CN112857127A - 自清洗封头盖及换热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及封头盖技术领域，具体地涉及自清洗封头盖及换热设备。所述自清洗封头盖包括封头壳(4)和设置于所述封头壳(4)所限定的封头室内的变流单元，所述封头壳(4)上设置有进口通道(5)和出口通道(6)，所述变流单元包括第一变流结构，所述第一变流结构包括第一齿管(2)，所述第一齿管(2)可旋转地安装于所述封头壳(4)上，所述第一齿管(2)的外表面为齿面，所述第一齿管(2)从所述进口通道(5)处向所述封头室内部延伸，以使从所述进口通道(5)进入的流体流经所述第一齿管(2)的外表面。该自清洗封头盖可以防止管壁结垢和垢下腐蚀。

Description

自清洗封头盖及换热设备
技术领域
本发明涉及封头盖技术领域，具体地涉及自清洗封头盖及换热设备。
背景技术
据统计，我国每年由于封头式等换热设备结垢腐蚀而造成的损失高达 100亿元以上。由于部分换热器管内流速＜0.9m/s，污垢可以使换热设备产生热阻，积垢每增加1mm，换热系数下降9％-9.6％，能耗和排放将增加10％以上，同时带来生产效率的下降，维护费用增加。封头盖等管道表面积污结垢和垢下腐蚀容易造成传热问题、安全环保问题，同时会降低效率，上述问题是煤制烯烃项目一直未解决的难题，也是制约煤化工等高耗能行业提高能源利用率的瓶颈问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的封头盖等管道表面容易积污结垢和垢下腐蚀的问题，提供一种自清洗封头盖及换热设备，该自清洗封头盖可以防止管壁结垢和垢下腐蚀。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种自清洗封头盖，所述自清洗封头盖包括封头壳和设置于所述封头壳所限定的封头室内的变流单元，所述封头壳上设置有进口通道和出口通道，所述变流单元包括第一变流结构，所述第一变流结构包括第一齿管，所述第一齿管可旋转地安装于所述封头壳上，所述第一齿管的外表面为齿面，所述第一齿管从所述进口通道处向所述封头室内部延伸，以使从所述进口通道进入的流体流经所述第一齿管的外表面。
优选地，所述第一变流结构包括固连于所述封头壳上的主轴，所述第一齿管套设于所述主轴的外部，所述第一齿管能够相对于所述主轴转动并相对于所述主轴沿轴向限位。
优选地，所述主轴通过连接结构与所述进口通道连接，所述连接结构包括至少一个杆件；和/或，
所述进口通道的进口位于所述封头壳的外部，所述进口通道的出口位于所述封头壳上，所述第一齿管的一端延伸至所述进口通道的进口处，所述第一齿管的另一端延伸至所述封头室的中部位置。
优选地，所述变流单元包括第二变流结构，所述第二变流结构包括齿板，所述齿板的周缘与所述封头壳的内壁连接，且所述齿板将所述封头室分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述进口通道连通，所述第二腔室与所述出口通道连通，所述齿板包括朝向所述进口通道的第一齿面。
优选地，所述齿板包括朝向所述出口通道的第二齿面。
优选地，所述主轴远离所述进口通道的一端与所述齿板固连。
优选地，所述变流单元包括第三变流结构，所述第三变流结构包括第二齿管，所述第二齿管的内表面为齿面，所述第二齿管的外表面贴设于所述进口通道的内壁面上。
优选地，所述第二齿管的两端分别延伸至所述进口通道的进口处和出口处。
优选地，所述进口通道的内壁面为齿面。
本发明第二方面提供一种换热设备，所述换热设备包括所述的自清洗封头盖。
