CN114485226B - 自清洁流化床换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，具体地涉及一种自清洁流化床换热器。该自清洁流化床换热器包括下管箱(1)、换热器列管箱(2)、上管箱(3)、混合设备和用于向所述自清洁流化床换热器输入物料的输送管(9)，所述下管箱(1)和所述上管箱(3)分别设置于所述换热器列管箱(2)的两端，所述混合设备包括设置于所述下管箱(1)内部的混合单元(10)，所述混合单元(10)限定有用于使固液混合体均匀混合的混合腔室，所述混合单元(10)设置有用于连接所述输送管(9)的输入口和用于将均匀混合后的所述固液混合体输出到所述下管箱(1)的输出口。该自清洁流化床换热器能够使固液混合体混合的更均匀，提高清洁时的清洁效果。

Description

自清洁流化床换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体地涉及一种自清洁流化床换热器。

背景技术

在化学工业中，换热器被广泛用于各个领域。其中，普遍存在的一个问题是，换热器在长时间输送浆料后，其内部会形成堵塞，使得内部的换热阻力大大增加，导致其整体的换热效率严重降低。为了对堵塞进行清理，工业上的主流方法是通过停工检修的方式对换热器进行疏通，然而这种方式会对企业的开工率造成比较大的影响，影响企业的整体经济效益。

为解决上述技术问题，现有技术中提供了一种自洁型流化床换热器。该自洁型流化床换热器包括下管箱、换热器列管、上管箱、液固分离器、下降管、固体颗粒槽、液体储槽、液体循环泵、下沿套管、分散盘和分布板，换热器列管和上管箱相连，上管箱连接液固分离器，固体颗粒经过下降管进入固体颗粒槽，再回到下管箱，液体进入液体储槽，经液体循环泵送至下管箱。虽然该自洁型流化床换热器能够避免在停工的状态下为换热器进行清堵工作，使得换热器能够在一个比较长的周期时间内保持较高的换热效率，而不必短时间频繁地进行维护工作，但是该自洁型流化床换热器在自清洁时，固体颗粒的均匀分布仍存在问题，导致清洁效果不理想。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的自清洁流化床换热器在自清洁时固液混合体混合的均匀性较差、导致清洁效果不理想的技术问题，提供一种自清洁流化床换热器，该自清洁流化床换热器能够使固液混合体混合的更均匀，提高清洁时的清洁效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种自清洁流化床换热器，所述自清洁流化床换热器包括下管箱、换热器列管箱、上管箱、混合设备和用于向所述下管箱输入物料的输送管，所述下管箱和所述上管箱分别设置于所述换热器列管箱的两端，所述混合设备包括设置于所述下管箱内部的混合单元，所述混合单元限定有用于使固液混合体均匀混合的混合腔室，所述混合单元设置有用于连接所述输送管的输入口和用于将均匀混合后的所述固液混合体输出到所述下管箱的输出口。

优选地，所述混合设备包括设置于所述混合腔室内的用于搅拌所述固液混合体的搅拌装置。

优选地，所述搅拌装置包括支架脚、支架轴、搅拌桨叶和第一驱动单元，所述支架脚安装于所述混合单元的内壁上，所述支架轴与所述支架脚可转动地连接，所述第一驱动单元用于驱动所述支架轴相对于所述支架脚转动，所述搅拌桨叶设置于所述支架轴上。

优选地，所述第一驱动单元包括定子壳体、定子绕组和转子绕组，所述定子壳体固定于所述支架脚上，所述支架轴从所述定子壳体的内部穿过且所述支架轴能够相对于所述定子壳体转动，所述定子绕组设置于所述定子壳体上，所述转子绕组设置于所述支架轴上，所述支架轴和所述支架脚与所述定子壳体之间均通过密封件连接。

优选地，所述混合设备包括防护管，所述防护管的一端穿过所述混合单元与所述支架脚的中空内腔连通，所述防护管的另一端穿过所述下管箱的箱体与所述下管箱的外部连通，所述定子绕组的电线依次穿过所述支架脚的中空内腔和所述防护管的内腔延伸至所述下管箱的外部。

优选地，所述混合单元上密布有多个所述输出口。

优选地，所述混合设备包括与所述输送管连接以用于驱动所述输送管沿径向转动并带动所述混合单元转动的第二驱动单元，所述输送管与所述下管箱的箱体之间通过密封件连接。

优选地，所述第二驱动单元包括密封外壳、转动连接体、齿轮组件和电动机，所述转动连接体包括顶盖、底座以及连接于所述顶盖和所述底座之间的多个间隔设置的支撑件，所述顶盖和所述支撑件均位于所述密封外壳的内部，所述输送管穿过所述密封外壳的顶端与所述顶盖连接且所述输送管的底端开口延伸至所述顶盖的下方，所述底座包括圆筒形周壁和安装于所述圆筒形周壁内部的圆形底板，所述圆筒形周壁包括位于所述密封外壳内部的第一段和延伸出所述密封外壳的第二段，所述圆形底板设置于所述第一段上，以将所述密封外壳内部的所述固液混合体阻挡在所述密封外壳的内部，所述密封外壳上形成有用于与输送所述固液混合体的管道连接的开口，所述齿轮组件包括与所述第二段连接的第一锥齿轮和与所述电动机的转轴连接并与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，所述输送管以及所述底座与所述密封外壳之间均通过机械密封连接。

