[实用新型]循环流态化在线清洗式螺旋套管换热器

说明书

技术领域

本实用新型专利涉及循环流态化在线清洗式螺旋套管换热器，涉及套管换热器环形流道内侧的冷却强化和水垢的在线自动清洗。它适用于卧式套管换热器、含水平套管或含倾斜套管的环形流道内各种污垢的自动清洗及其对流传热的高效强化。

背景技术

套管换热器在氮肥生产中的使用量最多，主要作为压缩机的级间冷却器和合成塔出来的合成气体的冷却氨气组分的冷却冷凝分离。由于套管换热器的环形流道的径向间隙很小，一般只有7.0～12.0mm。因此，冷却水环形流道内的水垢的停车清洗非常困难。比较常用的方法有四类：

一是冷却水水质处理添加化学防垢剂。每年水处理要花费药剂费几十万元，但仍然要结垢，不过结垢的速度大大降低。

二是化学清洗。由于水垢主要成分是硅酸盐类，清洗药品费贵，清洗效果又没有钙镁盐垢酸洗那样快、那样好。

三是人工清洗。须用卷扬机将耐高压的内芯管一根一根的强行抽出拆卸，然后用高压射流水或者压缩空气喷砂清除表面污垢，再一根一根地又重新组装起来。维修人员非常累又脏，并且非常费工。每台换热器的检修工时一般需要一个维修班10天左右。因此，每台套管换热器清洗一次的费用(工时费、机具费、材料费)高达2.5万元左右。由于清洗困难，水垢不能及时清除，冷却效果普遍很差，从而导致高压机的能耗高、产量低，甚至被迫周期性停车清洗。

四是专用的清洗车清洗。文献(贺运初，套管式换热器污垢循环流态化在线清洗技术，化工装备技术，1999，20(5)6-9)介绍了套管冷却器污垢的循环流态化在线清洗车研制，需要一台价值5万元左右的清洗车，弯道处清洗不干净、并且高流速粒子冲刷引起金属表面保护膜的损伤，两人操作，比较麻烦。

上述方法清洗以后再投入运行，冷却水的污垢又逐渐生长，一般10个月左右污垢恢复到清洗以前的厚度，冷却效果又变差，没有解决其根本防垢功能。

对于环形流道的介质不会生长污垢的、传统结构换热器，存在的基本缺点是没有对流传热强化功能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题主要是传统结构套管换热器存在无对流传热强化功能和不能在线自动清洗防垢两大问题，提出循环流态化在线清洗式螺旋套管换热器，能在冷却水0.50m/s左右的较低流速下自动清洗防垢，并且冷却强化效果较好，可靠性高，成本低廉，可以广泛地应用于卧式套管换热器、含水平套管或含倾斜套管的环形流道内各种污垢的自动清洗及其对流传热的高效强化。

本实用新型的技术方案为：循环流态化在线清洗式螺旋套管换热器，由外套管、螺旋线、内芯管、三通阀、循环槽、粒子、冷却水进出管等组成。不仅在内芯管与外套管之间的环形流道内设置有螺旋线，而且冷却水进出管的水平管段也设有螺旋线。环形流道的径向深度不大时，螺旋线直接缠绕在内芯管外面；环形流道的径向深度较大时，螺旋线可以缠绕固定在内芯管外面的弹性托架上，还可以固定在外套管的内壁、或者是直接制造在外套管的内壁的螺旋片。螺旋线一般为钢丝螺旋线，也可以是塑包钢丝螺旋线。螺旋线钢丝的直径d在1mm以上，由环形流道的径向间隙大小决定；制造螺旋线的材料一般是不锈钢钢丝或塑包钢丝，主要依据环形流道内液体的腐蚀性和温度选择。钢丝的塑料包层的厚度在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。螺旋线的螺距T一般为外套管内径d_i的(0.5～2.0)倍，其螺旋角必需大于粒子对螺旋线表面的摩擦角。螺旋线相对于外套管内壁可以有不连续的、断断续续的振动式的周向旋转摆动，但是一般为不连续自转，其外径D为外套管内径d_i(0.80～0.98)。

平常运行时，环形流道内的冷却水在螺旋的导向作用下，形成螺旋流动，本身就是环形流道的对流传热强化元件，可以使环形流道侧的对流给热系数提高30％以上。

需要污垢清洗时，通过进水管三通阀和出水管三通阀切换，使冷却水先经过循环槽下部的流态化配送管，得到粒子浓度符合污垢清洗要求的流态化液，再进入套管换热器的环形流道进行污垢清洗。虽然流态化粒子的密度比液体大得多，始终存在向环形流道横截面底部沉降的趋向，但是螺旋线导向形成的周向分速度又能将粒子推向上方，达到内芯管的上半周管壁污垢与下半周管壁污垢一样清洗的均匀清洗效果。流态化液经过出水管外排前，先经过三通阀和回沙管进入循环槽上部，粒子沉降分离在循环槽上部，冷却水再向外排出。