NO167327B - Fremgangsmaate og anordning for automatisk rensing av en varmeveksler for gassformige fluider. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for automatisk, periodisk innvendig rensing av rør i en varmeveksler for gassformige fluider, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1. Oppfinnelsen angår også en anordning for utførelse av fremgangsmåten, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 4.

Problemet forbundet med tilsmussing av vekslingsoverflåtene på varmevekslere utgjør en vesentlig ulempe ved deres anvendelse. Når det gjelder varmevekslere beregnet for behandling av gassformige fluider observeres først en reduksjon i den utvekslete varmestrøm, p.g.a. tilsmussing av veggene mellom hvilke det gassformige fluid strømmer. Videre finnes støvavsetninger, og disse kan hurtig vokse til betydelig tykkelse og gi opphav til en anseelig øking i trykktapene.

Ettersom varmevekslere generelt består av et antall parallelle kanaler innebærer tilsmussingen en fare for blokkering av en del av gasstrømnings-tverrsnittet, og dette gjenspeiles i et tap i vekslingsoverflate, hvilket fører til en minsking i varmevekslerens effektivitet. Det er meget vanskelig å sikre en helt lik fordeling av strømmene i alle de parallelle kanaler i en varmeveksler av denne type. Det er således tenkbart at flere kanaler mottar mindre strømning enn andre. Ettersom alle kanalene generelt er geometrisk identiske, kan strømningshastig-hetene i noen kanaler således være lavere enn i andre. Ettersom avsetningshastigheten av støvpartikler varierer omvendt med gassenes strømningshastighet, fører dette til en preferensiell avsetning av de faste partikler langs veggene i de områder av varmeveksleren som får mindre tilførsel. De innsnevrete kanalers trykkfall-karakteristika øker hurtig med reduksjonen av deres hydrauliske diameter, og dette fører i sin tur til en minsking i strømningshastighetene. Fenoménet vil således opprettholde seg selv og er også selv-akselererende inntil enkelte kanaler blir. fullstendig blokkert.

For å unngå disse ulemper utføres vanligvis periodisk vedlikehold av vekslingsoverflåtene.

Dette vedlikehold kan utføres usammenhengende ved manuelle tiltak med regelmessige mellomrom. En slik fremgangsmåte har imidlertid den ulempe at den innebærer høye arbeidsomkostninger sammen med produksjonstap som følge av de nødvendige driftsstans-er.

Man har derfor søkt å forhindre tilsmussingen av varmevekslere ved å ta for seg den egentlige kile for fenoménet. Den første tanke var å hindre blokkeringen av varmevekslere ved å organisere strømmene på en helt ensartet måte slik at de faste avsetninger oppstår samtidig på alle overflatene. Avsetningenes tykkelse vil da tendere asymptotisk mot en grenseverdi hvor erosjonshastigheten er i balanse med avsetningshastigheten. En slik stabil grenseverdi for tykkelsen av avsetningene forhindrer den delvise blokkering av gasstrømningstverrsnittet i varmeveksleren. Fransk patent nr. 2.524.132 beskriver en anordning av denne art, hvor gassgjennomstrømningen er organisert på en fullstendig ensartet måte. Det er imidlertid umulig å utelukke en utilsiktet ubalanse i innmatingen, som da ville forårsake begynnende blokkering.

En annen måte å unngå tilsmussing og blokkering på er å sørge for at rørenes innside blir renset. Anordninger til dette formål er blitt tilveiebragt, særlig for rør-varmevekslere beregnet for behandling av væsker.

Det er f.eks. kjent å bruke bøyelige legemer som er noe større enn rørenes diameter, og som ved hjelp av hydraulisk trykk tvinges over hele deres lengde (sé europeisk patent nr.

41.698). En slik fremgangsmåte kan imidlertid ikke anvendes i forbindelse med en kompressibel gasstrøm.