通过上述技术方案，通过可旋转的第一齿管可以使流体湍流充分，破坏了污垢的产生条件，减少了污垢的生成，另一方面由于齿形纹路在温差和水流的冲击下可以有微小的弹性变形，因此可以破坏已经形成的污垢；第一齿管的设计使得流动的介质处于湍流状态，从而破坏了介质的边界层，提高了管内外的给热系数；第一齿管的设计降低了管内的污垢热阻，使进入管内前的介质处于紊流状态，管内外给热系数更加匹配，从而再次提高了总传热系数；由于降低了污垢的形成，从而降低了垢下腐蚀，可以降低污垢热阻，防腐能力强，增加节能效果，传热系数高，加上齿形强度高，可以提高设备的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的自清洗封头盖的一种实施方式的结构示意图；
图2是图1所示的自清洗封头盖的A-A面截面图；
图3是本发明的自清洗封头盖中的第二齿管的截面图。
附图标记说明
1、第二齿管；2、第一齿管；3、齿板；4、封头壳；5、进口通道；6、出口通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词通常是根据附图所示的方位而言。
本发明第一方面提供一种自清洗封头盖，所述自清洗封头盖包括封头壳 4和设置于所述封头壳4所限定的封头室内的变流单元，所述封头壳4上设置有进口通道5和出口通道6，所述变流单元包括第一变流结构，所述第一变流结构包括第一齿管2，所述第一齿管2可旋转地安装于所述封头壳4上，所述第一齿管2的外表面为齿面，所述第一齿管2从所述进口通道5处向所述封头室内部延伸，以使从所述进口通道5进入的流体流经所述第一齿管2的外表面。如图1所示，所述进口通道5位于所述封头壳4的顶端，所述出口通道6位于所述封头壳4的底端。
通过上述技术方案，通过可旋转的第一齿管2可以使流体湍流充分，破坏了污垢的产生条件，减少了污垢的生成，另一方面由于齿形纹路在温差和水流的冲击下可以有微小的弹性变形，因此可以破坏已经形成的污垢；第一齿管2的设计使得流动的介质处于湍流状态，从而破坏了介质的边界层，提高了管内外的给热系数；第一齿管2的设计降低了管内的污垢热阻，使进入管内前的介质处于紊流状态，管内外给热系数更加匹配，从而再次提高了总传热系数；由于降低了污垢的形成，从而降低了垢下腐蚀，可以降低污垢热阻，防腐能力强，增加节能效果，传热系数高，加上齿形强度高，可以提高设备的使用寿命。
可选地，如图1-2所示，所述封头壳4为筒形壳体，所述封头壳4的一端(图1中的左端)封闭，另一端(图1中的右端)开口，开口处设置有隔板。可选地，所述隔板长1.4m，封头壳4的筒形截面为70cm×70cm，材质为Q235A碳素钢。材质不限于碳素钢，也可以是其它金属或碳纤维等。
作为一种实施方式，所述第一变流结构包括固连于所述封头壳4上的主轴，所述第一齿管2套设于所述主轴的外部，所述第一齿管2能够相对于所述主轴转动并相对于所述主轴沿轴向限位。所述主轴用于支撑所述第一齿管 2，并使所述第一齿管2能够实现在水流的冲刷下相对于主轴转动。
作为一种实施方式，所述主轴通过连接结构与所述进口通道5连接，所述连接结构包括至少一个杆件。可选地，所述杆件为两个以上，所述杆件的一端与所述主轴连接，所述杆件的另一端与所述进口通道5的内壁连接，第一齿管2的顶端通过所述杆件进行限位。
作为一种实施方式，如图1所示，所述进口通道5的进口位于所述封头壳4的外部，所述进口通道5的出口位于所述封头壳4上，所述第一齿管2 的一端延伸至所述进口通道5的进口处，所述第一齿管2的另一端延伸至所述封头室的中部位置。即所述进口通道5凸出于所述封头壳4设置以向封头壳4的外部延伸。这样的设置可以进一步地使流体湍流充分，提高清洁效果。
作为一种实施方式，如图1-2所示，所述变流单元包括第二变流结构，所述第二变流结构包括齿板3，所述齿板3的周缘与所述封头壳4的内壁连接，且所述齿板3将所述封头室分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述进口通道5连通，所述第二腔室与所述出口通道6连通，所述齿板3 包括朝向所述进口通道5的第一齿面。齿板3同时也与隔板连接，即通过齿板3将封头壳4与隔板形成的腔室分为两部分。齿板3的设计可以进一步地使流体湍流充分，提高清洁效果。
