CN1948887A

CN1948887A - 一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置

Info

Publication number: CN1948887A
Application number: CN 200510032232
Authority: CN
Inventors: 俞天兰; 俞秀民; 彭德其; 吴金香; 蒋少青; 支校衡
Original assignee: ZHUZHOU TECHNICAL COLLEGE
Current assignee: ZHUZHOU TECHNICAL COLLEGE
Priority date: 2005-10-10
Filing date: 2005-10-10
Publication date: 2007-04-18

Abstract

一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，设备里的水平传热管可以是直管、弯管，也可以是水平流道，每根传热管内设置一条与其大体等长的螺旋线，设备外部连接有粒子循环罐系统。正常运行时，靠螺旋线实现管内对流传热强化，可以提高管内侧传热膜系数50％以上。传热管内壁污垢需要流态化清洗时，即使管内流速只有0.4m/s的低流速下，也能靠螺旋线的“螺旋线斜面”作用，实现均匀流态化清洗。由于没有要求螺旋线自转，结构大大简化，可靠性很高。因此，这种传热装置广泛适用于各种含水平列管、水平弯管或含水平流道的各种结构形式的传热设备的传热强化和在线自动清洗。

Description

一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置

技术领域

本发明专利涉及一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，涉及换热器管内污垢的在线清洗和传热强化的装置。它适用于含水平传热管的各种换热器，如无相变的换热器，有相变的冷凝器、蒸发器等的在线清洗及其传热强化。

背景技术

应用于水平传热管内或水平传热流道内传热强化及其污垢在线清洗的现有技术有多种。在较高流速工况下应用的有自转塑包螺旋线技术(ZL2004200351029，传热管内污垢在线自动清洗的流体动力塑包螺旋线，2005.2.20.)、自转塑料光滑扭带技术(俞天兰、彭德其、俞秀民等，汽轮机冷凝器自转塑料扭带自动在线连续除垢防垢技术研究，现代化工，2002，(6)44-46)，在中低流速工况下应用的有自转塑料斜齿扭带技术(彭德其，刘桂英，等，一种新型传热管自动清洗用斜齿扭带研究，轻工机械，2003，(2)：84-85)。这些流体动力自转清洗技术的主要不足有两点：一是为了清洗元件能够靠热流体动力自转，结构比较复杂，可靠性较低、设备费偏高；二是流道内壁污垢清洗的均匀性不够好；三是对硬垢的清洗能力较低，自身磨损较快。水平管内流态化技术清洗硬垢的能力强，均匀性也好，但是要求流道内有2m/s以上的高流速(ZL93233428.8，管内循环流态化传热设备[P]，1994.4.1，)，并且不清洗时无传热强化功能。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是现有流体动力自转连续扭带类清洗技术存在的三方面问题：硬垢清洗难、清洗均匀性差、可靠性低，同时解决现有水平管内流态化清洗要求高流速又不清洗时无传热强化功能的两大问题，提出一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，能在0.4m/s以上的低流速下实现在线、均匀地清洗硬垢软垢，并且不清洗时又高效传热强化，可靠性高，成本低廉，可以广泛地应用于各种换热器，例如无相变的换热器，有相变的冷凝器、蒸发器等等。