I enkelte tilfeller har det vært foreslått å anvende fluidenes friksjonspåvirkninger på vekslingsveggene, og plutselig variasjon av disse, for å løsne partikkel-avsetninger. F.eks.

er det kjent en anordning for rensing av kjel-avgassrør ved bruk av damp eller trykkluft (se europeisk patent nr. 29.933). Imidlertid kan ikke alle faste avsetninger bringes til å løsne under påvirkning utelukkende av friksjonen, og bare en mekanisk avskraping kan sikre et regelmessig vedlikehold av vekslingsoverflåtene.

Når det gjelder varmevekslere beregnet for behandling av væsker er det tidligere foreslått å bruke en fjærende metall-spiral som agiteres av væskestrømmen (fransk patent nr.

2.479.964). Ved en fremgangsmåte av denne art er den bevegelsesmengde som overføres av væsken tilstrekkelig til å bevirke agitering av metalltråden som gjentatte ganger kommer i berøring med rørenes innervegger og derved utfører rensingen. Når det gjelder et gassformig fluid kan imidlertid en slik fremgangsmåte ikke benyttes, ettersom de bevegelsesmengder som overføres av gassene ikke er tilstrekkelige under normale bruksforhold. En øking av gass-fluidets strømningshastighet, for å oppnå den ønskede effekt, ville føre til altfor høye trykktap.

Fransk patent nr. 2.435.292, som også gjelder en varmeveksler for behandling av væsker, anvender en mekanisk innretning for regelmessig tilbaketrekking av en skrueformet fjær hvis funksjon er å avskrape materialet som er avsatt langs veggene, for derved å hindre at de blir skadet på grunn av lokal overopp-heting. Bruk av tettsluttende pasning langs rørveggen anbefales.

Bruk av en mekanisk innretning av denne type for en varme veksler beregnet på behandling av gassformige fluider, særlig ved en høy temperatur som kan overskride 800°C, som er støvfulle og eventuelt korroderende, ville føre til betydelige vanskeligheter både med hensyn til konstruksjon og pålitelighet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en fremgangsmåte og anordning av den innledningsvis nevnte art, hvorved man unngår ulempene forbundet med den ovenfor omtalte, kjente teknikk, og dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved de nye og særegne trekk som er angitt i den karakteriserende del av henholdsvis krav l og 4. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen fremgår av de øvrige, etterfølgende krav.

Ved hjelp av oppfinnelsen blir det således mulig, ved enkle, pneumatisk påvirkete midler, å frembringe en ønsket vibrasjon av de fjærende avskraperelementer i varmevekslerens kanaler.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ved studering av den nærmere beskrivelse av enkelte utføringsformer, som bare er eksempler uten å innebære noen begrensning, og som er vist på de medfølgende tegninger, hvor: Figur 1 er et utsnitt av et oppriss, sett i snitt, av en rør-varmeveksler som omfatter en automatisk anordning for periodisk rensing ifølge oppfinnelsen, Figur 2 er et utsnitt av et sideriss, sett i snitt, av varmeveksleren på figur 1, Figur 3 og 4 viser to alternative festemåter for fjærelementenes topparti, Figur 5 viser skjematisk og i snitt i større målestokk en variant av fjærelementet som kan anvendes for utførelse av foreliggende oppfinnelse.

Som vist i figur 1 og 2 er varmeveksleren av rør-gjennom-strømningstypen, hvor de varme og støvholdige gasser strømmer innvendig i vertikale rør 1, fortrinnsvis ovenfra og nedad. Kjøleluften strømmer på tvers av retningen til de varme og støvholdige gasser, utenfor rørene 1 og mellom dem. Det skal selvsagt forstås at anvendelsen er like anvendbar, uten vesent-lige modifikasjoner, ved en varmeveksler av rør-kalandertypen hvor kjølegassene strømmer parallellt med rørene, eller alternativt en annen type, og særlig en plate-varmeveksler.

