CN117433337A - 一种固定床热高分气水冷器 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种固定床热高分气水冷器，该固定床热高分气水冷器包括管箱和壳体，所述壳体固定于管箱的一端，所述管箱和壳体之间固定有管板，所述壳体内部远离管箱的一端固定有支撑板，所述管板和支撑板之间均匀固定有多个承载导向杆，多个所述承载导向杆外侧均匀滑动连接有多个折流板，还包括：多个换热管，多个所述换热管均匀装配于管板和支撑板之间。本发明通过驱动元件带动除垢机构运转，通过磨削面上的磨削纹将换热管外侧的水垢磨削成小块或粉末状，降低剥离的水垢的质量，避免水垢沉降在壳体内部，同时，转动状态的磨削面施加于水垢上的力不会对换热管形成挤压，能够避免换热管受力变形凹陷。

Description

一种固定床热高分气水冷器

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种固定床热高分气水冷器。

背景技术

固定床热高分气水冷器是一种在固定床反应器中常见的设备，其主要功能是对高温高压的气体进行冷却处理。在化工、石油、电力等行业中，常常需要处理大量的高温高压气体。在利用固定床热高分气水冷器对高温高压气体进行冷却时，向固定床热高分气水冷器内部输入循环流动的冷却介质，高温高压的气体通过热交换管路流经水冷器内部时，冷却介质吸收管路表面的热量，进而实现对高温高压的气体的冷却。现有的固定床热高分气水冷器大多以水为载热体的换热系统，在温度升高或浓度较高时，原来溶于水中的Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2析出微溶于水的CaCO3和MgCO3，析出的盐类附着于换热管表面，形成水垢，紧紧地附着于换热管表面上，同时，流体系统中悬浮的固体颗粒，如：砂粒、灰尘、炭黑，在换热面上的积聚而形成的污垢。现有技术中，大多通过化学清洗剂（如：有机溶剂、酸性溶剂等）或/和物理清洗（如：超声清洗、高压水喷射）的方式对换热管进行除垢，但是，通过化学清洗剂进行除垢，需要装置停止运行，对于局部水垢较厚的地方除垢效率低，且清洗剂选择不当时还会对装置造成不可逆的腐蚀破坏，而通过物理方式容易存在死角，甚至需要对装置内部进行拆卸，耗时较长。如授权公开号为CN203414011U所公开的除垢换热器，其虽然通过螺杆带动刮板对换热管表面的水垢进行刮除，但是，当水垢粘附力较大时（水垢较厚较大），通过刮除（刚性挤压）的方式清除水垢，作用于水垢上的挤压力传递给换热管，容易造成换热管变形凹陷，一旦换热管表面变形凹陷，更容易凝结水垢，且刮板无法清除，进而降低换热效率，甚至造成换热管损伤，基于上述问题，本申请文件提出了一种固定床热高分气水冷器以改善上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种固定床热高分气水冷器，通过驱动元件带动除垢机构运转，通过磨削面上的磨削纹将换热管外侧的水垢磨削成小块或粉末状，降低剥离的水垢的质量，避免水垢沉降在壳体内部，同时，转动状态的磨削面施加于水垢上的力不会对换热管形成挤压，能够避免换热管受力变形凹陷。

本发明采取的技术方案具体如下：

一种固定床热高分气水冷器，包括管箱和壳体，所述壳体固定于管箱的一端，所述管箱和壳体之间固定有管板，所述壳体内部远离管箱的一端固定有支撑板，所述管板和支撑板之间均匀固定有多个承载导向杆，多个所述承载导向杆外侧均匀滑动连接有多个折流板，还包括：

多个换热管，多个所述换热管均匀装配于管板和支撑板之间，所述换热管的外侧开设有螺旋凹槽；

驱动机构，所述驱动机构装配于管箱和壳体之间，且所述驱动机构和折流板相连接；

除垢机构，所述除垢机构装配于折流板和换热管之间，且所述除垢机构和螺旋凹槽相适配；

其中，所述驱动机构带动折流板移动后，所述除垢机构在折流板和螺旋凹槽的配合下沿换热管表面滑动并围绕换热管的中轴线转动。

在一种优选方案中，所述驱动机构包括驱动元件和螺纹杆，所述驱动元件固定于管箱的一端，所述螺纹杆固定于驱动元件的输出端，且所述驱动元件和管板以及驱动元件和支撑板之间均为转动连接。