优选地，所述混合单元为球形腔体，所述混合设备包括设置于所述输出口处的内径向远离所述球形腔体的方向渐扩的喇叭开口，所述喇叭开口通过滑动部与所述球形腔体的外壁面滑动连接。

优选地，所述滑动部包括弧形滑动板、滑动球体和滑槽，所述喇叭开口与所述弧形滑动板的外侧面连接，所述弧形滑动板上形成有用于连通所述输出口和所述喇叭开口的通孔，所述滑动球体连接于所述弧形滑动板的内侧面，所述滑槽形成于所述球形腔体的外壁面上，所述滑槽沿所述球形腔体的纵向延伸，所述滑动球体卡设于所述滑槽内。

优选地，所述喇叭开口的中心线经过所述球形腔体的球心；和/或，所述喇叭开口设置为多个，多个所述喇叭开口沿所述球形腔体的横向均匀间隔布置。

优选地，所述下管箱内设置有分散盘，所述分散盘位于所述混合单元与所述换热器列管箱之间并靠近所述换热器列管箱设置，所述分散盘的周缘与所述下管箱的内壁面连接，所述分散盘上密布有多个分散孔。

优选地，所述分散盘包括相互拼接的圆形板、多个内径从内至外逐渐增大的环形板和多个内径从内至外逐渐增大的环形连接件，所述圆形板位于最内层且位于最顶端，所述圆形板与内径最小的所述环形板之间以及相邻的两个所述环形板之间分别通过相应内径的所述环形连接件连接，内径最大的所述环形板位于最底端，以使所述分散盘形成为阶梯状，所述圆形板和所述环形板上分别设置有所述分散孔；和/或，所述分散盘为板状件，所述分散盘上的分散孔的孔径从所述分散盘的中心部位依次向所述分散盘的边缘处递减。

优选地，所述自清洁流化床换热器包括液固分离器、下降管、固体颗粒槽和液体储槽，所述上管箱的顶部与所述液固分离器连接，所述液固分离器包括固相出口和液相出口，所述液固分离器的下路由所述固相出口通过所述下降管与所述固体颗粒槽连接，所述液固分离器的上路由所述液相出口连接于所述液体储槽，所述上路的入口处设置有用于防止固体颗粒通过的筛板，所述固体颗粒槽的出口连接有第一管道，所述液体储槽的出口连接有第二管道，所述第一管道与所述第二管道并联并通过第三管道与所述输送管连通。

优选地，所述第一管道通过椭圆弯头与所述第三管道连通；和/或，所述第二管道上设置有液体循环泵。

通过上述技术方案，可以使固液混合体在进入换热器列管之前先通过输送管9进入混合单元10内进行均匀混合，然后从输出口输出至整个下管箱1中，再将混合均匀的固液混合体输入至换热器列管中，均匀分布的固体颗粒能够对换热器列管进行更均匀的清洁，避免有些部位清洁效果不好或清洁不到的情况发生，从而提高换热器列管的清洁效果，进而使得换热器列管能够保持更高的换热效率。这样的设计能够避免在停工状态下为换热器进行清堵工作的情况，可以使得换热器能够在一个比较长的周期时间内保持较高的换热效率，而不必短时间内频繁地进行维护工作，提高了经济效益。

附图说明

图1是本发明的设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器的一种实施方式的结构示意图；

图2是图1所示的自清洁流化床换热器的局部结构示意图；

图3是图1所示的自清洁流化床换热器的搅拌装置的结构示意图；

图4中的图4a、图4b、图4c以及图4d分别是本发明的自清洁流化床换热器中的搅拌装置的竖圆弧形搅拌桨叶、横圆弧形搅拌桨叶、方片形搅拌桨叶以及横片形搅拌桨叶的结构示意图；

图5是图1所示的自清洁流化床换热器的分散盘的一种实施方式的俯视图；

图6中的图6a、图6b以及图6c分别是本发明的自清洁流化床换热器的分散盘中的圆形板上的呈方形排布的分散孔、呈三角形排布的分散孔以及呈圆形排布的分散孔的示意图；

图7是本发明的混合单元能够转动的自清洁流化床换热器的一种实施方式的局部结构示意图；

图8是图7所示的自清洁流化床换热器的局部结构示意图；

图9中的图9a、图9b、图9c、图9d以及图9e分别是本发明的自清洁流化床换热器中的平面型分散盘、上凸型分散盘、下凸型分散盘、凸透型分散盘以及凹透型分散盘的侧视图。

图10中的图10a、图10b以及图10c分别是本发明的自清洁流化床换热器中的具有圆孔型分散孔的分散盘、具有叉字型分散孔的分散盘以及具有花瓣型分散孔的分散盘的俯视图。

附图标记说明

1、下管箱；2、换热器列管箱；3、上管箱；4、液固分离器；5、下降管；6、固体颗粒槽；7、液体储槽；8、液体循环泵；9、输送管；10、混合单元；11、搅拌桨叶；12、分散盘；13、椭圆弯头；14、防护管；15、电线；16、支架脚；17、支架轴；18、定子壳体；19、喇叭开口；20、密封外壳；21、机械密封；22、第一锥齿轮；23、第二锥齿轮；24、电动机；25、弧形滑动板；26、顶盖；27、支撑件；28、第一段；29、第二段。