Rørene 1 er festet til den øvre 2a og nedre 2b endeplate, ved sveising ifølge en metode som er konvensjonell ved konstruksjon av varmevekslere av denne typen. Rørene 1 står således i forbindelse med et øvre samlekammer 3 som virker til å slippe inn eller suge ut de varme og støvholdige gasser gjennom en innløps- eller utløpsåpning som ikke er vist i figurene, og med et nedre samlekammer 4 som omfatter en utløps- eller innløpsåp-ning, som heller ikke er vist. Det nedre samlekammer 4 er fortrinnsvis, som vist i figur 1, formet som en trakt som gjør det lettere å oppfange de faste partikler som samler seg under grenseoperasj onene.

Gasstrømningstverrsnittenes dimensjonering velges slik at en strømningshastighet på mellom ca. 8 og 12 m/sek. , og fortrinnsvis ca. 8 og 10 m/sek. oppnås. Det er således gunstig ikke å. velge en strømningshastighet som er for høy, for ikke å forårsake for store trykktap. På den annen side vil en strømningshastighet som er for lav gi opphav til en opphoping som vil være uakseptabelt for hele apparatet. Rørdiameteren velges slik at gassene kan strømme med den førnevnte passende strømningshastighet, samtidig som det er muligå innføre de fjærende renseelementer.

I eksempelet vist i figur 1 og 2 består fjærelementene av en skruelinjeviklet metalltråd 5 som danner en fjær. Fjærene 5 er stivt festet ved sine øvre 6 og nedre 7 ender som begge strekker seg utenfor rørenes 1 øvre og nedre ender. Fjærenes 5 nedre ender 7 er festet til en rist 8, som også er stivt montert, ved hjelp av midler som ikke er vist i figurene, i det nedre samlekammer 4. I det viste eksempel har risten 8 en maskevidde som er lik avstanden mellom aksene til varmeveksler-rørene 1. Det skal imidlertid forstås at en annen festeinnret-ning like gjerne kan benyttes.

Befestigelsen av fjærens 5 nedre del 7 er utført ved hjelp av kroker 9 som tillater enkel demontering. Også i dette tilfelle kan andre midler benyttes, særlig en festeteknikk basert på anvendelse av muttere eller pinner, forutsatt at enkel demontering er muliggjort.

I den øvre del av varmeveksleren og innvendig i det øvre samlekammer 3 er der anordnet et antall injeksjonsdyser 10 for en ytterligere trykkgass som f.eks. kan være trykkluft eller damp under trykk. Dysene 10 har ender med mindre diameter, som f.eks. kan være mellom ca. 4 og 10 mm, idet det skal forstås at valget av diameter på injeksjonsdysene avhenger av diameteren til varmevekslerrørene 1.

Dysene 10 er sentrert på rørenes 1 akser og er plassert i en viss avstand over rørenes 1 åpning. I en alternativ form kan dysenes 10 akser ha en viss skråstilling i forhold til rørenes 1 akser, og dette vil da gjøre det mulig å lede strømmen av ytterligere trykkgass mot omkretsen av fjærelementene 5, for derved å frembringe en forskjellig eksitering.

Injeksjonsdysene er ved hjelp av små vertikale rør 11 forbundet med en injeksjons-rørledning 12 som i sin tur er forbundet med en trykkgass-forrådsbeholder 13. Det skal bemerkes at i det viste eksempel vil hver injeksjons-rørledning 12, utstyrt med sitt antall av vertikale rør 11 og injeksjonsdyser 10, tillate injisering av gass i en rad av rør 1 (figur 2).

En styreventil 14, som kan være manuelt betjent eller ved hjelp av en automatisk forstyrt elektromagnetventil, muliggjør styrt, periodisk injeksjon av den ytterligere trykkgass som befinner seg i forrådsbeholderen 13, når det gjelder denne rad rør 1.

