CN114111437A - 一种换热器结垢处理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种换热器结垢处理系统，包括第一换热器、结晶器及冷热介质循环系统，冷热介质循环系统与第一换热器相连接，第一换热器与结晶器之间连接有结晶循环泵，冷热介质循环系统包括形成环路的进水管路、冷热媒循环泵和出水管路，冷热介质循环系统还包括有一第二换热器，所述第二换热器设置在冷热媒循环泵与第一换热器之间的进水管路上。本发明在现有换热器的基础上增设一套除垢系统实现快速清洗换热管内的结疤物料，避免拆卸清理，解决了换热器结晶问题，配合中央控制系统进行数据收集、计算和控制开关，能够实现自动化换热器除垢。

Description

一种换热器结垢处理系统及其控制方法

技术领域

本发明属于换热器技术领域，尤其涉及一种换热器结垢处理系统及其控制方法。

背景技术

目前工业上，大多数使用结晶器加换热器强制循环的工艺，来达到冷冻降温或高温加热的效果。

在锂盐厂进行Na₂SO₄、LiOH溶液分离时，一般利用Na₂SO₄、LiOH溶解度的不同，在低温下，使Na₂SO₄结晶析出，再使用固液分离设备，分离Na₂SO₄固体和LiOH溶液。由于Na₂SO₄自身特性，在冷冻过程，会在换热器的换热界面，生成Na₂SO₄晶体，形成“结疤”现象。“结疤”会导致换热界面变厚，使换热系数降低，直接导致换热效率不足，严重时会导致列管换热器堵塞，只能通过停产梳理换热器的方式，来清除“结疤”物料，恢复换热界面的原有状态。而停产梳理会造成产能下降，影响工厂产值。

而在进行碳酸氢锂加热分解时，通常使用蒸汽加热溶液，在换热气液二相面容易出现碳酸锂结疤。这时需要通过降温，来增加碳酸锂溶解度，起到“除疤”效果。

因此，目前锂盐厂缺乏一种既能解决换热器结疤、又能不影响产能、还能减少设备投资的系统及处理方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是换热器结晶导致换热效率降低，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种换热器结垢处理系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种换热器结垢处理系统，包括第一换热器、结晶器及冷热介质循环系统，所述冷热介质循环系统与第一换热器相连接，所述第一换热器与结晶器之间连接有结晶循环泵，所述冷热介质循环系统包括形成环路的进水管路、冷热媒循环泵和出水管路，其特征在于，所述冷热介质循环系统还包括有一第二换热器，所述第二换热器设置在冷热媒循环泵与第一换热器之间的进水管路上。

优选的，所述第二换热器与第一换热器之间的进水管路上还设置有第一温度变送器，所述第一换热器与冷热媒循环泵之间的出水管路上还设置有第二温度变送器，进水管路与出水管路任一管道上设置有流量计。

优选的，所述进水管路上还设置有自控进水阀门，所述出水管路上还设置有自控出水阀门。

优选的，所述换热器结垢处理系统还包含一套中央控制系统，中央控制系统获取第一温度变送器、第二温度变送器和流量计的监控数据，并控制冷热媒循环泵、第二换热器、自控进水阀门、自控出水阀门。

优选的，所述进水管路上还设置有手动进水阀门，所述出水管路上还设置有手动出水阀门。

优选的，所述冷热介质循环系统的进水管路与出水管路连接能够使介质升温或降温的设备。

在同一个技术构思下，本申请还提供一种换热器结垢处理系统的控制方法，包括以下步骤：

(1)启动系统，第一换热器、结晶器及结晶循环泵开启，实时获取第一温度变送器(5)、第二温度变送器(6)及流量计(7)测得的温度T₁、T₂以及流量Q；

(2)一定时间内换热量为Qt，设定换热变化率为k，

所述Q_t1、Q_t2指在不同时间点，相同的时间段内的换热量；

例如，从10:00开始计时，累计1min的换热量为Q_t1，从11:00开始，累计1min的换热量Q_t2；k则是从10:00到11:00期间的换热变化率。

换热量Qt计算公式为

其中C_p为冷热介质循环系统中冷热流液体的比热容，Δ_T＝(T₁-T₂)；换热变化率k的意义为不同时间点，相同时间段内所产生的换热量的差值变化率，能够反映换热器内部的结垢程度。