具体实施方式

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。

本发明提供一种自清洁流化床换热器，如图1所示，所述自清洁流化床换热器包括下管箱1、换热器列管箱2、上管箱3、混合设备和用于向所述下管箱1输入物料的输送管9，所述下管箱1和所述上管箱3分别设置于所述换热器列管箱2的两端，所述混合设备包括设置于所述下管箱1内部的混合单元10，所述混合单元10限定有用于使固液混合体均匀混合的混合腔室，所述混合单元10设置有用于连接所述输送管9的输入口和用于将均匀混合后的所述固液混合体输出到所述下管箱1的输出口。所述换热器列管箱2包括列管箱壳体和设置于所述列管箱壳体内部的多个换热器列管。所述输送管9将固液混合体输送至混合腔室内，经混合单元10均匀混合后从输出口排出至下管箱1中，然后再进入换热器列管中。

通过上述技术方案，可以使固液混合体在进入换热器列管之前先通过输送管9进入混合单元10内进行均匀混合，然后从输出口输出至整个下管箱1中，再将混合均匀的固液混合体输入至换热器列管中，均匀分布的固体颗粒能够对换热器列管进行更均匀的清洁，避免有些部位清洁效果不好或清洁不到的情况发生，从而提高换热器列管的清洁效果，进而使得换热器列管能够保持更高的换热效率。这样的设计能够避免在停工状态下为换热器进行清堵工作的情况，可以使得换热器能够在一个比较长的周期时间内保持较高的换热效率，而不必短时间内频繁地进行维护工作，提高了经济效益。

作为一种实施方式，所述混合设备包括设置于所述混合腔室内的用于搅拌所述固液混合体的搅拌装置。即混合单元10通过搅拌装置对固液混合体进行搅拌来实现固液混合体的均匀混合。

可选地，在设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器中，换热器列管内流通的液体为原油，原油的流速范围在1.5m/s～4m/s之间；所述自清洁流化床换热器所用的惰性固体颗粒的堆密度要大于流通的液体密度，且不与所用场合的使用介质发生反应，固体颗粒优选硅酸锆珠、刚玉球、瓷球、钢球、工程塑料中的一种或几种；所使用的固体颗粒的平均直径在1.5mm～3.5mm；固体颗粒在所述自清洁流化床换热器内的平均质量固含率为2.5％～8％。

作为一种实施方式，如图2-3所示，所述搅拌装置包括支架脚16、支架轴17、搅拌桨叶11和第一驱动单元，所述支架脚16安装于所述混合单元10的内壁上，所述支架轴17与所述支架脚16可转动地连接，所述第一驱动单元用于驱动所述支架轴17相对于所述支架脚16转动，所述搅拌桨叶11设置于所述支架轴17上。优选地，所述混合单元10为球形壳体，所述搅拌桨叶11位于所述球形壳体的球心位置处。可选地，所述支架脚16和所述支架轴17形成为倒立的Y字型，支架轴17与支架脚16的顶部转动连接，搅拌桨叶11固定于支架轴17的上部。可选地，所述搅拌桨叶11为一个叶片垂直于地面的螺旋桨结构，如图4所示，搅拌桨叶11的叶片形状可以为竖圆弧形(如图4a所示)、横圆弧形(如图4b所示)、方片形(如图4c所示)或者横片形(如图4d所示)。可选地，搅拌桨叶11的转速为60～240r/min；搅拌桨叶11的叶片高度为50～200mm，单叶片的宽度为50mm～100mm。

作为一种实施方式，如图3所示，所述第一驱动单元包括定子壳体18、定子绕组和转子绕组，所述定子壳体18固定于所述支架脚16上，所述支架轴17从所述定子壳体18的内部穿过且所述支架轴17能够相对于所述定子壳体18转动，所述定子绕组设置于所述定子壳体18上，所述转子绕组设置于所述支架轴17上，所述支架轴17和所述支架脚16与所述定子壳体18之间均通过密封件连接。所述定子壳体18位于所述搅拌桨叶11的下方。可选地，所述密封件为机械密封。

作为一种实施方式，所述混合设备包括防护管14，所述防护管14的一端穿过所述混合单元10的壁面与所述支架脚16的中空内腔连通，所述防护管14的另一端穿过所述下管箱1的箱体与所述下管箱1的外部连通，所述定子绕组的电线15依次穿过所述支架脚16的中空内腔和所述防护管14的内腔延伸至所述下管箱1的外部，以用于连接发电机。所述电线15的外层套有保护壳，以对电线15进行保护。所述防护管14与所述混合单元10的壁面以及与所述下管箱1的箱体之间均通过密封件连接，同时防护管14与支架脚16之间或支架脚16与混合单元10的壁面之间均通过密封件连接。可选地，所述密封件为机械密封。

作为一种实施方式，所述混合单元10上密布有多个所述输出口。即在设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器中，所述混合单元10形成为一个中空的带洞球壳。优选地，多个所述输出口均匀分布。可选地，所述输出口为圆形孔，圆形孔的直径为5mm～20mm，开孔率为30％～70％。可选地，带洞球壳的直径为200mm～400mm，带洞球壳的壁面厚度为5mm～10mm。可选地，所述下管箱1为半圆筒形或长圆筒形，直径为600mm～900mm，高度为800mm～1200mm。可选地，输送管9从下管箱1的底部安装，输送管9的底端(入口端)与用于输送固液混合体的管道相连接，输送管9的出口端(顶端)与带洞球壳的底端连接并与混合腔室连通。