Fjærenes 5 øvre ende 6 kan være festet direkte til de vertikale rør 11. I figur 3 er det vist en første utføringsform av en befestigelse av denne art. Ifølge denne utføringsform er injeksjonsrøret 11 utstyrt med langsgående finner 15 som har perforeringer 16 som fjærens 5 øvre ende kan føres gjennom og vikles på. Figur 4 viser en alternativ utføringsform, der fjæren 5 ender i en vikling 17 som har mindre diameter enn fjæren 5, idet viklingen 17 er inntredd på enden av injeksjonsrøret 11 og fastlåst ved hjelp av en kleminnretning 18. Det skal selvsagt . bemerkes at det vil være fullt mulig å feste fjærenes 5 øvre ender ved hjelp av andre midler, f.eks. direkte på injeksjons-rørledningen 12, eller alternativt til en separat støtte som er stivt montert i det øvre samlekammer 3.

Virkemåten til anordningen ifølge oppfinnelsen er som

følger.

For utførelse av periodisk rensing av rørenes 1 innvendige vegger injiseres ytterligere trykkgass med et trykk i størrelses-orden 2 til 6 bar inn i en rad av rør 1 via dysene 10. Denne injeksjon, som finner sted i en forholdsvis kort tid, f.eks. mellom 1/10 sekund og noen sekunder, bevirker momentant en gass-fluidstrøm fra samlekammeret 3 og rørene 1 i naboradene. Denne således frembragte gass-fluidstrøm er av størrelsesorden 4 til 6 ganger strømmen av ytterligere trykkgass som injiseres gjennom dysene 10. Strømningshastigheten som på denne måte frembringes i rørene 1 er således meget høy. Den således tilførte bevegelsesmengde overføres til fjærene 5 og den deravfølgende agitering dempes i strømmen og langs veggene til rørene 1 ved støt og skraping, og dette fører til rensing og vedlikehold av tilstanden til de innvendige overflater i varmevekslerrørene 1.

Det er således mulig å hindre tilsmussing av varmeveksler-rørene uten å gi opphav til store trykktap, ettersom strømnings-hastigheten, ved normal drift utenfor renseperiodene, som tidligere nevnt kan velges med en forholdsvis lav verdi. Dessuten forbedres varmevekslervirkningen ved innføring av fjærene 5 i rørene idet fjærene virker som turbulens-generatorer hvis eliminerende virkning på grensesjiktene kompenserer for minskingen i strømningshastigheten. Bruken av en manuell eller automatisk styring muliggjør nøyaktig styring av hyppigheten av injeksjon av den ytterligere trykkgass, og slitasjen og hyppigheten av utskifting av fjærelementene bestående av fjærene 5 kan således optimaliseres. Figur 5 viser en alternativ utføringsform av anordningen ifølge oppfinnelsen, der den øvre ende av hvert varmevekslerrør 1 er utstyrt med et munnstykke 19 som delvis trenger inn i røret 1. Munnstykket 19 kan være festet til røret 1 ved hjelp av gjenger, som vist i figur 5, eller på annen måte slik som ved stifting, sveising, liming o.l. Munnstykket 19 har en profil i likhet med en konvergerende dyse, for å frembringe en større gassfluidstrøm under påvirkning av injeksjonen av ytterligere trykkgass gjennom dysene 10 som, som tidligere, er plassert i en viss avstand fra rørenes 1 munning. Den nødvendige strøm av ytterligere trykkgass for periodisk renseoperasjon kan således ytterligere forminskes. Figur 6 viser skjematisk et fjærelement av en annen konstruksjon, som kan benyttes innenfor rammen av oppfinnelsen. Denne figur viser et rør 1, i hvilket fjærelementet består av en svakt bølget kabel 20 som er utstyrt med et antall blad 21 som strekker seg radielt og har en aerodynamisk profil slik at den kan drives på en hvirvlende måte i gasstrømmen parallelt med rørets 1 akse. Bladene 21 vil da bevirke rensingen ved støt- og skrapevirkning, som tidligere.