作为一种实施方式，如图1-2所示，所述齿板3包括朝向所述出口通道 6的第二齿面。这样的设计可以使水流从出口通道6流出的过程中变为湍流，达到自清洁的效果。
作为一种实施方式，如图1所示，所述主轴远离所述进口通道5的一端与所述齿板3固连。即第一齿管2的底端通过齿板3进行限位。可选地，主轴的底端可以通过支架结构或其他连接结构与齿板3连接，相应的，支架结构或其他连接结构可以对第一齿管2的底端进行限位。这样的设计可以使水流从进口通道5进入直至到达齿板3后，都可以保持湍流状态，使湍流更充分，提高清洁效果。
作为一种实施方式，如图1所示，所述变流单元包括第三变流结构，所述第三变流结构包括第二齿管1，所述第二齿管1的内表面为齿面，所述第二齿管1的外表面贴设于所述进口通道5的内壁面上。所述内表面指能够与水流接触的一面，即水流从进口通道5进入后，会在第二齿管1的内齿面和第一齿管2的外齿面作用下，能够更好的使流体湍流充分。可选地，如图3 所示，所述第二齿管1上的齿的角度b为65°，第二齿管1厚3mm，齿板3 垂直高度h为60mm。可选地，所述第二齿管1的两端还连接有缓冲板，所述缓冲板的长度α为20mm。
作为一种实施方式，所述第二齿管1的两端分别延伸至所述进口通道5 的进口处和出口处。即第二齿管1贯穿整个进口通道5，以使流体湍流更充分。
作为一种实施方式，所述进口通道5的内壁面为齿面。即只要使进入进口通道5后的流体所接触的壁面为齿面即可。
本申请中的自清洗封头盖为SH型自清洗封头盖，SH型自清洗封头盖内侧污垢的形成需要经过5个时期：开始、输送、粘附、老化和剥蚀。污垢形成的5个阶段中只要破坏其中一个环节，结垢的过程就很难形成。当循环水进入进口通道5后经第二一齿管和第一齿管2到封头室内，可以将稳态流彻底改变为湍流。本申请的自清洗封头盖的防垢性能好，一方面由于元件表面光洁，流体湍流充分，破坏了污垢的产生条件，减少了污垢的生成；另一方面由于齿形纹路在温差和水流的冲击下可以有微小的弹性变形，因此可以破坏已经形成的污垢。本申请的自清洗封头盖的传热系数高，具体而言，齿形可旋转的特殊形式的第一齿管2可以使得流动的介质处于湍流状态，从而破坏了介质的边界层，提高了管内外的给热系数；第一齿管2和第二齿管1 降低了管内的污垢热阻，使进入管内前的介质处于紊流状态，管内外给热系数更加匹配，从而再次提高了总传热系数。本申请的自清洗封头盖的防腐能力强，由于降低了污垢的形成，从而降低了垢下腐蚀，所以传热系数高，加上齿形强度高，所以提高了设备的使用寿命。本申请的自清洗封头盖具有节能、节水、节电的效果，闭环系统具有显著的节电、节材效果，开环系统具有显著的节能、节水效果。SH型自清洗封头盖强化扰动，从而降低了垢的析出；通过增加扰动性强化了管壁的冲刷和清扫，防止了软硬垢的粘附，并且加强了剥离的作用；SH型自清洗封头盖强化扰流作用非常明显，能有效提高扰动性能，防止管壁结垢、污泥淤积和腐蚀。
本发明第二方面提供一种换热设备，所述换热设备包括所述的自清洗封头盖。
本申请中的自清洗封头盖适用于煤制烯烃项目和煤化工等化工行业，可以提高产量及产品质量，延长设备的使用寿命。针对煤制烯烃项目全厂水系统，当系统运行时，不用增加额外的动能，借用循环冷却水本身的给水泵动力完成稳态流变湍流，从而增加温度差，将降温效率提高10％之多，减少阻垢分散剂的投加量在5％以上，防止垢下腐蚀，污垢热阻降低10％以上，增加了煤化工节能效果。本申请中的自清洗封头盖可以减少或降低人工及化学清洗，防止设备损伤及结垢腐蚀，安装方便，无需改动设备本体，安全可靠。 SH型自清洗封头盖强化扰流作用非常明显，能有效提高扰动性能，防止管壁结垢、污泥淤积和腐蚀。理论计算及试验数据有力支持了这一点。从低流速到高流速、低雷诺数到高雷诺数下的强化阻垢防腐蚀进行了计算。
本申请的自清洗封头盖强化阻垢防腐蚀数据：
Figure BDA0002903081290000071
Figure BDA0002903081290000081