作为一种实施方式，所述混合设备包括与所述输送管9连接以用于驱动所述输送管9沿径向转动并带动所述混合单元10转动的第二驱动单元，所述输送管9与所述下管箱1的箱体之间通过密封件连接。即通过驱动输送管9绕其轴线转动来带动混合单元10转动，以使混合单元10通过旋转来实现对固液混合体的均匀混合。在混合单元能够转动的自清洁流化床换热器中，所述自清洁流化床换热器所用的惰性固体颗粒的堆密度要大于流通的液体密度，且不与所用场合的使用介质发生反应。可选地，惰性固体颗粒为硅酸锆珠、刚玉球、瓷球、钢球、工程塑料中的一种或几种；所使用的固体颗粒的平均直径为2～4mm；固体颗粒在所述自清洁流化床换热器内的平均质量固含率为3％～7％。可选地，所述换热器列管内流通的液体为原油，原油的流速范围在2m/s～4.5m/s之间。可选地，输送管9从下管箱1的底部穿过，输送管9的出口端连接在混合单元10的底端。可选地，所述下管箱1为半圆筒形，直径为600mm～800mm，高度为换热器列管的0.4～0.6倍。可选地，混合单元10的转速设置为10～30r/min。可选地，所述密封件为机械密封。

作为一种实施方式，如图7所示，所述第二驱动单元包括密封外壳20、转动连接体、齿轮组件和电动机24，所述转动连接体包括顶盖26、底座以及连接于所述顶盖26和所述底座之间的多个间隔设置的支撑件27，所述顶盖26和所述支撑件27均位于所述密封外壳20的内部，所述输送管9穿过所述密封外壳20的顶端与所述顶盖26连接且所述输送管9的底端开口延伸至所述顶盖26的下方，所述底座包括圆筒形周壁和安装于所述圆筒形周壁内部的圆形底板，所述圆筒形周壁包括位于所述密封外壳20内部的第一段28和延伸出所述密封外壳20的第二段29，所述圆形底板设置于所述第一段28上，以将所述密封外壳20内部的所述固液混合体阻挡在所述密封外壳20的内部，所述密封外壳20上形成有用于与输送所述固液混合体的管道连接的开口，所述齿轮组件包括与所述第二段29连接的第一锥齿轮22和与所述电动机24的转轴连接并与所述第一锥齿轮22啮合的第二锥齿轮23，所述输送管9以及所述底座与所述密封外壳20之间均通过机械密封21连接。顶盖26起到连接输送管9的作用，底座起到连接电动机24的作用，支撑件27起到连接顶盖26和底座的作用，以实现底座转动时带动顶盖26和输送管9转动。用于输送固液混合体的管道通过所述开口将固液混合体输入至密封外壳20内部，然后固液混合体可以从相邻的支撑件27的间隙处进入转动连接体的内部，并从输送管9的底端开口进入输送管9中，然后输送至混合腔室内进行均匀混合，由于圆形底板可以将圆筒形周壁进行封堵，使固液混合体不会从圆筒形周壁的内部流出至密封壳体的外部。第一锥齿轮22的中心线与第二锥齿轮23的中心线垂直，电动机24的转轴转动时带动第二锥齿轮23转动，第二锥齿轮23带动第一锥齿轮22转动，第一锥齿轮22带动转动连接体转动，转动连接体带动输送管9转动，进而输送管9带动混合单元10转动，以对进入混合腔室内的固液混合体进行均匀混合，然后均匀混合后的固液混合体从混合单元10的输出口输出至下管箱1中，最后进入换热器列管中。

作为一种实施方式，如图7-8所示，所述混合单元10为球形腔体，所述混合设备包括设置于所述输出口处的内径向远离所述球形腔体的方向渐扩的喇叭开口19，所述喇叭开口19通过滑动部与所述球形腔体的外壁面滑动连接。球形腔体内部的中空结构形成球形的混合腔室，可选地，所述球形腔体的直径为下管箱1直径的0.4～0.7倍，厚度为5～10m。可选地，喇叭开口19的小口直径为球形腔体直径的0.2～0.4倍；喇叭开口19的长度为50～200mm，喇叭开口19的大口直径为小口直径的1～2倍。

作为一种实施方式，所述滑动部包括弧形滑动板25、滑动球体和滑槽，所述喇叭开口19与所述弧形滑动板25的外侧面连接，所述弧形滑动板25上形成有用于连通所述输出口和所述喇叭开口19的通孔，所述滑动球体连接于所述弧形滑动板25的内侧面，所述滑槽形成于所述球形腔体的外壁面上，所述滑槽沿所述球形腔体的纵向延伸，所述滑动球体卡设于所述滑槽内。即喇叭开口19通过弧形滑动板25和滑动球体实现在滑槽内滑动，输出口的开口面积分别大于喇叭开口19和通孔的开口面积。当均匀混合后的固液混合体从混合腔室内经输出口向下管箱内排出时会对滑动部和喇叭开口进行冲刷，使滑动部带动喇叭开口产生滑动，从而加强固液混合体排出时的分散效果。可选地，所述滑槽与球形腔体竖直方向的中垂面之间的夹角在-45°～45°之间。可选地，弧形滑动板25的厚度为5～10m。