I alle tilfellene skal det bemerkes at det er viktig at fjærelementet bestående av fjæren 5 eller av kabelen 20 utstyrt med finnene 21, eller alternativt av andre ekvivalente midler, skal være plassert innvendig i røret 1 eller innvendig i varmevekslerens vertikale kanal, slik at det befinner seg umiddelbart nær rørets eller kanalens innervegger, uten imidlertid å komme i berøring med disse vegger under normal drift av varmeveksleren utenfor renseperiodene. Som følge av dette blir grensesjiktet faktisk rystet av de deler av fjærelementet som er i nærheten av rørenes 1 innervegger, og mer effektiv rensing oppnås under trykkgass-injeksjonen. I de viste eksempler er fjærelementene stivt festet ved sine øvre og nedre ender. Det skal imidlertid forstås at det vil være mulig, i en alternativ utføringsform, ikke å feste fjærelementenes nedre ender. Sistnevnte vil da forbli uhindret nær sin nedre ende 7 og kan, nær sagt, sveve i gasstrømmen. De vibrasjonskarakteristika som injeksjonen av ytterligere trykkgass og den frembragte gasstrøm gir opphav til blir da en annen og kan tilpasses spesielle blokkeringsproblemer.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for automatisk, periodisk innvendig rensing av rør i en varmeveksler for gassformige fluider, hvilken varmeveksler omfatter vertikale gassfluid-strømningskanaler, hvor rensingen foregår ved intermitterende injeksjon av en yttgerligere trykkgass, -karakterisert ved at den omfatter injeksjonsledninger (10, 11, 12) for den ytterligere trykkgass, som munner ut foran åpningene til grupper av kanaler (1) og en injeksjonsstyreanordning (14) innrettet til, for hver kanalgruppe, suksessivt og periodisk å styre en injeksjon av ytterligere trykkgass som i nevnte gruppe av kanaler (1) frembringer en gassfluidstrøm som kommer fra varmeveksleren, at fjærende elementer (5) er permanent anordnet innvendig i kanalene, idet de fjærende elementer ikke kommer i berøring med kanalenes innvendige overflate under normal drift, men bare når disse fjærende elementer (5, 20, 21) bringes til å vibrere suksessivt i minst én gruppe av kanaler (1) i varmeveksleren ved injisering av den ytterligere trykkgass.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at injiseringen av ytterligere gass styres manuelt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterise r"t ved at injeksjonen av ytterligere gass utføres ved hjelp av dyser (10) plassert oppstrøms av munningen til hver kanal (1).

4. Anordning for utførelse av fremgangsmåten for automatisk, periodisk rensing av innvendige rør i en varmeveksler for gassformige fluider som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter fjærende elementer (5) som er permanent anordnet i kanalene (1) og kan bringes til å vibrere ved injisering av ytterligere trykkgass, for å utføre rensingen av overflatene, idet disse elementer (5, 20, 21) under normal drift ikke kommer i berøring med kanalenes (1) innvendige overflate, men bare når elementene bringes til å vibrere.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at de fjærende elementer er festet i det minste ved sin øvre ende nær kanalenes oppstrømsåpning.

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at de fjærende elementer er festet ved begge ender nær kanalenes ender.

7. Anordning ifølge et av kravene 4-6, karakterisert ved at injeksjons-rørledningene omfatter injeksjons-dyser (10) som leder strømmen av ytterligere trykkgass mot kanalens (1) øvre åpning.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at de fjærende elementer (5) er festet til dysene (10, 11) .

9. Anordning ifølge et av kravene 4-8, karakterisert ved at de fjærende elementer (5, 20, 21) er anordnet i kanalen (1) umiddelbart nær deres indre vegger, men uten å komme i berøring med veggene under normal drift av varmeveksleren, utenfor renseperiodene.