CN2685811Y

CN2685811Y - 免维护无垢换热器

Info

Publication number: CN2685811Y
Application number: CN 200420001806
Authority: CN
Inventors: 李文忠
Original assignee: XIONGYUE Co Ltd SHANTOU HIGH-NEW ZONE
Priority date: 2004-01-02
Filing date: 2004-01-02
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2014-01-02

Abstract

本实用新型涉及一种换热器，其中在该换热器的与换热面一体的金属构件上设置一个声频振动单元，该声频振动单元包括一个或多个用于向换热面导入声频振荡的磁致伸缩能量转换器和一个信号发生器，所述磁致伸缩能量转换器被固定在换热器金属构件上，信号发生器连接并产生高频脉冲信号以驱动所述磁致伸缩能量转换器。本实用新型通过声频振动除去换热面上的结垢，可以适用于各种换热器，使其长时间地无垢运行，实现换热器的免维护。

Description

免维护无垢换热器

技术领域

本实用新型涉及一种免维护无垢换热器。

背景技术

换热器大量用于冷却、加热等热交换工艺过程。换热器结水垢是困扰工业生产的一大难题。以冷却器为例：换热面结垢使冷却水的流量逐渐减少，流量减少致使冷却水温度上升，水温上升则大大加快了结垢的速度……，如此情况下，冷却器的热工状态急剧恶化，部分换热管被水垢堵死，不得不停车检修，从而造成了生产设备开工率及生产效能的下降和生产成本的大幅上扬。

发明内容

本实用新型的目的是提供可消除或减少换热器内的结垢的一种免维护无垢换热器，它适用于现有的各种换热器，并确保换热器长时间无垢运行。

根据本实用新型的一种换热器，其中在该换热器的与换热面一体的金属构件上设置一个声频振动单元，该声频振动单元包括一个或多个用于向换热面导入声频振荡的磁致伸缩能量转换器和一个信号发生器，所述磁致伸缩能量转换器被固定在换热器金属构件上，信号发生器连接并产生高频脉冲信号以驱动所述磁致伸缩能量转换器。

在本实用新型中，所述磁致伸缩能量转换器可以固定式的方式固定在换热器金属构件上，也可以可拆卸式的方式固定在换热器金属构件上。

在所述磁致伸缩能量转换器与换热面之间的连接处可设置用于使所述磁致伸缩能量转换器所发出的声频振动不被反射的垫片。

在所述换热面上可设置有低黏附性涂层。

在所述换热面上可采用表面光洁度高的材料。

在所述换热面上可电镀有高表面光洁度的电镀层。

在换热器的外接管线法兰部位可设置声波的不良导体。

本实用新型主要通过以下技术手段实现其发明目的：A.激发声频振荡沿着换热器金属构件传递至换热面并起除垢防垢作用；B.对换热面进行水垢的低黏附性处理，使形成的水垢更难附着到换热面及更容易在声频振荡作用下剥落；C.对换热器进行声学绝缘处理，减少声频振荡的无功扩散损耗，提高防垢除垢效率。

本实用新型提供一种新型的免维护无垢换热器，可以适用于板式换热器、列管式换热器、螺旋板换热器、套管式换热器、蒸发器等多个应用系列，可长时间地无垢运行，无须停车清洗除垢，从而实现换热器真正的免维护。

以下结合附图及实施例进一步说明本实用新型。

附图简述

图1是本实用新型实施例中的磁致伸缩能量转换器与信号发生器组成的声频振动单元的示意图；

图2是本实用新型实施例中的磁致伸缩能量转换器安装在换热面上的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的列管式换热器管板的横截面结构视图；

图4是图3的换热器的侧剖面图；

图5是根据本实用新型实施例的免维护无垢板式换热器的示意图；

图6是根据本实用新型的免维护无垢螺旋板式换热器的结构示意图。

具体实施方式

参见图1和图2所示，在本实用新型的实施例中，通过向换热器导入声频振荡，产生免维护无垢运行的技术效果。其工作的原理如下：

信号发生器1产生的脉冲电流经电缆传至磁致伸缩转换器2的动磁绕组3上，动磁绕组3将电流脉冲转变成声频震荡，此震荡波沿热交换设备的管束和管道中的水传播，从而产生防垢、除垢效应。