作为一种实施方式，所述喇叭开口19的中心线经过所述球形腔体的球心。

作为一种实施方式，所述喇叭开口19设置为多个，多个所述喇叭开口19沿所述球形腔体的横向均匀间隔布置。优选地，所述喇叭开口19的数量为四个，四个喇叭开口19处于滑槽的中间位置时分别位于球形腔体竖直方向的中截面上，此时，相对的两个喇叭开口19之间的连线相互垂直。

作为一种实施方式，所述下管箱1内设置有分散盘12，所述分散盘12位于所述混合单元10与所述换热器列管箱2之间并靠近所述换热器列管箱2设置，所述分散盘12的周缘与所述下管箱1的内壁面连接，所述分散盘12上密布有多个分散孔。即在换热器列管的入口前加装分散盘12以对固液混合体进行强化分布，所述分散盘12为多孔板。可选地，在混合单元10能够转动的自清洁流化床换热器中，分散盘12的安装位置距离换热器列管的入口100～200mm；在设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器中，分散盘12的安装固定位置距离换热器列管的入口50～100mm。

可选地，分散盘12的直径与下管箱1的相同，厚度为5～10m。分散盘12的开孔率为50％～70％，分散孔的当量直径为固体颗粒平均直径的3～4倍。

作为一种实施方式，如图5所示，所述分散盘12包括相互拼接的圆形板、多个内径从内至外逐渐增大的环形板和多个内径从内至外逐渐增大的环形连接件，所述圆形板位于最内层且位于最顶端，所述圆形板与内径最小的所述环形板之间以及相邻的两个所述环形板之间分别通过相应内径的所述环形连接件连接，内径最大的所述环形板位于最底端，以使所述分散盘12形成为阶梯状，所述圆形板和所述环形板上分别设置有所述分散孔。即分散盘12形成为阶梯状的叠板式结构，该叠板式分散盘更适用于设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器中。其中，圆形板为多孔板，环形板为圆环形板，圆形板上的分散孔的孔径小于等于环形板上的分散孔的孔径。可选地，所述环形板的外直径与内直径的差值为50mm～100mm；同一叠板式分散盘中各环形板的内外直径差值相同。优选地，向内一层的环形板的外直径与向外一层的环形板的内直径相同，且向外一层的环形板的拼接位置总是在向内一层的环形板的底部位置。可选地，叠加的环形板的层数为5～8层。

可选地，环形板上具有圆形开孔，开孔直径为10mm～20mm，排列方式为环形，开孔率为40％～70％；如图6所示，圆形板上分散孔的排布方式为方形(如图6a所示)、圆形(如图6c所示)或者三角形(如图6b所示)，开孔率为30％～60％。可选地，环形板与圆形板的厚度均为5mm～10mm。

作为一种实施方式，所述分散盘12为板状件，所述分散盘12上的分散孔的孔径从所述分散盘12的中心部位依次向所述分散盘12的边缘处递减。此种形式的分散盘更适用于混合单元能够转动的自清洁流化床换热器中。如图9所示，分散盘12可为平面型板状件(如图9a所示)、上凸型板状件(如图9b所示)、下凸型板状件(如图9c所示)、凸透型板状件(如图9d所示)、凹透型板状件(如图9e所示)中的一种。可选地，如图10所示，分散盘12的分散孔可以为圆孔型(如图10a所示)、叉字型(如图10b所示)或者花瓣型(如图10c所示)中的一种。

作为一种实施方式，如图1所示，所述自清洁流化床换热器包括液固分离器4、下降管5、固体颗粒槽6和液体储槽7，所述上管箱3的顶部与所述液固分离器4连接，所述液固分离器4包括固相出口和液相出口，所述液固分离器4的下路由所述固相出口通过所述下降管5与所述固体颗粒槽6连接，所述液固分离器4的上路由所述液相出口连接于所述液体储槽7，所述上路的入口处设置有用于防止固体颗粒通过的筛板，所述固体颗粒槽6的出口连接有第一管道，所述液体储槽7的出口连接有第二管道，所述第一管道与所述第二管道并联并通过第三管道与所述输送管9连通。即所述第三管道为用于输送固液混合体的管道，固体颗粒通过第一管道、液体通过第二管道初步混合于第三管道中，依次经第三管道和输送管9输送至混合腔室内进行均匀混合，然后再进入下管箱1中，最后进入换热器列管中，固体颗粒能够对换热器列管进行更均匀的清洁，避免有些部位清洁效果不好或清洁不到的情况，从而提高了清洁效果。固体颗粒在自清洁流化床换热器中循环，液相原油可以部分从液体储槽7中抽出，去往后续系统，也可以不抽出，全部用来完成循环。