在一种优选方案中，所述折流板的内部均匀开设有多个通孔，所述除垢机构包括第一夹持环、第二夹持环、第一磨削环、第二磨削环和滚珠，所述第一夹持环和第二夹持环分别装配于通孔的两端，且所述第一夹持环和第二夹持环固定连接，所述第一磨削环和第二磨削环转动连接于第一夹持环和第二夹持环之间，且所述第一磨削环和第二磨削环固定连接，所述滚珠转动连接于第一磨削环和第二磨削环之间，且所述滚珠和螺旋凹槽相适配。

在一种优选方案中，所述第一磨削环和第二磨削环相互远离的一端均倾斜开设有磨削面。

在一种优选方案中，所述磨削面的表面均匀开设有若干磨削纹。

在一种优选方案中，所述第一磨削环和第二磨削环相互靠近的一端均开设有半球凹槽，两个所述半球凹槽构成防脱球槽，所述滚珠转动连接于防脱球槽的内部，且所述滚珠的球心位于防脱球槽内部。

在一种优选方案中，所述管箱的内部固定有分程隔板，且所述管箱的内部通过管板和分程隔板分隔有第一分隔腔和第二分隔腔，所述管箱的外侧设置有第一接管和第二接管，且所述第一分隔腔和第一接管以及第二分隔腔和第二接管之间相互适配，所述壳体外侧的两端分别设置有第三接管和第四接管。

在一种优选方案中，所述折流板的内部均开设有导流孔，且相邻的两个折流板内部的导流孔交错放置。

本发明取得的技术效果为：

本发明通过在换热管外侧开设螺旋凹槽，通过驱动元件带动螺纹杆和折流板移动，通过折流板带动除垢机构移动，除垢机构移动后，滚珠沿着螺旋凹槽内部滚动，通过滚珠带动第一磨削环和第二磨削环在换热管外侧转动，通过磨削面对换热管表面的水垢进行磨削进行除垢作业，剥离的水垢跟随冷却介质流出壳体内部，使得装置无需停机即可时进行除垢作业，提高了除垢效率；

本发明通过在磨削面上设置磨削纹，在磨削面对水垢进行磨削时，能够将水垢磨削成小块或粉末状，降低了剥离的水垢的质量，避免水垢沉降在壳体内部，同时，转动状态的磨削面不会对换热管形成挤压，能够避免换热管受力变形凹陷。

附图说明

图1是本发明实施例一中整体的结构示意图；

图2是本发明实施例一中整体结构的后视图；

图3是本发明实施例一中管箱和壳体的内部结构示意图；

图4是本发明实施例一中管箱和壳体局部的内部结构图；

图5是本发明实施例一中换热管的结构示意图；

图6是本发明实施例一中折流板的结构示意图；

图7是本发明实施例一中除垢机构的结构示意图；

图8是本发明实施例一中除垢机构的结构剖视图；

图9是本发明实施例一中除垢机构的结构爆炸图；

图10是本发明实施例一中第一磨削环的结构示意图；

图11是本发明实施例二中除垢机构的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、管箱；11、管板；12、分程隔板；13、第一分隔腔；14、第二分隔腔；15、第一接管；16、第二接管；20、壳体；21、支撑板；22、承载导向杆；23、折流板；24、换热管；25、螺旋凹槽；26、第三接管；27、第四接管；28、导流孔；30、驱动机构；31、驱动元件；32、螺纹杆；40、除垢机构；41、第一夹持环；42、第二夹持环；43、第一磨削环；44、第二磨削环；45、滚珠；46、磨削面；47、半球凹槽；48、除垢凸台。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个较佳的实施方式中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例一：

请参阅附图1至图6所示，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种固定床热高分气水冷器，包括管箱10和壳体20，壳体20固定于管箱10的一端，管箱10和壳体20之间固定有管板11，壳体20内部远离管箱10的一端固定有支撑板21，管板11和支撑板21之间均匀螺纹连接有多个承载导向杆22，多个承载导向杆22外侧均匀滑动连接有多个折流板23，还包括：

多个换热管24，多个换热管24均匀装配于管板11和支撑板21之间，换热管24的外侧开设有螺旋凹槽25；

驱动机构30，驱动机构30装配于管箱10和壳体20之间，且驱动机构30和折流板23相连接；

除垢机构40，除垢机构40装配于折流板23和换热管24之间，且除垢机构40和螺旋凹槽25相适配；

其中，驱动机构30带动折流板23移动后，除垢机构40在折流板23和螺旋凹槽25的配合下沿换热管24表面滑动并围绕换热管24的中轴线转动。

需要说明的是，换热管24开设的螺旋凹槽25后，换热管24的壁厚最薄处需要满足强度要求和其他性能要求。

在本实施例中，换热管24的截面形状为U形，且换热管24的两端均贯穿管板11、支撑板21和折流板23内部，且换热管24的一端位于第一分隔腔13内部，换热管24的另一端位于第二分隔腔14内部，第一分隔腔13和第二分隔腔14通过多个换热管24的配合形成一个流动通路。

