DE8110199U1 - DEVICE FOR SELF-CLEANING HEAT EXCHANGE PIPES - Google Patents
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Description
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ELF FRANCE
75oo7 Paris, FrankreichELF FRANCE
75oo7 Paris, France
Vorrichtung zur Selbstreinigung von WärmeaustauschrohrenDevice for self-cleaning of heat exchange tubes
im Betrieboperational
Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Selbstreinigung von Wärmeaustauschrohren im Betrieb. Die Verschmutzung eines Austauschers, insbesondere in einer Raffinierie, weist verschiedene Nachteile auf:The innovation relates to a device for the self-cleaning of heat exchange tubes during operation. The fouling of an exchanger, especially in a refinery, has several disadvantages:
Man stellt fest:One notes:
ein fortlaufendes Absinken der Wärmeaustauschleistungen und daher einen höheren Energieverbrauch.a continuous decrease in the heat exchange performance and therefore a higher energy consumption.
eine fortlaufende Erhöhung der Druckverluste und manchmal eine Durchsatzbeschränkung,a steady increase in pressure drops and sometimes a restriction in throughput,
die Notwendigkeit, eine Anlage stillzusetzen, um einen ihrer Austauscher zu reinigen, wenn er nicht mit einer Überbrückung versehen ist, was zu einem Gewinnausfall in der Produktion führt, und verschiedene Ausgaben, die mit allen Vorgängen der Stillsetzung und Wiederingangsetzung zusammenhängen, wie z. B. Brennstoff-,the need to shut down a facility in order to clean one of its exchangers when it is not using is bridged, which leads to a loss of profit in production, and various expenses, related to all shutdown and restart processes, such as B. fuel,
Reinigungsmittelausgaben usw. S Detergent expenditure, etc. p
Di(S Investition in die Anbringung einer Überbrückung führt zu weiteren Ausgaben* nämlich denen der Anlage der Isolierventile der Überbrückung und ihres Ventils sowie denen, die sich durch den Wärmeverlust während der Reinigungsperiode des überbrückten Austauschers ergeben.Di (S investment in the installation of a bridge leads to further expenses * namely those of the system the isolation valves of the bypass and its valve as well as those that are affected by heat loss during the cleaning period of the bridged exchanger.
In allen Fällen ist die Reinigung des Rohrbündels lästig und zeigt, daß die verschmutzten Rohre manchmal unter den Ansätzen korrodieren.In all cases, cleaning the tube bundle is a nuisance and shows that the tubes are sometimes dirty corrode under the roots.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, verhältnismäßig unaufwendige Vorrichtung zur Sicherung einer dauernden Selbstreinigung des Inneren der Rohre während des Betriebs des Austauschers zu entwickeln. Diese Vorrichtung soll in jedes Rohr der Anlage einsetzbar sein.The object of the innovation is to provide a simple, relatively inexpensive device for securing to develop a permanent self-cleaning of the interior of the pipes during the operation of the exchanger. It should be possible to use this device in every pipe in the system.
Gegenstand der Neuerung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist eine Vorrichtung zur dauernden Selbstreinigung und Verschmutzungsverhinderung von Wärmeaustauschrohren, insbesondere Raffinerie-Wärmeaustauschrohren, im Betrieb, mit dem Kennzeichen, daß sie aus einer Wendel aus einem korroslons- und reibungsverschleißbeständigen Material besteht, die in das Innere der Rohre eingeführt ist und unter der Wirkung der Strömung im turbulenten Bereich dauernd bewegt und in wiederholten Kontakt mit den Innenwänden der Rohre gebracht wird, wobei die Mitführung der Wendel durch die Strömung mittels einesThe object of the innovation, with which this object is achieved, is a device for permanent self-cleaning and pollution prevention of heat exchange pipes, especially refinery heat exchange pipes, during operation, with the characteristic that it consists of a helix made of a material that is resistant to corrosion and wear and tear consists, which is inserted into the interior of the tubes and under the action of the flow in the turbulent The area is continuously moved and brought into repeated contact with the inner walls of the pipes, the Entrainment of the helix through the flow by means of a
stromauf angeordneten, inre eventuelle Drehung ermöglichenden Befestigungsorgans vermieden wird.upstream, allowing possible rotation Fastening member is avoided.