可选地，所述液固分离箱是重力沉降式或者水力旋流器中的一种。

作为一种实施方式，如图1所示，所述第一管道通过椭圆弯头13与所述第三管道连通。固体颗粒槽6中的固体颗粒通过椭圆弯头13与液体混合后最终流入到下管箱1。

作为一种实施方式，如图1所示，所述第二管道上设置有液体循环泵8。液体储槽7内的液体通过液体循环泵8输送到下管箱1。

在具有搅拌装置的自清洁流化床换热器中，换热器列管内循环原油，壳程循环水，原油从液体储槽7经过液体循环泵8后打入下管箱1，并与经椭圆弯头13流出的惰性固体颗粒一起，通过输送管，进入到带洞球壳中，经过搅拌桨叶11的旋转搅拌以及与带洞球壳内壁的碰撞，流体与固体颗粒得以进入流化状态，并通过带洞球壳上均匀分布的输出口分散至下管箱1内，然后通过分散盘12的分散孔进行均匀分布进入到换热器列管中，固体颗粒与换热器列管内部的管壁进行碰撞以冲刷附着在内壁上的结垢。在固体颗粒的冲刷下，换热器列管的壁面上粘附的结垢得以被清除，同时难以再形成新的结垢；管程中的原油和壳程中的水完成换热；固体颗粒和水在液固分离箱中进行分离，最后固体颗粒和水在自清洁流化床换热器中循环。可选地，换热器列管内原油的流速范围在1.5m/s～4m/s之间。

在混合单元10能够转动的自清洁流化床换热器中，换热器列管内循环原油，壳程循环水；原油从液体储槽7经过液体循环泵8后打入下管箱1，并与经椭圆弯头13流出的惰性固体颗粒一起，通过输送管9，进入到球形腔体中，由旋转的球形腔体进行充分的混合流化，并通过滑动的喇叭开口19来扩散到整个下管箱1中，同时为了强化分布效果，通过分散盘12进行进一步的均分后进入到换热器列管中并反复冲刷换热器列管的壁面，在固体颗粒的冲刷下，污垢不易在换热器列管的壁面进行粘附结聚；管程中的原油和壳程中的水完成换热；固体颗粒和水在液固分离箱中进行分离，最后固体颗粒和水在自清洁流化床换热器中循环。可选地，换热器列管内原油的流速范围在2m/s～4.5m/s之间。

混合设备的设计能够解决流化床换热器长时间输送浆料后，管程容易被结垢堵塞或粘附，长时间使用后热阻上升，导致换热器换热效率大幅降低的问题。同时能够使得固体颗粒在流化床换热器中均匀分布，来让流化床换热器在长周期下保持高换热效率的技术特点。具体地，通过将固体颗粒在混合单元里面完全混合能够使固体颗粒分布均匀，并由输出口输出到整个下管箱1中来实现固体颗粒的均匀分布，从而提高了自清洁时固体颗粒的混合均匀性，同时为了强化分布效果在换热器列管入口前加装了分散盘12，进一步加强了固体颗粒的分布均匀性，这样的设计对于提升企业的整体经济利益具有很大的作用。

实施例1

采用混合单元能够转动的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，该自清洁流化床换热器内部设置361根换热器列管，每根管长1400mm，管径为Φ30×2.5mm，管束呈正方形排列。下管箱1的高度为800mm，直径为700mm。固体颗粒采用瓷球，平均粒径为3.5mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为4％。液相为原油，流速为2.5m/s。输送管9长度为200mm，混合单元10的直径为400mm，混合单元10的转速为20r/min；喇叭开口19的小口直径为100mm，喇叭开口19的大口直径为150mm，喇叭开口19的长度为150mm，喇叭开口19的滑动角度为-30°～30°，角速度为2rad/s；分散盘12的分散孔为圆孔型，侧面为平面型，厚度为6mm，开孔率为50％，分散孔的当量直径为12mm，安装位置距离换热器列管入口100mm。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为120mm。在该条件下，连续运行200天后传热系数为原来的92％。

实施例2

采用混合单元能够转动的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，固体颗粒采用工程塑料，平均粒径为2.5mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为6％。液相为原油，流速为2m/s。输送管9的长度为300mm，混合单元10的直径为350mm，混合单元10的转速为15r/min；喇叭开口19的小口直径为80mm，喇叭开口19的大口直径为160mm，喇叭开口19的长度为100mm，喇叭开口19的转动角度为-40°～40°，角速度为1.5rad/s；分散盘12的分散孔为花瓣型，侧面为凹透型，厚度为7mm，开孔率为60％，分散孔的当量直径为9mm，安装位置距离换热器列管入口180mm。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为150mm。在该条件下，连续运行180天后传热系数为原来的94％。

实施例3

采用混合单元能够转动的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，固体颗粒采用钢球，平均粒径4mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为5％。液相为原油，流速为3m/s。输送管9的长度为100mm，混合单元10的直径为320mm，混合单元10的转速为12r/min；喇叭开口19的小口直径为60mm，喇叭开口19的大口直径为100mm，喇叭开口19的长度为120mm，喇叭开口19的转动角度为-45°～45°，角速度为3rad/s；分散盘12的分散孔为叉字型，侧面为下凸型，厚度为8mm，开孔率为65％，分散孔的当量直径为10mm，安装位置距离换热器列管入口200mm。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为200mm。在该条件下，连续运行210天后传热系数为原来的91％。