雷诺数Re：ρvd/η和U/(/L)，流速与流速之比。流速U是水流流速，是惯性；流表征粘性和阻力的“速度”。Re大，表明水流惯性强过粘性阻力。L/(/U)，长度与长度之比。长度L系一物理长度，可以是水深，亦可以是管径。长度/U表征水流粘性的长度。Re很大时，粘性长度相对较小，对水流影响小，因此流动以惯性为主。雷诺数的意义是惯性力和粘性力的比值，高雷诺数下，惯性力是粘性力的很多倍，此时粘性力无法维持流动的稳定性状态，所以会发生湍流。但是湍流也和其它很多因素有关系，比如内部的各种扰动，壁面粗糙度等等，不只是和雷诺数有关。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自清洗封头盖，其特征在于，所述自清洗封头盖包括封头壳(4)和设置于所述封头壳(4)所限定的封头室内的变流单元，所述封头壳(4)上设置有进口通道(5)和出口通道(6)，所述变流单元包括第一变流结构，所述第一变流结构包括第一齿管(2)，所述第一齿管(2)可旋转地安装于所述封头壳(4)上，所述第一齿管(2)的外表面为齿面，所述第一齿管(2)从所述进口通道(5)处向所述封头室内部延伸，以使从所述进口通道(5)进入的流体流经所述第一齿管(2)的外表面。
2.根据权利要求1所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述第一变流结构包括固连于所述封头壳(4)上的主轴，所述第一齿管(2)套设于所述主轴的外部，所述第一齿管(2)能够相对于所述主轴转动并相对于所述主轴沿轴向限位。
3.根据权利要求2所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述主轴通过连接结构与所述进口通道(5)连接，所述连接结构包括至少一个杆件；和/或，
所述进口通道(5)的进口位于所述封头壳(4)的外部，所述进口通道(5)的出口位于所述封头壳(4)上，所述第一齿管(2)的一端延伸至所述进口通道(5)的进口处，所述第一齿管(2)的另一端延伸至所述封头室的中部位置。
4.根据权利要求2或3中任意一项所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述变流单元包括第二变流结构，所述第二变流结构包括齿板(3)，所述齿板(3)的周缘与所述封头壳(4)的内壁连接，且所述齿板(3)将所述封头室分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述进口通道(5)连通，所述第二腔室与所述出口通道(6)连通，所述齿板(3)包括朝向所述进口通道(5)的第一齿面。
5.根据权利要求4所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述齿板(3)包括朝向所述出口通道(6)的第二齿面。
6.根据权利要求4所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述主轴远离所述进口通道(5)的一端与所述齿板(3)固连。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述变流单元包括第三变流结构，所述第三变流结构包括第二齿管(1)，所述第二齿管(1)的内表面为齿面，所述第二齿管(1)的外表面贴设于所述进口通道(5)的内壁面上。
8.根据权利要求7所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述第二齿管(1)的两端分别延伸至所述进口通道(5)的进口处和出口处。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的自清洗封头盖，其特征在于，所述进口通道(5)的内壁面为齿面。
10.一种换热设备，其特征在于，所述换热设备包括权利要求1-9中任意一项所述的自清洗封头盖。
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