本发明专利的技术方案为：一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，由水平传热管、螺旋线、流态化粒子、粒子循环罐等组成。水平传热管可以是直管，也可以是弯管。每根水平传热管内设置与其大体等长的螺旋线。螺旋线可以是一根，也可以是数段串接的。螺旋线可以是裸露的金属螺旋线，也可以是有塑料包层的金属螺旋线。金属螺旋线的直径d一般为1mm～3mm，使螺旋线有足够的弹性和刚度，材料一般是不锈钢、碳弹簧钢，主要依据水平传热管内的液体的腐蚀性选择。塑料包层的厚度在0.5mm～3.0mm的范围，采用耐磨性好、注塑工艺性好的工程塑料制造，同时考虑水平传热管内的热流体温度高低条件。螺旋线的螺距T与传热管内径d_i之比一般为(0.5～2.5)。螺旋线外径D与水平传热管(或水平传热流道)的内径之比d_i为(0.75～0.96)，相对于传热管内壁可以有振动和周向摆动，以免流态化粒子卡在螺旋线与传热管内壁之间影响传热效果。粒子循环罐的一种方案是粒子循环罐的底部管与文丘里连接，使流态化粒子回流到换热器的入口管；另一种方案是将粒子循环罐设置在高位，靠其底部粒子回流管内浓密的粒子静压回流到换热器的入口管，以省去文丘里和单向阀，因此粒子回流管须有与换热器管程阻力大小相应的高度。流态化粒子可以是河沙、瓷球、金属球、塑料球、胶球。对于软垢多采用塑料球或胶球。对于硬垢，一般采用较粗(4目～16目)的河沙，由于沙子的硬度大，可以很有效的清洗硬垢。

非清洗运行时，螺旋线是管内对流传热的强化元件，可以使管内侧传热膜系数提高50％以上。

管内污垢需要清洗时，管程液体通过过文丘里时，将粒子循环罐内的流态化粒子(例如沙子)吸出，混合成均匀的流态化液通入传热设备的水平传热管(或水平传热流道)内。若不设置文丘里，则高位的粒子循环罐底部管内浓密的粒子靠静压回流到进口的管程液体里。流态化粒子的密度比液体大得多，在水平传热管内会自发地向水平传热管横截面的下部或底部沉降，导致横截面粒子浓度地上稀下浓和清洗效果的不均匀性。但是，轴向流动的液体总是将粒子沿着螺旋线的“螺旋线斜面”推向前方，从而使粒子的高度得以提升，简便有效地解决了粒子浓度的横截面均匀性问题，达到上半周污垢与下半周污垢一样均匀清洗的目的。并且，正是由于“螺旋线斜面”作用，使流态化粒子达到横截面基本均匀分布的流速要求大大降低，可以由高流速(2.m/s以上)下降到低流速(0.4m/s)。在如此低的流速下的换热器的阻力也很低。所以，这种新结构的流态化清洗换热器完全与普通传热设备一样，对泵的流量与扬程没有特殊要求。

由于没有要求塑螺旋线自转，结构大大简化，可靠性很高。因此，该技术可以广泛地应用于卧式结构的各种列管换热器，如换热器、冷凝器、蒸发器等等。

附图说明

图1是本发明专利的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置示意图。

图2是本发明专利的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置的传热管内剖视图。

图3是本发明专利的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置流态化粒子的另一种循环方案图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利作进一步详细的描述。

图中的 1传热设备 2螺旋线 3水平传热管 4三通 5粒子循环罐 6流态化粒子 7文丘里 8单向阀 9金属螺旋线 10塑料包层 11粒子回流管

一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，由水平传热管3、螺旋线2、流态化粒子6、粒子循环罐5、文丘里7等组成。水平传热管3可以是直管，也可以是弯管。每根水平传热管3内设置一条螺旋线2。螺旋线2的长度与水平传热管3大体等长。螺旋线2可以是一根，也可以是数段串接的。螺旋线2可以是裸露的金属螺旋线9，也可以是有塑料包层10的金属螺旋线9。金属螺旋线9的直径d一般1mm～2mm，使塑包螺旋线2有足够的弹性和刚度，材料一般是不锈钢、碳弹簧钢，主要依据水平传热管3内的液体的腐蚀性选择。塑料包层10的厚度在0.5mm～3.0mm的范围，采用耐磨性好、注塑工艺性好的工程塑料制造，同时考虑水平传热管3内的热流体温度高低条件选择。螺旋线2的螺距T一般为(0.5～2.5)d_i。螺旋线2的外径D与水平传热管的内径之比d_i为(0.75～0.96)，相对于水平传热管3内壁可以有不连续的运动，以免流态化粒子卡在螺旋线2与传热管3内壁之间。粒子循环罐5的一种方案是粒子循环罐5的底部管与文丘里7连接，使流态化粒子6回流到换热器1的入口管；另一种方案是将粒子循环罐5设置在高位，靠其底部粒子回流管11内浓密的流态化粒子静压的回流到换热器1的入口管，以省去文丘里7和单向阀8，因此粒子回流11管须有与换热器1管程阻力大小相应的高度。