频率在12千赫兹以上的声频震荡作用于换热面，使溶解于水中的硬度盐直接在水中结晶。超声波也使颗粒大的水垢破碎，微细的固体杂质在水中成为硬度盐结晶的晶核，因此，部分新的水垢是以粥样沉淀物生成在水中，并随水流排走。在超声震荡的作用和细小水流的冲刷下，换热器管线表面上的任何旧积垢，包括水化学处理时都难以除掉的含铁化合物，都会不断剥落下来。除此之外，若管壁上仍然附着有水垢，则管线的弯曲震荡会在残留水垢处产生切向机械张力，使水垢产生裂缝，这样，水就会进入裂缝中。裂缝中的水经炽热的管壁加热膨胀，在管线震动产生的切力的作用下，水垢会成块脱落，随水流带走。此外，超声震荡还有助于清除管壁表面小孔和裂缝所造成的含氧气泡，同时大大降低水中的溶解氧的过饱和度，从而大大减缓管壁的氧化锈蚀，延长其使用寿命。

导入声频振荡的方法产生以下的明显效应：a)使换热面上的积垢持续不断地剥落；b)换热面上的声频振荡也减缓了结垢的速度；c)传至水介质中的声频振荡也使部分硬度盐在水里直接结晶，形成粥样沉淀。

简而言之，本实用新型通过持续不断的除垢作用来实现在线防垢效果。

事实上，声频振荡以相当复杂的形式在金属构件中传递，但声波的衍射，反射等作用对防垢除垢效果无明显影响。而且，换热面的两面都具有防垢除垢效应。如列管式换热器，管程结垢或壳程结垢均可在声频振荡作用下达到防垢除垢效果。

冷却器则可直接使用原水(生水)，无须添加阻垢剂或进行软化处理。

如图1所示，由信号发生器1产生的脉冲信号，经电缆传至一个或多个磁致伸缩能量转换器2转换成声频振荡，频率12千赫兹以上，再输出到换热器上。信号发生器1产生的脉冲信号可以是连续的，或是间断可调的。

磁致伸缩能量转换器2激发的声频振荡最主要是通过换热器的金属构件如管板，外壳等传至换热面并起作用的。当然，同时也传递至热交换器内部的液体介质。磁致伸缩能量转换器2与换热面4的连接方式有两种，见图2。图2(a)是可拆卸连接；图2(b)是固定式连接。

对换热器的换热面进行水垢的低黏附性处理有助于提高防垢除垢的效果，从而使换热器运行时一直保持高的热效率。

换热面的光洁度与水垢的附着力有极大关系，表面越粗糙，水垢的沉积越容易(结晶中心或者是晶核越多)和越紧密。换热面表面越光滑，水垢的附着力越小。因此，使用表面光洁度高的金属材料，如不锈钢等，可以大大降低水垢在其表面的附着力，使水垢的剥落更为容易，从而提高防垢除垢效果。

对基体金属加以抛光电镀可以极大地提高换热表面的光亮度，由于对炭钢这样的基体金属加上铬或是镍金属镀层是很廉价和便捷的方法，因此可以大面积使用。铜，铬，镍的声学特性与炭钢十分相近，不存在声学震荡导致镀层松脱的可能。

在换热面上采用低黏附性涂层，可以使结垢在声频振动下更易于脱落。水里的硬度盐结晶成为水垢沉淀的条件，是要有足够数量的结晶中心(晶核)以及处于过饱和状态，晶核的晶格结构与结晶物越相近结晶便越容易。而树脂的高分子结构与无机盐的晶格结构有非常大的差异，因此，使用有机树脂的抗黏附材料是有效和可行的。考虑到有机树脂大都是声波和热的不良导体，以及在基体金属上的附着力的问题，涂层应尽可能的薄，此外，还应该考虑涂层在换热器工作温度下的强度，抗老化氧化，耐腐蚀等问题。

环氧树脂性涂料有较高的温度稳定性和与基体金属的良好亲和性和附着力，是比较理想的抗黏附材料之一。

为了充分利用磁致伸缩能量转换器发出的声频振动来除垢，有必要对换热器进行声学绝缘处理。金属是声波的极佳导体，通过换热器的外壳及管线声波能够很好的传递，从而造成声学能量的无功扩散损失而影响防垢效果。对换热器进行声学绝缘处理并不复杂：在换热器的外接管线的法兰盘，外壳，封头等处加上聚四氟乙烯或其他橡胶类垫片就可以了。因有弹性的有机树脂垫片是声波的不良导体，可阻止声频振荡的无功损耗。