(3)判断k值达到设定值时，关闭自控进水阀门、自控出水阀门，开启冷热媒循环泵及第二换热器进行除垢；

(4)判断当第二换热器实际输入热量Qw接近Qt时，停止除垢，开启自控进水阀门、自控出水阀门，关闭冷热媒循环泵及第二换热器。

优选的，所述k值达到设定值时指k达到0.8。

优选的，所述当第二换热器实际输入热量Q_w接近Q_t时具体为：当Q_w降到1.25Qt时，第二换热器输入热量接近Q_t。

优选的，所述第二换热器的传热系数为ε，所述第二换热器的理论输入热量为Q_s，第二换热器的实际输入热量Q_w＝ε·Q_s。

理论输入热量Q_s＝第二换热器功率×加热时间＝结晶潜热。

当同一段时间内实际输入热量Q_w＝Q_t，则反映结晶被完全消除；在实际应用过程中，没有必要将换热器残留结晶完全消除，取Q_w＝1.25Q_t即可认为到达消除结晶终点。

优选的，所述换热器结垢处理系统通过中央控制系统接收第一温度变送器、第二温度变送器及流量计测得的温度T₁、T₂以及流量Q，中央控制系统判断k值达到设定值或第二换热器实际输入热量Q_w接近Q_t时，控制自控进水阀门、自控出水阀门、冷热媒循环泵及第二换热器的开关。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)在现有换热器的基础上增设一套除垢系统实现快速清洗换热管内的结疤物料，避免拆卸清理，解决了换热器结晶问题。

(2)具有较大的设备调整空间，冷热介质循环系统可根据结晶器所需的物料选择连接制冷机或制热机，应用全面。

(3)配合中央控制系统进行数据收集、计算和控制开关，能够实现自动化换热器除垢。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1换热器结垢处理系统示意图。

图中：1、第一换热器；2、结晶器；3、冷热介质循环系统；4、第二换热器；5、第一温度变送器；6、第二温度变送器；7、流量计；8、结晶循环泵；10、自控出水阀门；11、自控进水阀门；12、手动出水阀门；13、手动进水阀门；31、进水管路；32、冷热媒循环泵；33、出水管路。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

如图1，一种换热器结垢处理系统，包括第一换热器1、结晶器2及冷热介质循环系统3，冷热介质循环系统3与第一换热器1相连接，第一换热器1与结晶器2之间连接有结晶循环泵8，冷热介质循环系统3包括形成环路的进水管路31、冷热媒循环泵32和出水管路33，冷热介质循环系统3还包括有一第二换热器4，第二换热器4设置在冷热媒循环泵32与第一换热器1之间的进水管路31上。

第二换热器4与第一换热器1之间的进水管路31还设置有第一温度变送器5，第一换热器1与冷热媒循环泵32之间的出水管路33上还设置有第二温度变送器6和流量计7。

进水管路31上还设置有自控进水阀门11和手动进水阀门13，出水管路33上还设置有自控出水阀门10和手动出水阀门12。

中央控制系统获取第一温度变送器5、第二温度变送器6和流量计7的监控数据，并控制冷热媒循环泵32、第二换热器4、自控进水阀门11、自控出水阀门10。

进水管路31和出水管路33另一端连接有制冷机组(若为热源设备，则更换为蒸汽锅炉)，为冷热介质循环系统3中循环的介质提供制冷。

图1中a、b代表出水方向和进水方向。

本实施例换热器结垢处理系统的控制方法为：

冷热介质循环系统3进水管路31侧第一温度变送器5示数T₁，冷热介质循环系统3出水管路33侧第二温度变送器6示数T₂，流量计示数瞬时流量Q，冷冻液体比热容为C_p，瞬时热量为Q×C_p×Δ_T；(Δ_T＝(T₁-T₂)；

定义变化率k的意义为，相同时间段内，所产生换热量的差值变化率，即

k值可反应换热器结垢程度；设定当k值达到0.8后，中央控制系统自动关闭自控进水阀门11、自控出水阀门10，同时打开冷热媒循环泵32及第二换热器4，对媒介液体进行加热，消除“结疤”结晶；实施例中冷热介质循环系统3流量计7参数为30m³/h，冷媒循环介质为30％乙二醇溶液，密度1078kg/m³，比热容3.453kJ/(kg·℃)。连续1min内，通过中控系统自动统计换热量Q_t1＝9305.8kJ；5h后，再取连续1min内的换热量Q_t2＝7404.5kJ。

