管程前端，第二温度传感器14位于第一换热器1的管程后端；第三温度传感器15位于第二换热器2 的管程前端，第四温度传感器16位于第二换热器2的管程后端。

冷凝管道32内的冷流体为低温冷凝水，蒸汽管道31内的热流体为高温水蒸气；蒸汽回收管道36和冷凝水回收管道35均与循环水回收槽9连通；循环水回收槽9中的冷却水经回流泵10回流后作为生产蒸汽的水源；回流泵10与PLC控制器100电连接，由PLC控制器100对其运行状态进行控制。

蒸汽锅炉11和蒸汽管道31间通过单通电磁阀12连通，单通电磁阀12控制流体沿蒸汽锅炉11流入到蒸汽管道31内；蒸汽锅炉11、单通电磁阀12均与PLC控制器100电连接，由PLC控制器100对其运行状态进行控制。

第一换热器1和第二换热器2均为列管式换热器；第一换热器1和第二换热器2分时使用，其中一个换热器用于冷却氨气管道34内的流体时，另一个换热器处于壳程清扫状态或闲置状态。

本实施例通过采用并列的第一换热器1和第二换热器2，使得负压蒸氨设备中的某个换热器发生堵塞之后，系统可以直接将氨气管道34中不凝气的冷却过程中切换到另一个换热器中，同时利用蒸汽锅炉11产生高温蒸汽，将高温蒸汽通入到堵塞后的换热器的管程内，在管程内对壳程中的有机物进行加热，达到清扫效果。当堵塞的换热器重新导通后，则单通电磁阀12将蒸汽管道31关闭；清扫后的换热器属于闲置的待用状态；待另一个换热器堵塞后，则重新切换会清扫后的换热器，并对后一个换热器进行清扫。在该过程中，负压蒸氨工艺的流程不会中止，可以保持不停机运行。

本实施例中，第一换热器1和第二换热器2的堵塞状态和清扫完成状态的检测由温度传感器和压力传感器配合完成，检测的准确度和可信度极高。其检测原理在于：在正常使用状态下，氨水管道中的流体的流速基本恒定，其经过第一换热器1或第二换热器2进行冷凝时，大致保持换热器壳程两端的流体压强恒定，同时，管程中的冷流体的流速大致恒定，管程两端的冷流体的温度差值也大致恒定。

当换热器壳程中部分有机物冷凝固化后，会对换热器的壳程造成阻塞，从而改变壳程中流体的流速，在这种状态下，换热器壳程前端的气体压强会显著增大，而后端压强显著减小，两相叠加导致气压差明显增大。除此之外，壳程堵塞后，管程的冷凝作用也会减弱，因为壳程流体减少，则消耗的管程热量减少，导致管程两端的冷流体的温度差进一步降低。如果根据经验选择一个特定的压强差或温度差的值，当满足该值条件时，则可以判断此时换热器的壳程处于堵塞的状态。

清扫状态下，通过上述过程中可分析出，当壳程两端的压强大致相等，且管程两端的热流体的温度也大致相等，则可以认为壳程中的堵塞物已经与热流体的温度保持一致，此时堵塞的固化物必然已经融化了，即可判断此时壳程已经清扫完毕。

本实例中，特意选择高温水蒸气作为加热的热流体，而采用低温的冷凝水作为冷流体，二者的成分一致，因此在管程中进行切换时不会发生污染，且可以在完成冷却或加热过程后，对流体进行回收利用。采用这种方案具有明显的节能减排效果，非常环保。

实施例2

如图5所示，本实施例提供一种清扫控制方法，该方法应用于实施例1的冷却器自动清扫装置中，由冷却器自动清扫装置中PLC控制器100控制实现，其包括如下过程：

S1、初始状态下，第一换热器1对不凝气进行冷却；PLC控制器100通过第五电磁阀7和第六电磁阀8控制氨气管道34中的流体沿第一换热器1的壳程进出；PLC控制器100通过第一电磁阀3和第二电磁阀4控制冷凝管道32内的冷流体沿第一换热器1的管程进出，蒸汽锅炉11不工作，单通电磁阀12关闭，第二换热器2壳程和管程均处于闲置状态；保持上述状态运行。