本实用新型的免维护无垢换热器除了能长时间无垢运行而带来很大的经济效益之外，还有如下优点：

本实用新型可使用未加处理的高硬度原水(生水)，不论作为冷却器还是加热器。实际应用中，经特殊改装的“免维护无垢”套管式换热器加热矿化度高达5万毫克以上的含水量超过80％的原油-水体系同样效果显著，长时间(2年以上)正常无垢运行。而同管系的普通换热器水垢的沉积速度在30mm/y以上，结垢质地极其坚硬，连阀门也无法正常使用。

由于本实用新型是完全的物理方法除垢防垢，结垢物的化学成分与除垢防垢效果无关。经过专门设计，本实用新型同样适用于在线解决化学工艺上的化学料浆结疤(结垢)，这种化学料浆的结疤至今被行内所有专家列为不治之症。

图2示出磁致伸缩能量转换器2与换热面4的两种固定方式，其中图2(a)为可拆卸式，磁致伸缩能量转换器2的前端有外螺纹，换热面4上焊接有螺纹连接头5，使得磁致伸缩能量转换器2可通过螺纹连接在螺纹连接头5上。在螺纹连接头5内设有垫片6，以使磁致伸缩能量转换器所发出的声频振动不被反射，从而使声频振动无损耗或低损耗地传递给换热面4。图2(b)所示为磁致伸缩能量转换器2与换热面4以焊接方式被固定在一起。

如图3和图4所示为一列管式换热器，换热管由光亮度很高的不锈钢管组成，管程通过冷却水，原水温度30-40℃；壳程通过热介质，温度70-90℃。4个磁致伸缩能量转换器2通过焊接在大管板8上的螺纹连接头5连接到大管板8。一个信号发生器1驱动4个磁致伸缩能量转换器2，信号发生器1与磁致伸缩能量转换器2由电缆连接。发生器耗电功率：160瓦；磁致伸缩能量转换器输出平均声功率：20瓦×4；工作频率：15-25kHz；工作方式：间断脉冲；换热面积：210.8平方米；换热管9：Ф19mm×5400mm，330根。

由于运行过程中产生的是粉末状及尺寸很小的水垢碎片，大部分由冷却水带走了，小部分沉积在端头的水室，对换热器的运行没有影响。维护要求极为简单：在工艺设备大修时打开换热器封头用几个压力的水将水室的垢渣冲掉即可。

图5是根据本实用新型实施例的免维护无垢板式换热器的示意图。图中在换热器的两侧换热面4上分别固定一个磁致伸缩能量转换器2，并各安装2个声绝缘垫片7，以阻止声频振动的无功耗散。

图6是根据本实用新型的免维护无垢螺旋板式换热器的结构示意图。图中在换热器的换热面4上设置两个磁致伸缩能量转换器2，并在其四个侧面各设置一个声绝缘垫片7。

Claims

1、一种换热器，其特征在于在该换热器的与换热面一体的金属构件上设置一个声频振动单元，该声频振动单元包括一个或多个用于向换热面导入声频振荡的磁致伸缩能量转换器和一个信号发生器，所述磁致伸缩能量转换器被固定在换热器金属构件上，信号发生器连接并产生高频脉冲信号以驱动所述磁致伸缩能量转换器。

2、根据权利要求1的换热器，其特征在于所述磁致伸缩能量转换器以固定式的方式固定在换热器金属构件上。

3、根据权利要求1的换热器，其特征在于所述磁致伸缩能量转换器以可拆卸式的方式固定在换热器金属构件上。

4、根据权利要求3的换热器，其特征在于在所述磁致伸缩能量转换器与换热面之间的连接处设置用于使所述磁致伸缩能量转换器所发出的声频振动不被反射的垫片。

5、根据权利要求1的换热器，其特征在于所述换热面上具有低黏附性涂层。

6、根据权利要求1或5的换热器，其特征在于所述换热面上采用表面光洁度高的材料。

7、根据权利要求1或5的换热器，其特征在于所述换热面上具有高表面光洁度的电镀层。

8，根据权利要求1的换热器，其特征在于在换热器的外接管线法兰部位设置声波的不良导体。