此时，我们计算k＝(9305.8-7404.5)÷9305.8×100％＝20.43％>20％，系统判定换热器1内已产生结疤，并执行已设定程序，关闭自控出水阀门10和自控进水阀门11，同时打开冷热媒循环泵32和第二换热器4。

第二换热器4功率为5kw，传热效率90％。在线运行20分钟后，系统计算连续1min内Q_t为247kJ，此时换热器理论输入热量Q_s＝5×1000×60＝300000w·s＝300kJ，传热效率ε＝0.9，实际输入热量Q_w＝0.9×Q_s＝270kJ。满足除疤终点条件，中控系统开启自控出水阀门10和自控进水阀门11及结晶循环泵8，关闭第二换热器4。

Claims (10)

1.一种换热器结垢处理系统，包括第一换热器(1)、结晶器(2)及冷热介质循环系统(3)，所述冷热介质循环系统(3)与第一换热器(1)相连接，所述第一换热器(1)与结晶器(2)之间连接有结晶循环泵(8)，所述冷热介质循环系统(3)包括形成环路的进水管路(31)、冷热媒循环泵(32)和出水管路(33)，其特征在于，所述冷热介质循环系统(3)还包括有一第二换热器(4)，所述第二换热器(4)设置在冷热媒循环泵(32)与第一换热器(1)之间的进水管路(31)上。

2.如权利要求1所述的换热器结垢处理系统，其特征在于，所述第二换热器(4)与第一换热器(1)之间的进水管路(31)上还设置有第一温度变送器(5)，所述第一换热器(1)与冷热媒循环泵(32)之间的出水管路(33)上还设置有第二温度变送器(6)，进水管路(31)与出水管路(33)任一管道上设置有流量计(7)。

3.如权利要求2所述的换热器结垢处理系统，其特征在于，所述进水管路(31)上还设置有自控进水阀门(11)，所述出水管路(33)上还设置有自控出水阀门(10)。

4.如权利要求3所述的换热器结垢处理系统，其特征在于，所述换热器结垢处理系统还包含一套中央控制系统，中央控制系统获取第一温度变送器(5)、第二温度变送器(6)和流量计(7)的监控数据，并控制冷热媒循环泵(32)、第二换热器(4)、自控进水阀门(11)、自控出水阀门(10)。

5.如权利要求1所述的换热器结垢处理系统，其特征在于，所述进水管路(31)上还设置有手动进水阀门(13)，所述出水管路(33)上还设置有手动出水阀门(12)。

6.一种权利要求1-5任一项所述的换热器结垢处理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)启动系统，第一换热器(1)、结晶器(2)及结晶循环泵(8)开启，实时获取第一温度变送器(5)、第二温度变送器(6)及流量计(7)测得的温度T₁、T₂以及流量Q；

(2)一定时间内换热量为Q_t，设定换热变化率为k，

所述Q_t1、Q_t2指在不同时间点、相同的时间段内的换热量，所述换热变化率k的意义为不同时间点、相同时间段内，所产生换热量的差值变化率；

(3)当k值达到设定值时，关闭自控进水阀门(11)、自控出水阀门(10)，开启冷热媒循环泵(32)及第二换热器(4)进行除垢；

(4)当第二换热器(4)实际输入热量Q_w接近Q_t时，停止除垢，开启自控进水阀门(11)、自控出水阀门(10)，关闭冷热媒循环泵(32)及第二换热器(4)。

7.如权利要求6所述的换热器结垢处理系统的控制方法，其特征在于，所述k值达到设定值时指k达到0.8。

8.如权利要求6所述的换热器结垢处理系统的控制方法，其特征在于，所述当第二换热器(4)实际输入热量Q_w接近Q_t时具体为：当Q_w降到1.25Q_t时，第二换热器(4)输入热量接近Q_t。

9.如权利要求6所述的换热器结垢处理系统的控制方法，其特征在于，所述第二换热器(4)的传热系数为ε，所述第二换热器(4)的理论输入热量为Q_s，第二换热器(4)的实际输入热量Q_w＝ε·Q_s。

10.如权利要求6-9任一项所述的换热器结垢处理系统的控制方法，其特征在于，所述换热器结垢处理系统通过中央控制系统接收第一温度变送器(5)、第二温度变送器(6)及流量计(7)测得的温度T₁、T₂以及流量Q，中央控制系统判断k值达到设定值或第二换热器(4)实际输入热量Q_w接近Q_t时，控制自控进水阀门(11)、自控出水阀门(10)、冷热媒循环泵(32)及第二换热器(4)的开关。

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