Die reinigend wirkende Wendel erstreckt sich über die ganze Länge der Rohre und wird durch die Fluidzirkulation in den Rohren in Bewegung versetzt, um Ansätze an der Innenwand der Rohre zu vermeiden oder zu beseitigen.The cleaning coil extends over the entire length of the pipe and is activated by the fluid circulation set in motion in the pipes in order to avoid or eliminate deposits on the inner wall of the pipes.
Nach einer ersten Ausführungsart fädelt man z. B. durch Ansaugen einen Metalldraht von langgestreckter Wendelform mit bestimmter, vom Ein- bis zum Siebenfachen des Durchmessers des Rohres gehenden Ganghöhe, der durch Ziehen einer Feder erhalten ist, in ein etwas längeres Rohr ein, um der Dehnung des wendeiförmigen Drahtes im Betrieb Rechnung zu tragen.According to a first embodiment, z. B. by suction a metal wire of elongated Helical shape with a certain pitch ranging from one to seven times the diameter of the pipe, the is obtained by pulling a spring into a somewhat longer tube in order to stretch the helical Wire in operation.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Refinements and developments of the device are characterized in the subclaims.
Die Wendel besteht zweckmäßig aus einem Metalldraht eines Durchmessers im Bereich von 0,j5 bis 1 mm, der gegenüber der Korrosion und dem Reibungsverschleiß beständig ist, wie z. B. aus einem Federdraht aus einem geeigneten Metall oder einer geeigneten Legierung, wie z. B. aus kaltverformtem Titan, oder jedem anderen geeigneten Werkstoff. Die Wahl der Eigenschaften der Wendel, d. h* der Ganghöhe, des Durchmessers, derThe helix expediently consists of a metal wire with a diameter in the range from 0.15 to 1 mm, the is resistant to corrosion and frictional wear, e.g. B. from a spring wire a suitable metal or alloy, such as. B. made of cold-worked titanium, or any other suitable material. The choice of the properties of the helix, i.e. h * the pitch, the diameter, the
^ Elastizität, des Durchmessers d°s die Wendel bildenden^ Elasticity, of the diameter d ° s forming the helix
Drahtes und des Wendelwerkstoffs, wird wesentlich durch die unter den Betriebsbedingungen des Wärmeaustauschers gewünschte Schwingungsfre qienz bestimmt.Wire and the coil material is substantially determined by the desired qienz under the operating conditions of the heat exchanger Schwingungsfre.
Die langgestreckte Wendel schreibt sich in einen fiktiven Zylinder ein, dessen Durchmesser vorzugsweise wenigstens gleich der Hälfte des Durchmessers des Rohres ist, und kann sich in einen Zylinder eines Durchmessers zwischen dem 0,5- und d^m 0,9-fachen Innendurchmesser des Rohres einschreiben.The elongated helix is inscribed in a fictitious cylinder, the diameter of which is preferred is at least equal to half the diameter of the tube, and can turn into a cylinder one Diameter between 0.5 and d ^ m 0.9 times Write in the inside diameter of the pipe.
Die Wendel wird im Rohr in biegsamer Weise an einem ihrer Enden an der stromauf liegenden Seite bezüglich der Strömungsrichtung des Fluids durch ein Einhängsystem befestigt, das von gleicher Art wie die Wendel oder von anderer Art sein kann. Tatsächlich kann dieses Einhängsystem ein umgebogenes Stück, wie z. B. ein metallischer Haken in U-Form aus dem gleichen Werkstoff wie die Wendel oder jedem anderen, korrosions- und reibungsbeständigen Material sein. Es kann auch durch die Verbindung der Enden von zw^i benachbarten gekreuzten Drähten gebildet werden.The helix is made in the tube in a flexible manner at one of its ends on the upstream side fixed with respect to the direction of flow of the fluid by a suspension system of the same type as the helix or of some other type. Indeed, this hanging system can be a bent piece, like z. B. a metallic U-shaped hook made of the same material as the helix or any other, be corrosion and friction resistant material. It can also be obtained by connecting the ends of two ^ i adjacent crossed wires are formed.