S2、上步骤的运行状态下，PLC控制器100通过第一压力传感器17和第二压力传感器18检测第一换热器1壳程两端的压力检测腔105内的压强，并计算气压差Δp，PLC控制器100通过第一温度传感器13和第二温度传感器14检测第一换热器1管程两端的流体温度检测腔106内的冷流体温度，计算温度差Δt。

S3、由PLC控制器100根据气压差Δp和温度差Δt的检测结果做出如下判断和决策：

(1)当满足Δp≤P0或Δt≥T0中的至少一个条件时，判断该换热器的壳程未出现堵塞；此时，保持第一换热器1的正常工作状态；

(2)当满足Δp＞P0且Δt＜T0时，判断该换热器的壳程出现明显堵塞；

其中，T0和P0均为本领域技术专家根据经验确定的特定值,换热器壳程逐渐堵塞过程中,壳程两端流体压力差会逐渐增大,管程两端流体温度差会逐渐缩小,确定一个判断为堵塞时的最小压力差值即为P0,确定一个判断为堵塞时最大温度差值即为T0；

此时执行如下清扫策略：由第五电磁阀7和第六电磁阀8控制，将氨气管道34内的流体切换至沿第二换热器2的壳程中进出；蒸汽锅炉11工作，单通电磁阀12导通；同时通过第一电磁阀3、第二电磁阀4、第三电磁阀5和第四电磁阀6控制，使得蒸汽管道31内的热流体沿第一换热器1的管程中进出，使得冷凝管道32中的冷流体沿第二换热器2的管程中进出。

S4、第一换热器1处于清扫状态时，通过第一温度传感器13和第二温度传感器14持续检测第一换热器1的管程两端的流体温度t1和t2，并通过第一压力传感器17和第二压力传感器18持续监测换第一换热器1的壳程两端的压强p1和p2，根据检测结果做出如下判断和决策：

(1)当满足|p1-p2|≤P1且|t1-t2|≤T1，判断该换热器清扫完成；

(2)当满足|p1-p2|＞P1或|t1-t2|＞T1时，判断该换热器清扫未完成，继续执行加热清扫过程；控制蒸汽管道31上的单通电磁阀12关闭。

其中P1和T1为本领域专家根据经验确定的特定值；该值确定的条件是：当清扫完成后，壳程两端气压和管程温度处于非常接近的状态，且数值上存在一定的差异，确定清扫结束时后两端数值的最大差异值，即为P1和T1，当实际测量值大于该特定值认为清扫过程未完成，当实际测量值不大于该特定值认为清扫过程完成。

S5、第二换热器2处于冷却工作状态时，对第二换热器2执行如步骤S2和S3的检测、判断和决策过程，在检测到第二换热器2的壳程处于堵塞状态时，将氨气管道34中的不凝气流体切换到清洁完成后的第一换热器1的壳程中，同时对第二换热器2执行如步骤S4 的清扫过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种冷却器自动清扫装置，其应用于负压蒸氨设备中，用于对负压蒸氨设备中的不凝气冷却器进行自动清扫，所述不凝气冷却器采用第一换热器，第一换热器为列管式换热器，待冷却的不凝气沿第一换热器的壳程流通，用于冷却的冷流体沿第一换热器的管程流通；其特征在于，所述冷却器自动清扫装置包括：

至少一个第二换热器，其与所述第一换热器并联；所述第一换热器和第二换热器壳程内的不凝气杂质形成的冷凝固化物由热流体加热融化，热流体由蒸汽锅炉产生，热流体通过蒸汽管道传输；

至少四个管程用电磁阀，其分别用于控制蒸汽管道内的热流体或冷凝管道内的冷流体进/出所述第一换热器或第二换热器的管程；

至少两个壳程用电磁阀，其分别用于控制氨气管道中的不凝气流体进/出所述第一换热器或第二换热器的壳程；

至少四个压力传感器，其分别用于检测第一换热器壳程的前端和后端的压力，以及检测第二换热器壳程的前端和后端的压力；

至少四个温度传感器，其分别用于检测第一换热器管程的前端和后端的流体温度，以及检测第二换热器管程的前端和后端的流体温度；以及

PLC控制器，其用于接收和分析所述压力传感器和温度传感器的检测结果；根据检测结果判断第一换热器或第二换热器壳程的导通度，并根据第一换热器或第二换热器壳程的导通度控制管程用电磁阀和壳程用电磁阀的开闭状态；所述第一换热器和第二换热器分时使用，其中一个换热器用于冷却氨气管道内的流体时，另一个换热器处于壳程清扫状态或闲置状态；蒸汽锅炉、壳程用电磁阀、管程用电磁阀、温度传感器和压力传感器均与PLC控制器电连接；

