颗粒走壳程的立式流化床换热器的制作方法

本发明属于化工领域，具体的，属于化工换热设备长周期运行领域，涉及一种颗粒走壳程的立式流化床换热器，广泛应用于立式管壳式换热器壳程防除垢。

背景技术：

换热器在石油、化工、能源等行业被广泛使用。然而随着使用时间增加，换热器内不可避免存在污垢粘附现象，从而导致换热器换热效率降低，阻力增加，影响换热器正常运行。

流化床换热器通过引入惰性固体颗粒，利用颗粒的流化和冲刷，起到及时防除垢和强化传热的作用。流化床换热器用以替换传统换热器，可以提高换热器换热效果，有效延长装置运行时间。

文献us005676201a公开了一种外循环流化床换热器。文献cn102840578a公开了一种紧凑并联型外置流化床换热器。上述流化床换热器均为颗粒走管程的流化床换热器。换热器壳程同样存在不同程度结垢问题，开发一种颗粒走壳程的流化床换热器，对换热器壳程进行防除垢十分必要。

本发明提供一种颗粒走壳程的立式流化床换热器。该流化床换热器通过引入颗粒走立式换热器3壳程进行壳程防除垢，通过进口管4、环堰5、搅拌器6、带出口8等构件实现颗粒自下而上走立式换热器3壳层，有针对性的解决了上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中立式管壳式换热器壳程易结垢的问题，提供一种颗粒走壳程的立式流化床换热器。该流化床换热器通过引入颗粒走立式换热器3壳程进行壳程防除垢，通过进口管4、环堰5、搅拌器6、带出口8等构件实现颗粒自下而上走立式换热器3壳层，具有操作简单，壳程除垢能力强的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种颗粒走壳程的立式流化床换热器，该流化床换热器由加料口1、加料罐2、立式换热器3、进口管4、环堰5、搅拌器6、搅流段7、带出口8、液固分离器9、颗粒冲洗槽10、滤网11、杂质回收口12、下降管13、喷嘴14、水平管15、液相槽16、泵17组成；其中立式换热器3壳程出口通过带出口8连接液固分离器9，液固分离器9分出两路，一路连接液相槽16，液相经泵17后循环，另一路连接颗粒冲洗槽10，杂质从杂质回收口12排出，颗粒经下降管13和喷嘴14进入水平管15，带有加料口1的加料罐2接入水平管15，颗粒经进口管4进入立式换热器3壳程完成循环。

上述技术方案中，立式换热器3为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走立式换热器3壳程，立式换热器3筒体下部设置搅流段7，环堰5和搅拌器6安装在搅流段7内，搅流段7高度15～30mm。

上述技术方案中，环堰5为内低外高的环形，环堰5内圈高度和立式换热器3下管箱壁平齐，内圈直径为立式换热器3筒径的0.7～0.9倍，环堰5外圈高度5mm～10mm，外圈直径同立式换热器3筒径。

上述技术方案中，搅拌器6为3～5片状螺旋桨叶，叶长6～8mm，转速100～500r/m。

上述技术方案中，进口管4安装在立式换热器3壳程进口处，高于搅流段7，进口型式为l型或者v型，进口管4喷出口为斜口，与水平成45～60°角。

上述技术方案中，带出口8为缩口，安装在立式换热器3壳程出口处，带出口8大口直径与小口直径之比为1.5～3，大口直径大于立式换热器3壳程出口直径，小口直径小于立式换热器3壳程出口直径。

上述技术方案中，颗粒冲洗槽10内设置水平安装的滤网11，滤网11平均孔径0.5～1.5mm，颗粒冲洗槽10出口高于滤网11。

为解决上述技术问题，采用一种立式管壳式换热器壳程除垢的方法，该方法采用上述任意一种颗粒走壳程的立式流化床换热器。

上述方法中，颗粒从加料口1加入加料罐2，在水平管15液相推动下经进口管4进入立式换热器3壳程，利用颗粒冲刷，致使立式换热器3壳程结垢被剥离，垢层、颗粒和液相一起从立式换热器3壳程出口的带出口8进入液固分离器9，在液固分离器9内液相与垢层、颗粒分离，液相进入液相槽16，经过泵17完成循环，带垢层的颗粒进入颗粒冲洗槽10，垢层从杂质回收口12排出，颗粒进入下降管13，经喷嘴14完成循环。