在该实施方式中，当需要对换热管24表面的水垢进行清除时，启动驱动机构30，由于驱动机构30和折流板23相连接，通过驱动机构30驱动折流板23移动，由于除垢机构40装配于折流板23和换热管24之间，通过折流板23带动除垢机构40在换热管24的表面滑动，通过折流板23和螺旋凹槽25的配合，使得除垢机构40在滑动的同时进行自转，当换热管24表面的较大较厚的水垢和除垢机构40接触后，通过除垢机构40对水垢表面进行磨削，对较大较厚的水垢逐渐进行分解，进而对换热管24表面的水垢进行清除，同时，能够有效避磨削力传递至换热管24表面，造成换热管24变形凹陷。

其次，请再次参阅图4，驱动机构30包括驱动元件31和螺纹杆32，驱动元件31固定于管箱10的一端，螺纹杆32固定于驱动元件31的输出端，且驱动元件31和管板11以及驱动元件31和支撑板21之间均通过密封轴承转动连接，螺纹杆32和折流板23螺纹连接。

进一步的，驱动元件31和管板11连接处以及驱动元件31和支撑板21的连接处均可设置密封组件，用以隔绝密封轴承，避免密封轴承和冷却介质接触，以延长密封轴承的使用寿命，密封组件的具体形式可根据实际需求进行制作，在此不做具体限定。

优选的，在本实施例中，驱动元件31优选为伺服电机减速机，伺服电机减速机具有较高的扭矩和良好的控制性，便于控制折流板23的移动距离，避免折流板23在移动过程中与管板11或支撑板21发生碰撞。

在该实施方式中，当需要对换热管24表面的水垢进行清除时，启动驱动元件31，通过驱动元件31和螺纹杆32的固定连接，使得驱动元件31带动螺纹杆32转动，通过螺纹杆32和折流板23的螺纹连接，使得螺纹杆32带动折流板23沿换热管24的延伸方向移动，进而通过折流板23带动除垢机构40运转对换热管24表面的水垢进行清除。

再其次，请一并参阅图7至图9所示，折流板23的内部均匀开设有多个通孔，且换热管24贯穿通孔内部，除垢机构40包括第一夹持环41、第二夹持环42、第一磨削环43、第二磨削环44和滚珠45，第一夹持环41和第二夹持环42分别装配于通孔的两端，且第一夹持环41和第二夹持环42固定连接，第一磨削环43和第二磨削环44转动连接于第一夹持环41和第二夹持环42之间，且第一磨削环43和第二磨削环44固定连接，滚珠45转动连接于第一磨削环43和第二磨削环44之间，且滚珠45和螺旋凹槽25滚动接触。

其中，第一磨削环43和第二磨削环44的内部均设置有多个销孔，且多个位于第一磨削环43内部的销孔和多个位于第二磨削环44内部的销孔一一对应，相互对应的两个销孔内部装配有销杆，且销孔和销杆过盈配合，第一磨削环43和第二磨削环44通过销杆固定连接。

在此，螺旋凹槽25的深度根据实际情况进行调整，只要能够对滚珠45实现导向和限位作用即可，同时，为了保证换热管24的强度，在换热效率可控的范围内，可适当增加换热管24的壁厚，避免换热管24开设螺旋凹槽25后其物理性能无法满足设计需求和使用需求。

进一步的，在本实施例中，第一夹持环41、第二夹持环42、第一磨削环43、第二磨削环44和滚珠45的材质可以是下列材质中的一种或多种：9Cr18、G20CrMo、GCr15或其他具有热缩系数小且具有耐磨特性的材质，避免除垢机构40在运转过程中受热膨胀，导致除垢机构40无法正常运转，具体的，本实施例中，第一夹持环41、第二夹持环42、第一磨削环43、第二磨削环44和滚珠45的材质优选为GCr15。

需要说明的是，第一夹持环41和第二夹持环42的外壁均开设有L形配合面，当第一夹持环41和通孔以及第二夹持环42和通孔均紧密贴合时，两个L形配合面形成内凹卡槽，第一夹持环41和第二夹持环42之间螺纹连接有多个紧固螺钉，当第一夹持环41和第二夹持环42通过内凹卡槽和紧固螺钉的配合卡接于通孔内部。