Unter der Wirkung der Strömung im turbulenten Bereich wird die Wendel dauernd in eine Art Rührbewegung versetzt, sie schlägt und reibt regelmäßig alle Punkte der Innenwand des Rohres im Drehen und schafft so einen wiederholten Kontakt mit der Innenwand. Eine Änderung des Durchsatzes des durch das Rohr geförderten Fluids führt zu einer Änderung der Länge der Wendel und ändert folglich die Aufschlag- und Reibungspunkte im Inneren des Rohres.Under the effect of the flow in the turbulent area, the helix is constantly in a kind of stirring movement offset, it hits and rubs regularly all points on the inner wall of the pipe while turning and creates in this way repeated contact with the inner wall. A change in the throughput of the conveyed through the pipe Fluids leads to a change in the length of the helix and consequently changes the points of impact and friction inside the tube.
Die Neuerung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:The innovation is explained in more detail using the exemplary embodiments illustrated in the drawing; show in it:
Fig. 1 einen Plattenteil, worin die im Querschnitt dargestellten Austauscherrohre eingesetzt sind;1 shows a plate part in which the exchanger tubes shown in cross section are inserted;
(I I(I I
IIII
I (I (
Fig. 2 das Schema der Vorrichtung eines Versuchs im Laboratorium im Längsschnitt; und2 shows the diagram of the device for an experiment in the laboratory in longitudinal section; and
Fig. 3 das Schema der Vorrichtung in einem Austauscherrohr im Längsschnitt.3 shows the scheme of the device in an exchanger tube in longitudinal section.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 wird der Versuch im Laboratorium an einem Glasrohr 1 mit einem Innendurchmesser von 15 mm durchgeführt. Die Wendel 2 besteht aus einem Titandraht von 0,5 mm, um jede Korrosionsgefahr im wirklichen Betrieb zu vermeiden. Die Ganghöhe J> des Drahtes der Wendel 2 ist J>0 mm.As shown in FIG. 2, the test is carried out in the laboratory on a glass tube 1 with an internal diameter of 15 mm. The helix 2 consists of a titanium wire of 0.5 mm in order to avoid any risk of corrosion in real operation. The pitch J> of the wire of the helix 2 is J> 0 mm.
2
Der Durchmesser der Wendelvist 11 mm, und sie ist2
The diameter of the Wendelvist is 11 mm, and it is
durch einen Haken 4 am Stromaufende des Rohres 1 befestigt.attached to the upstream end of the pipe 1 by a hook 4.
Das gewählte Fluid ist Wasser, um in einem transparenten Medium das Verhalten der gestreckten Wendel 2 beobachten zu können. Das Wasser zirkuliert in der durch Pfeile angedeuteten Richtung.The selected fluid is water in order to observe the behavior of the stretched helix 2 in a transparent medium to be able to. The water circulates in the direction indicated by the arrows.
Man konnte so feststellen,daß bei einem Strömungsdurchsatz von 20 l/min, der dem des Rohöls in den Rohren eines bestimmten Austauschers entspricht, der sich regelmäßig verschmutzt, der metallische Draht der Wendel 2 in dauernde Rühr- und Drehbewegung versetzt wird, die ihn in Kontakt mit den Wänden des Rohres 1 bringt.It was found that at a flow rate of 20 l / min, which is that of the crude oil in the The metallic wire corresponds to the pipes of a particular exchanger that regularly gets dirty Helix 2 is set in constant stirring and rotating movement, which brings it into contact with the walls of the tube 1 brings.
Ein Industrieversuch mit etwa 100 Rohren 10 in der Anordnung wie ■ in Fig. 1 und mit einem Innendurchmesser von 15 mm wird mit gewendelten Titandrähten eines Durchmesssers von 0,5 mm durchgeführt. Der Durchmesser der Wendel ist 8 mm, und die Ganghöhe der Wendel ist 30 mm. Diese Drähte werden an einem Ende entweder an einem Haken oder zu je zwei durch gegenseitiges Verwickeln befestigt. Das Roherdöl zirkuliert ^t einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,40 m/s in den Rohren 1O.An industrial test with about 100 tubes 10 in the arrangement as in FIG. 1 and with an inside diameter of 15 mm is carried out with coiled titanium wires with a diameter of 0.5 mm . The diameter of the helix is 8 mm and the pitch of the helix is 30 mm. These wires are attached at one end to either a hook or two by entangling each other. Petroleum circulated ^ t a flow rate of about 0.40 m / s in the tubes 1O.