PLC控制器的判断和控制过程如下：

第一换热器和第二换热器的其中一个处于运行状态时，检测该换热器壳程两端的气压差Δp以及管程两端的温度差Δt：

(1)当满足Δp≤P0或Δt≥T0中的至少一个条件时，判断该换热器的壳程未出现堵塞；此时，保持该换热器的正常工作状态；

(2)当满足Δp＞P0且Δt＜T0，且持续保持这种状态达到特定时间周期T后，判断该换热器的壳程出现明显堵塞；此时将氨气管道中的不凝气和冷凝管道中的冷流体切换到另一个换热器中进行冷却，并将该换热器管程中的冷流体切换为蒸汽管道中的热流体，对该换热器的壳程进行加热清扫；

其中，所述T0和P0均为本领域技术专家根据经验确定的特定值,换热器壳程逐渐堵塞过程中,壳程两端流体压力差会逐渐增大,管程两端流体温度差会逐渐缩小,确定一个判断为堵塞时的最小压力差值即为P0,确定一个判断为堵塞时的最大温度差值即为T0；

第一换热器和第二换热器的其中一个处于清扫状态时，检测该换热器壳程两端的气压p1、p2；以及管程两端的温度t1、t2：

(1)当满足|p1-p2|≤P1且|t1-t2|≤T1，判断该换热器清扫完成；

(2)当满足|p1-p2|＞P1或|t1-t2|＞T1时，判断该换热器清扫未完成，继续执行加热清扫过程；

其中，P1和T1均为本领域专家根据经验确定的特定值；该值确定的条件是：当清扫完成后，壳程两端流体压力和管程两端流体温度处于非常接近的状态，但数值上存在一定的差异；确定清扫结完成状态下，壳程和管程两端数值的最大差异值即为P1和T1，当实际测量值大于该特定值认为清扫过程未完成，当实际测量值不大于该特定值时认为清扫过程完成。

2.如权利要求1所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述管程用电磁阀均为两位三通电磁阀，分别包括第一电磁阀，第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀；所述第一电磁阀和第三电磁阀均为二进一出电磁阀，第一电磁阀和第三电磁阀的其中一个进口与蒸汽管道的输入口连通，另一个进口与冷凝管道的输入口连通，第一电磁阀和第三电磁阀的出口与第一换热器的管程入口连通；所述第二电磁阀和第四电磁阀均为一进二出电磁阀，第二电磁阀和第四电磁阀的进口与第二换热器的管程出口连通；第二电磁阀和第四电磁阀的其中一个出口与蒸汽回收管道连通，另一个出口与冷凝水回收管道连通。

3.如权利要求1所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述壳程用电磁阀均为两位三通电磁阀，分别为第五电磁阀和第六电磁阀,所述第五电磁阀为一进二出电磁阀，第五电磁阀的进口与氨气管道的输入口连通，第一电磁阀C的其中一个出口与第一换热器的壳程入口连通，另一个出口与第二换热器的壳程入口连通；所述第六电磁阀为二进一出电磁阀，第六电磁阀的其中一个进口与第一换热器的壳程出口连通，另一个进口与第二换热器的壳程出口连通；第六电磁阀的出口与氨水回流管道连通。

4.如权利要求1所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器；所述第一换热器和第二换热器的壳程入口和壳程出口处分别设置球形的压力检测腔；所述第一压力传感器位于第一换热器的壳程前端，第二压力传感器位于第一换热器的壳程后端；第三压力传感器位于第二换热器的壳程前端，第四压力传感器位于第二换热器的壳程后端；压力传感器为耐腐蚀的高温气体压力传感器，压力传感器的敏感元件位于压力检测腔内，压力传感器的转换元件位于压力检测腔外。

5.如权利要求1所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述温度传感器包括第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器和第四温度传感器；所述第一换热器和第二换热器的管程入口和管程出口处分别设置的流体温度检测腔；所述第一温度传感器位于第一换热器的管程前端，第二温度传感器位于第一换热器的管程后端；第三温度传感器位于第二换热器的管程前端，第四温度传感器位于第二换热器的管程后端。