实施例4

采用混合单元能够转动的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，固体颗粒采用硅酸锆，平均粒径3mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为5.5％。液相为原油，流速为2.8m/s。输送管9的长度为250mm，混合单元10的直径为450mm，混合单元10的转速为20r/min；喇叭开口19的小口直径为120mm，喇叭开口的19大口直径为200mm，喇叭开口19的长度为130mm，喇叭开口19的转动角度为-25°～25°，角速度为2.5rad/s；分散盘12的分散孔为花瓣型，侧面为上凸型，厚度为6mm，开孔率为55％，孔的当量直径为10mm，安装位置距离换热器列管入口200mm。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为130mm。在该条件下，连续运行160天后传热系数为原来的93％。

实施例5

采用设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，该自清洁流化床换热器内部设置225根换热器列管，每根管长1600mm，管径为Φ25×2.5mm，管束呈正方形排列。下管箱1高度1000mm，直径800mm。固体颗粒采用工程塑料，平均粒径3mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为6％。液相为原油，流速为3m/s。输送管9长度为80mm，混合单元10的直径为300mm，混合单元10的输出口的孔径为15mm，开孔率为60％，混合单元10壁面的厚度为6mm；搅拌桨叶11的叶片形状为竖圆弧形，叶片高度为100mm，宽度为50mm，转速为80r/min；分散盘12采用阶梯状的叠板式分散盘，叠板式分散盘的内外径差值为60mm，共8块环形板，孔径为15mm，开孔率为50％，位于中心的圆形板的分散孔排列方式为三角形，开孔率为50％。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为120mm。在该条件下，连续运行220天后传热系数为原来的95％。

实施例6

采用设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，固体颗粒采用刚玉球，平均粒径1.5mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为3％。液相为原油，流速为2m/s。输送管9长度为100mm，混合单元10的直径为250mm，混合单元10的输出口的孔径为17mm，开孔率为40％，混合单元10壁面的厚度为7mm；搅拌桨叶11的叶片形状为横片形，叶片高度为50mm，宽度为70mm，转速为120r/min；分散盘12采用阶梯状的叠板式分散盘，叠板式分散盘的内外径差值为70mm，共6块环形板，孔径为20mm，开孔率为60％，位于中心的圆形板的分散孔的排列方式为方形，开孔率为60％。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为150mm。在该条件下，连续运行180天后传热系数为原来的96％。

实施例7

采用设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置中，固体颗粒采用硅酸锆珠，平均粒径2mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为5％。液相为原油，流速为1.5m/s。输送管9长度为120mm，混合单元10的直径为350mm，混合单元10的输送口的孔径为20mm，开孔率为50％，混合单元10的壁面厚度为8mm；搅拌桨叶11的叶片形状为方片形，叶片高度为110mm，宽度为60mm，转速为150r/min；分散盘12采用阶梯状的叠板式分散盘，叠板式分散盘的内外径差值为85mm，共5块环形板，孔径为18mm，开孔率为45％，位于中心的圆形板的分散孔的排列方式为圆形，开孔率为45％。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为130mm。在该条件下，连续运行180天后传热系数为原来的97％。

实施例8

采用设置有搅拌装置的自清洁流化床换热器，应用于某厂的常减压装置的中，固体颗粒采用钢球，平均粒径2.5mm，固体颗粒在该自清洁流化床换热器内的平均体积固含率为8％。液相为原油，流速为4m/s。输送管9长度为70mm，混合单元10的直径为400mm，混合单元10的输送口的口径为20mm，开孔率为50％，混合单元10的壁面厚度为5mm；搅拌桨叶11的叶片形状为横圆弧形，叶片高度为55mm，宽度为80mm，转速为200r/min；分散盘12采用阶梯状的叠板式分散盘，叠板式分散盘的内外径差值为50mm，共8块环形板，孔径为20mm，开孔率为70％，位于中心的圆形板的分散孔的排列方式为方形，开孔率为35％。液固分离箱采用重力沉降式。下降管5的管径为150mm。在该条件下，连续运行200天后传热系数为原来的95％。

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，例如将具有搅拌装置的自清洁流化床换热器中的实施方式与混合单元能够转动的自清洁流化床换热器中的实施方式进行组合或切换等。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 (9)

1.一种自清洁流化床换热器，其特征在于，所述自清洁流化床换热器包括下管箱（1）、换热器列管箱（2）、上管箱（3）、混合设备和用于向所述下管箱（1）输入物料的输送管（9），所述下管箱（1）和所述上管箱（3）分别设置于所述换热器列管箱（2）的两端，所述混合设备包括设置于所述下管箱（1）内部的混合单元（10），所述混合单元（10）限定有用于使固液混合体均匀混合的混合腔室，所述混合单元（10）设置有用于连接所述输送管（9）的输入口和用于将均匀混合后的所述固液混合体输出到所述下管箱（1）的输出口；

所述混合设备包括设置于所述混合腔室内的用于搅拌所述固液混合体的搅拌装置；

所述混合单元（10）上密布有多个所述输出口；所述混合单元（10）为球形腔体，所述混合设备包括设置于所述输出口处的内径向远离所述球形腔体的方向渐扩的喇叭开口（19），所述喇叭开口（19）通过滑动部与所述球形腔体的外壁面滑动连接；

所述下管箱（1）内设置有分散盘（12），所述分散盘（12）位于所述混合单元（10）与所述换热器列管箱（2）之间并靠近所述换热器列管箱（2）设置，所述分散盘（12）的周缘与所述下管箱（1）的内壁面连接，所述分散盘（12）上密布有多个分散孔；