在该实施方式中，当启动驱动元件31对换热管24表面进行除垢时，驱动元件31通过螺纹杆32带动折流板23移动，由于第一夹持环41和第二夹持环42卡接于折流板23内部，通过折流板23带动第一夹持环41和第二夹持环42移动，由于第一磨削环43和第二磨削环44转动连接于第一夹持环41和第二夹持环42之间以及滚珠45转动连接于第一磨削环43和第二磨削环44之间，通过第一夹持环41和第二夹持环42带动第一磨削环43、第二磨削环44和滚珠45沿换热管24的延伸方向移动，由于滚珠45和螺旋凹槽25滚动接触，通过螺旋凹槽25对滚珠45的滚动方向进行引导，进而通过滚珠45带动第一磨削环43和第二磨削环44在移动的同时围绕换热管24的中轴线转动，使得第一磨削环43和第二磨削环44对换热管24表面的水垢进行磨削，进行除垢作业。

其次，请再次参阅图8和图9所示，第一磨削环43和第二磨削环44相互远离的一端均倾斜开设有磨削面46。

在该实施方式中，当倾斜的磨削面46和较大较厚的水垢接触后，通过转动的磨削面46对水垢进行磨削，逐渐打磨水垢的厚度，避免水垢受力过大并传递给换热管24，造成换热管24变形凹陷。

进一步的，磨削面46的表面均匀开设有若干磨削纹。

在此，磨削纹的样式可以是下列形式中的任意一种或多种：磨砂纹、磨削凸点、条纹或其他具有磨削作用的样式。

在该实施方式中，磨削纹的设置，能够将较大较厚的水垢磨削成较小的块状或粉状，能够降低剥离状态的水垢的质量，使得剥离的水垢能够跟随介质流出壳体20内部，避免剥离的水垢沉降在壳体20内部。

请再次参阅图9和图10，第一磨削环43和第二磨削环44相互靠近的一端均开设有半球凹槽47，两个半球凹槽47构成防脱球槽，滚珠45转动连接于防脱球槽的内部，且滚珠45的球心位于防脱球槽内部。

在该实施方式中，防脱球槽的设置，能够避免滚珠45从防脱球槽内部脱落，同时，便于对滚珠45进行安装。

请再次参阅图3和图4所示，管箱10的内部固定有分程隔板12，且管箱10的内部通过管板11和分程隔板12的配合分隔有第一分隔腔13和第二分隔腔14，管箱10的外侧设置有第一接管15和第二接管16，且第一分隔腔13和第一接管15以及第二分隔腔14和第二接管16之间相互适配，壳体20外侧的两端分别设置有第三接管26和第四接管27。

在该实施方式中，在对高温气体进行降温冷却时，将冷却介质通过第三接管26输入至壳体20内部，并通过第四接管27流出，将高温气体通过第一接管15输入值第一分隔腔13内部，再通过换热管24内部流向第二分隔腔14，并通过第二接管16流出装置外部，高温气体通过换热管24内部时，通过换热管24吸收气体的温度并传递给冷却介质，实现对高温气体进行降温的目的。

需要说明的是，根据实际使用需求，第一接管15和第二接管16以及第三接管26和第四接管27的功能可以互相切换，即：高温气体通过第二接管16流入到第二分隔腔14内部，通过换热管24流入第一分隔腔13内部，并通过第一接管15流出，冷却介质通过第四接管27流入并从第三接管26流出，上述实施方式，仅作为工作流程的描述，不作为具体限定。

请再次参阅图4所示，折流板23的内部均开设有导流孔28，且相邻的两个折流板23内部的导流孔28交错放置。

在该实施方式中，折流板23的设置能够对壳体20内部的冷却介质进行导流，通过交错放置的导流孔28，能够增加冷却介质的流动行程，增加冷却介质和换热管24的接触时间，提高热交换效果和效率。