不清洗运行时，只开阀门F11和F14，螺旋线2是水平传热管3内对流传热的强化元件，可以使水平传热管3内的传热膜系数提高50％以上。水平传热管3内逐渐结垢，传热效率下降，换热器1的出口温度计t的变化(若管程液体被冷却时，表现为上升；若管程液体被加热时，表现为下降)量超过某一其限值，就需要清洗内壁污垢。

在线清洗运行时，开阀门F12和F13及其F15，关阀门F11和F14。管程液体通过文丘里7时，将粒子循环罐5里的流态化粒子6吸出，并且进行混合，经过单向阀8，进入换热器1的各水平传热管3内。流态化粒子6的循环的另一方案(图3)，是设置在高位的粒子循环罐5里的流态化粒子6，靠其底部粒子回流管11内浓密的流态化粒子6的静压回流到换热器1的入口管。设置虽然流态化粒子6的密度比液体大得多，总是存在向水平传热管3横截面底部沉降的趋向，但是轴向流动的液体又总是将流态化粒子6沿着“螺旋线斜面”推向前方，提升到水平传热管2的上半周，即使在0.4m/s的低流速下也能够使流态化粒子6在水平传热管(或水平传热流道)3的截面内浓度分布均匀化，实现水平传热管3上半周管壁污垢与下半周管壁污垢一样的均匀清洗。

流态化清洗的速度比较快，一般一个小时左右。不同工况下运行的换热器1的清洗时间显然不尽相同。为了避免过度清洗造成金属表面膜的损伤，简便有效的方法是观察出口温度计t的读数，将基本上回复到结垢以前的温度值作为清洗作业的终点，而不是完全恢复到结垢以前的出口温度值。清洗期间，若含有水平传热管2内壁污垢的管程液体不可以直接进入下游设备，则关闭阀门F15，污水经过三通4和阀门F16的排污管外排。

清洗结束时，开阀门F11、F13和F15，关闭阀门F12和F14，运行5分钟左右，以便滞留在水平传热管3内的流态化粒子6全部回收到粒子循环罐5内。然后再开始正常运行。

需要补加流态化粒子6时，打开三通4的上口堵头，进行补加作业。

流态化粒子6可以是河沙、瓷球、金属球、塑料球、胶球。对于软垢多采用塑料球或胶球。对于硬垢，一般采用(5目～16目)的河沙，由于流态化粒子6的沙子的硬度大，硬垢也可以很有效的清洗。

Claims

1.一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，由换热器(1)、螺旋线(2)、水平传热管(3)、粒子循环罐(5)、流态化粒子(6)等组成，其特征在于：换热器(10)内的每根水平传热管(3)内设置一条与其大体等长的螺旋线(2)，换热器(1)外与外部的粒子循环罐(5)连接，粒子循环罐(5)内装有流态化粒子(6)，文丘里(7)与粒子循环罐(5)的底部管连接。

2.根据权利要求1的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，其特征在于：将粒子循环罐(5)设置在高位，其底部的粒子回流管(11)与换热器(1)的进口管直接连通。

3.根据权利要求1的其特征在于：换热器(1)的水平传热管(3)可以是直管，也可以是弯管。

4.根据权利要求1的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，其特征在于：螺旋线(2)可以是直径d为1mm-2mm、裸露的金属螺旋线(9)，也可以有厚度0.5mm～3.0mm的塑料包层(10)。

5.根据权利要求1的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，其特征在于：螺旋线2的螺距T大小为(0.5～2.5)d_i，其外径D为(0.75～0.96)d_i。

6.根据权利要求1的一种水平管内污垢螺旋线流态化在线清洗及其传热强化装置，其特征在于：可以是沙子、金属球、瓷球、塑料球、胶球。