6.如权利要求1所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述蒸汽管道内的热流体为高温水蒸气，冷凝管道中的冷流体为冷却水；蒸汽回收管道和冷凝水回收管道均与循环水回收槽连通；循环水回收槽中的冷却水经回流泵回流作为生产蒸汽或冷却水的水源；回流泵与PLC控制器电连接，由PLC控制器对其运行状态进行控制。

7.如权利要求6所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述蒸汽锅炉和蒸汽管道间通过单通电磁阀连通，单通电磁阀控制流体沿蒸汽锅炉流入到蒸汽管道内；所述蒸汽锅炉、单通电磁阀均与PLC控制器电连接，由PLC控制器对其运行状态进行控制。

8.如权利要求1所述的冷却器自动清扫装置，其特征在于：所述第一换热器和第二换热器均为列管式换热器；所述第一换热器和第二换热器分时使用，其中一个换热器用于冷却氨气管道内的流体时，另一个换热器处于壳程清扫状态或闲置状态。

9.一种清扫控制方法，其特征在于：所述方法应用于权利要求1-8任意一项所述的冷却器自动清扫装置中，所述方法由冷却器自动清扫装置中PLC控制器控制实现，其包括如下过程：

S1、初始状态下，第一换热器对不凝气进行冷却；PLC控制器通过第五电磁阀和第六电磁阀控制氨气管道中的流体沿第一换热器的壳程进出；PLC控制器通过第一电磁阀和第二电磁阀控制冷凝管道内的冷流体沿第一换热器的管程进出，单通电磁阀关闭，第二换热器壳程和管程均处于闲置状态；保持上述状态运行；

S2、上步骤的运行状态下，PLC控制器通过第一压力传感器和第二压力传感器检测第一换热器壳程两端的压力检测腔内的压强，并计算气压差Δp，PLC控制器通过第一温度传感器和第二温度传感器检测第一换热器管程两端的流体温度检测腔内的冷流体温度，计算温度差Δt；

S3、由PLC控制器根据气压差Δp和温度差Δt的检测结果做出如下判断和决策：

(1)当满足Δp≤P0或Δt≥T0中的至少一个条件时，判断该换热器的壳程未出现堵塞；此时，保持第一换热器的正常工作状态；

(2)当满足Δp＞P0且Δt＜T0时，判断该换热器的壳程出现明显堵塞；此时执行如下清扫策略：由第五电磁阀和第六电磁阀控制，将氨气管道内的流体切换至沿第二换热器的壳程中进出；蒸汽锅炉工作，单通电磁阀导通；同时通过第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀控制，使得蒸汽管道内的热流体沿第一换热器的管程中进出，使得冷凝管道中的冷流体沿第二换热器的管程中进出；

其中，所述T0和P0均为本领域技术专家根据经验确定的特定值,换热器壳程逐渐堵塞过程中,壳程两端流体压力差会逐渐增大,管程两端流体温度差会逐渐缩小,确定一个判断为堵塞时的最小压力差值即为P0,确定一个判断为堵塞时最大温度差值即为T0；

S4、第一换热器处于清扫状态时，通过第一温度传感器和第二温度传感器持续检测第一换热器的管程两端的流体温度t1和t2，并通过第一压力传感器和第二压力传感器持续监测换第一换热器的壳程两端的压强p1和p2，根据检测结果做出如下判断和决策：

(1)当满足|p1-p2|≤P1且|t1-t2|≤T1，判断该换热器清扫完成；

(2)当满足|p1-p2|＞P1或|t1-t2|＞T1时，判断该换热器清扫未完成，继续执行加热清扫过程；

其中，P1和T1为本领域专家根据经验确定的特定值；该值确定的条件是：当清扫完成后，壳程两端流体压力和管程两端流体温度处于非常接近的状态，但数值上存在一定的差异；确定清扫结完成状态下，壳程和管程两端数值的最大差异值即为P1和T1，当实际测量值大于该特定值认为清扫过程未完成，当实际测量值不大于该特定值时认为清扫过程完成；

S5、第二换热器处于冷却工作状态时，对第二换热器执行如步骤S2和S3的检测、判断和决策过程，在检测到第二换热器的壳程处于堵塞状态时，将氨气管道中的不凝气流体切换到清洁完成后的第一换热器的壳程中，同时对第二换热器执行如步骤S4的清扫过程。

Images