所述搅拌装置包括支架脚（16）、支架轴（17）、搅拌桨叶（11）和第一驱动单元，所述支架脚（16）安装于所述混合单元（10）的内壁上，所述支架轴（17）与所述支架脚（16）可转动地连接，所述第一驱动单元用于驱动所述支架轴（17）相对于所述支架脚（16）转动，所述搅拌桨叶（11）设置于所述支架轴（17）上；

所述混合设备包括与所述输送管（9）连接以用于驱动所述输送管（9）沿径向转动并带动所述混合单元（10）转动的第二驱动单元，所述输送管（9）与所述下管箱（1）的箱体之间通过密封件连接。

2.根据权利要求1所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述第一驱动单元包括定子壳体（18）、定子绕组和转子绕组，所述定子壳体（18）固定于所述支架脚（16）上，所述支架轴（17）从所述定子壳体（18）的内部穿过且所述支架轴（17）能够相对于所述定子壳体（18）转动，所述定子绕组设置于所述定子壳体（18）上，所述转子绕组设置于所述支架轴（17）上，所述支架轴（17）和所述支架脚（16）与所述定子壳体（18）之间均通过密封件连接。

3.根据权利要求2所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述混合设备包括防护管（14），所述防护管（14）的一端穿过所述混合单元（10）与所述支架脚（16）的中空内腔连通，所述防护管（14）的另一端穿过所述下管箱（1）的箱体与所述下管箱（1）的外部连通，所述定子绕组的电线（15）依次穿过所述支架脚（16）的中空内腔和所述防护管（14）的内腔延伸至所述下管箱（1）的外部。

4.根据权利要求1所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述第二驱动单元包括密封外壳（20）、转动连接体、齿轮组件和电动机（24），所述转动连接体包括顶盖（26）、底座以及连接于所述顶盖（26）和所述底座之间的多个间隔设置的支撑件（27），所述顶盖（26）和所述支撑件（27）均位于所述密封外壳（20）的内部，所述输送管（9）穿过所述密封外壳（20）的顶端与所述顶盖（26）连接且所述输送管（9）的底端开口延伸至所述顶盖（26）的下方，所述底座包括圆筒形周壁和安装于所述圆筒形周壁内部的圆形底板，所述圆筒形周壁包括位于所述密封外壳（20）内部的第一段（28）和延伸出所述密封外壳（20）的第二段（29），所述圆形底板设置于所述第一段（28）上，以将所述密封外壳（20）内部的所述固液混合体阻挡在所述密封外壳（20）的内部，所述密封外壳（20）上形成有用于与输送所述固液混合体的管道连接的开口，所述齿轮组件包括与所述第二段（29）连接的第一锥齿轮（22）和与所述电动机（24）的转轴连接并与所述第一锥齿轮（22）啮合的第二锥齿轮（23），所述输送管（9）以及所述底座与所述密封外壳（20）之间均通过机械密封（21）连接。

5.根据权利要求1所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述滑动部包括弧形滑动板（25）、滑动球体和滑槽，所述喇叭开口（19）与所述弧形滑动板（25）的外侧面连接，所述弧形滑动板（25）上形成有用于连通所述输出口和所述喇叭开口（19）的通孔，所述滑动球体连接于所述弧形滑动板（25）的内侧面，所述滑槽形成于所述球形腔体的外壁面上，所述滑槽沿所述球形腔体的纵向延伸，所述滑动球体卡设于所述滑槽内。

6.根据权利要求1所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述喇叭开口（19）的中心线经过所述球形腔体的球心；和/或，所述喇叭开口（19）设置为多个，多个所述喇叭开口（19）沿所述球形腔体的横向均匀间隔布置。

7.根据权利要求1所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述分散盘（12）包括相互拼接的圆形板、多个内径从内至外逐渐增大的环形板和多个内径从内至外逐渐增大的环形连接件，所述圆形板位于最内层且位于最顶端，所述圆形板与内径最小的所述环形板之间以及相邻的两个所述环形板之间分别通过相应内径的所述环形连接件连接，内径最大的所述环形板位于最底端，以使所述分散盘（12）形成为阶梯状，所述圆形板和所述环形板上分别设置有所述分散孔；和/或，所述分散盘（12）为板状件，所述分散盘（12）上的分散孔的孔径从所述分散盘的中心部位依次向所述分散盘的边缘处递减。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述自清洁流化床换热器包括液固分离器（4）、下降管（5）、固体颗粒槽（6）和液体储槽（7），所述上管箱（3）的顶部与所述液固分离器（4）连接，所述液固分离器（4）包括固相出口和液相出口，所述液固分离器（4）的下路由所述固相出口通过所述下降管（5）与所述固体颗粒槽（6）连接，所述液固分离器（4）的上路由所述液相出口连接于所述液体储槽（7），所述上路的入口处设置有用于防止固体颗粒通过的筛板，所述固体颗粒槽（6）的出口连接有第一管道，所述液体储槽（7）的出口连接有第二管道，所述第一管道与所述第二管道并联并通过第三管道与所述输送管（9）连通。

9.根据权利要求8所述的自清洁流化床换热器，其特征在于，所述第一管道通过椭圆弯头（13）与所述第三管道连通；和/或，所述第二管道上设置有液体循环泵（8）。