Nach einer Betriebsdauer von etwa 2^0 Tagen nahm man einige mit gewendelten Drähten ausgerüstete Rohre und andere, nicht damit ausgerüstete Rohre heraus.After an operating time of about 2 ^ 0 days some pipes equipped with coiled wires and other pipes not equipped with them are extracted.
Nachdem man eine gewisse Zahl dieser Rohre in Längsrichtung entzweigeschnitten hatte, konnte man feststellen,daß die Rohre, die mit einer Wendel ausgerüstet waren, eine saubere Innenwand zeigten, während die anderen Rohre im Inneren verschmutzt waren.After cutting a number of these tubes in half lengthways, you could found that the tubes, which were equipped with a helix, showed a clean inner wall, while the other pipes inside were dirty.
Ein Industrieversuch mit einem vollständigen Austauscher mit zwei Lagen von Rohren/eines Innendurchmessers von 15 mm wird mit gewendelten Titandrähten eines Durchmessers von 0,6 mm bei einem Durchmesser der Wendel 2 von 8 mm und einer Ganghöhe der Wendel von 30 mm durchgeführt. Diese Drähte werden an ihrem Ende an der Eintritts-An industrial trial with a complete exchanger with two layers of tubes / one inside diameter of 15 mm becomes one with coiled titanium wires Diameter of 0.6 mm with a diameter of the helix 2 of 8 mm and a pitch of the helix of 30 mm. These wires are at their end at the entry
tilttilt
I 1I 1
4 seite des Fluids durch etopn Haken befestigt, der ebenfalls aus Titan bestehw~Das Rohöl zirkuliert mit4 page of the fluid through e topn hook attached, which is also made of titanium bestehw ~ The crude oil circulates
einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,40 m/sa flow velocity of about 0.40 m / s
in den Rohren io.in the pipes ok.
Nach einer Betriebsdauer von etwa l40 Tagen verglich man die Verschmutzung der Rohre dieses Austauschers mit derjenigen solcher eines gleichen Austauschers mit einem identischen Betrieb. Die Rohre des nicht mit den Wendeln ausgerüsteten Austauscheri zeigten eine merkliche innere Verschmutzung. Eine Reihe von Vergleichsmessungen der Entwicklung der Wärmeübergangswerte dieser beiden Austauscher zeigt den Vorteil der Wendelvorrichtung.Compared after an operating time of about 140 days the soiling of the pipes of this exchanger with that of those of the same exchanger an identical company. The tubes of the exchanger not equipped with the coils showed a noticeable one internal pollution. A series of comparative measurements of the development of the heat transfer values of these two Exchanger shows the advantage of the spiral device.
Man stellt fest, daß der mit der Selbstreinigungsvorrichtung gemäß der Neuerung ausgerüstete Wärmeaustauscher ■seine Wärmeübergangsleistungen beibehält,It can be seen that the heat exchanger equipped with the self-cleaning device according to the innovation ■ maintains its heat transfer performance,
während der nicht damit ausgerüstete Wärmeaustauscherwhile the heat exchanger not equipped with it
eine fortlaufende Verminderung seiner Leistungen aufgrund der wachsenden Verschmutzung zeigt.shows a steady decline in its performance due to increasing pollution.
Die Vorrichtung gemäß der Neuerung ermöglicht also, keine Wärmeenergie zu verlieren und einen maximalen und während der Betriebsdauer konstanten Wärmeübergangswert beizubehalten. Ein anderer wirtschaftlicher Vorteil beruht darauf, daß der Preis der Ausrüstung und der Anbringung in der gleichen Größenordnung wie der Preis der Reinigung des AustauBchers ist und die Investition durch die Energieersparnisse und die Vermeidung der Reinigungskosten sehr schnell amortisiert werden kann.The device according to the innovation thus makes it possible not to lose heat energy and to maximize it and to maintain a constant heat transfer value during the operating time. Another economic benefit relies on the fact that the price of the equipment and the installation is of the same order of magnitude as the price the cleaning of the exchanger is and the investment through the energy savings and the avoidance of the Cleaning costs can be amortized very quickly.
Claims (1)
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