实施例二：

本实施例是在实施例一的基础上做进一步优化，本实施例和实施例一的区别在于第一磨削环43和第二磨削环44，具体的：

请参阅图11所示，第一磨削环43和第二磨削环44内部均设置有除垢凸台48，两个除垢凸台48分别位于滚珠45的两端，且除垢凸台48和螺旋凹槽25相适配。

其中，除垢凸台48和螺旋凹槽25为间隙配合。

在该实施方式中，除垢凸台48的设置，能够对螺旋凹槽25内部凝结的水垢进行清理，避免水垢影响滚珠45滚动，能够保证除垢机构40正常运转。

本发明的工作原理为：

当需要对换热管24进行除垢作业时，启动驱动元件31，通过驱动元件31带动螺纹杆32转动，通过螺纹杆32带动折流板23移动，使得折流板23带动除垢机构40沿换热管24的延伸方向移动，当除垢机构40移动后，滚珠45在螺旋凹槽25内部滚动，通过滚珠45带动第一磨削环43和第二磨削环44在换热管24外侧转动，当转动状态的磨削面46和水垢接触后，通过磨削面46对水垢进行磨削，使得水垢从换热管24表面剥离，当磨削面46与较大较厚的水垢接触后，转动状态的磨削面46将较大较厚的水垢磨削成小块水垢或粉状水垢，并从换热管24表面剥离，进而实现对换热管24表面水垢的清除，再通过第三接管26输入清洗介质，剥离的水垢会跟随流动的清洗介质通过第四接管27流出装置外部。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (8)

1.一种固定床热高分气水冷器，包括管箱（10）和壳体（20），其特征在于：所述壳体（20）固定于管箱（10）的一端，所述管箱（10）和壳体（20）之间固定有管板（11），所述壳体（20）内部远离管箱（10）的一端固定有支撑板（21），所述管板（11）和支撑板（21）之间均匀固定有多个承载导向杆（22），多个所述承载导向杆（22）外侧均匀滑动连接有多个折流板（23），还包括：

多个换热管（24），多个所述换热管（24）均匀装配于管板（11）和支撑板（21）之间，所述换热管（24）的外侧开设有螺旋凹槽（25）；

驱动机构（30），所述驱动机构（30）装配于管箱（10）和壳体（20）之间，且所述驱动机构（30）和折流板（23）相连接；

除垢机构（40），所述除垢机构（40）装配于折流板（23）和换热管（24）之间，且所述除垢机构（40）和螺旋凹槽（25）相适配；

其中，所述驱动机构（30）带动折流板（23）移动后，所述除垢机构（40）在折流板（23）和螺旋凹槽（25）的配合下沿换热管（24）表面滑动并围绕换热管（24）的中轴线转动。

2.根据权利要求1所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述驱动机构（30）包括驱动元件（31）和螺纹杆（32），所述驱动元件（31）固定于管箱（10）的一端，所述螺纹杆（32）固定于驱动元件（31）的输出端，且所述驱动元件（31）和管板（11）以及驱动元件（31）和支撑板（21）之间均为转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述折流板（23）的内部均匀开设有多个通孔，所述除垢机构（40）包括第一夹持环（41）、第二夹持环（42）、第一磨削环（43）、第二磨削环（44）和滚珠（45），所述第一夹持环（41）和第二夹持环（42）分别装配于通孔的两端，且所述第一夹持环（41）和第二夹持环（42）固定连接，所述第一磨削环（43）和第二磨削环（44）转动连接于第一夹持环（41）和第二夹持环（42）之间，且所述第一磨削环（43）和第二磨削环（44）固定连接，所述滚珠（45）转动连接于第一磨削环（43）和第二磨削环（44）之间，且所述滚珠（45）和螺旋凹槽（25）相适配。

4.根据权利要求3所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述第一磨削环（43）和第二磨削环（44）相互远离的一端均倾斜开设有磨削面（46）。

5.根据权利要求4所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述磨削面（46）的表面均匀开设有若干磨削纹。

6.根据权利要求4所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述第一磨削环（43）和第二磨削环（44）相互靠近的一端均开设有半球凹槽（47），两个所述半球凹槽（47）构成防脱球槽，所述滚珠（45）转动连接于防脱球槽的内部，且所述滚珠（45）的球心位于防脱球槽内部。

7.根据权利要求1所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述管箱（10）的内部固定有分程隔板（12），且所述管箱（10）的内部通过管板（11）和分程隔板（12）分隔有第一分隔腔（13）和第二分隔腔（14），所述管箱（10）的外侧设置有第一接管（15）和第二接管（16），且所述第一分隔腔（13）和第一接管（15）以及第二分隔腔（14）和第二接管（16）之间相互适配，所述壳体（20）外侧的两端分别设置有第三接管（26）和第四接管（27）。

8.根据权利要求1所述的一种固定床热高分气水冷器，其特征在于：所述折流板（23）的内部均开设有导流孔（28），且相邻的两个折流板（23）内部的导流孔（28）交错放置。