上述技术方案及技术方法中，颗粒为堆密度大于液相密度，且不与使用场合系统内介质发生反应的惰性固体颗粒，颗粒平均粒径2mm～5mm，加入量5～20kg。

上述技术方案及技术方法中，液相粘度范围为0.001pa·s～0.01pa·s，流速1m/s～4m/s。

本发明的技术方案及方法中，以人为在换热器壳程内涂垢层的方法来考察本发明所述颗粒走壳程的立式流化床换热器除垢能力，以垢层脱除率作为除垢能力的判断标准。垢层脱除率的计算方法为：垢层脱除率＝回收垢层重量/壳程内所涂垢层总重×100％。

采用本发明的技术方案，通过采用一种由加料口1、加料罐2、立式换热器3、进口管4、环堰5、搅拌器6、搅流段7、带出口8、液固分离器9、颗粒冲洗槽10、滤网11、杂质回收口12、下降管13、喷嘴14、水平管15、液相槽16、泵17组成的颗粒走壳程的立式流化床换热器取得了垢层脱除率95％的较好技术效果。

附图说明

图1为本发明所述颗粒走壳程的立式流化床换热器流程示意图。

图2为本发明所述环堰示意图。

图1中，1为加料口、2为加料罐、3为立式换热器、4为进口管、5为环堰、6为搅拌器、7为搅流段、8为带出口、9为液固分离器、10为颗粒冲洗槽、11为滤网、12为杂质回收口、13为下降管、14为喷嘴、15为水平管、16为液相槽、17为泵。

立式换热器3壳程出口经过带出口8连接液固分离器9，液固分离器9分出两路，一路连接液相槽16，液相槽16出口经泵17接入水平管15，另一路连接颗粒冲洗槽10，颗粒冲洗槽10连接下降管13，下降管13通过喷嘴14接入水平管15，带有加料口1的加料罐2接入水平管15，进口管4安装在立式换热器3壳层进口，带出口8安装在立式换热器3壳层出口，搅流段7位于立式换热器3下端，环堰5和搅拌器6安装在搅流段7内。

下面通过实施例和对比例对本发明作进一步阐述，但本发明的方法并不仅限于此。

具体实施方式

下面结合实施例，进一步说明本发明的方法。

【实施例1】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，环堰和搅拌器安装在搅流段内，搅流段高度15mm，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。环堰内圈直径为换热器筒径的0.7倍，环堰外圈高度5mm。搅拌器为3片状螺旋桨叶，叶长6mm，转速100r/m。进口管为l型，安装在换热器壳层进口，进口管喷出口与水平成45°角。带出口安装在换热器壳层出口，大口和小口直径比为1.5，颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率86％。

【实施例2～16】

采用和实施例1相同的颗粒走壳程的立式流化床换热器，采用和实施例1相同的立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，环堰和搅拌器安装在搅流段内，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。进口管安装在换热器壳层进口，带出口安装在换热器壳层出口，颗粒冲洗槽内水平安装滤网。改变搅流段高度(高1)、环堰内圈直径占换热器筒径的比(比1)、环堰外圈高度(高2)、搅拌器螺旋桨叶数量(叶数)、搅拌器叶长(叶长)、搅拌器转速(转速)、进口管类型(类型)、进口管喷出口与水平角度(角度)、带出口大口和小口直径比(比2)、滤网平均孔径(孔径)、颗粒类型(颗粒)，颗粒粒径(粒径)，颗粒加入量(量)，液相粘度(粘度)，液相流速(流速)。在上述条件下进行垢层脱除率(脱除率)考察，结果列于表1。

【对比例1】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，环堰和搅拌器安装在搅流段内，搅流段高度15mm，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。环堰内圈直径为换热器筒径的0.7倍，环堰外圈高度5mm。搅拌器为3片状螺旋桨叶，叶长6mm，转速100r/m。无进口管和带出口。颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率76％。

【对比例2】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，环堰安装在搅流段内，搅流段高度15mm，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。环堰内圈直径为换热器筒径的0.7倍，环堰外圈高度5mm。无搅拌器。进口管为l型，安装在换热器壳层进口，进口管喷出口与水平成45°角。带出口安装在换热器壳层出口，大口和小口直径比为1.5，颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率73％。

【对比例3】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，搅拌器安装在搅流段内，搅流段高度15mm，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。无环堰。搅拌器为3片状螺旋桨叶，叶长6mm，转速100r/m。进口管为l型，安装在换热器壳层进口，进口管喷出口与水平成45°角。带出口安装在换热器壳层出口，大口和小口直径比为1.5，颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率79％。

【对比例4】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，环堰安装在搅流段内，搅流段高度15mm，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。环堰内圈直径为换热器筒径的0.7倍，环堰外圈高度5mm。无搅拌器。无进口管和带出口。颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率55％。

【对比例5】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，立式换热器筒体下部设置搅流段，搅拌器安装在搅流段内，搅流段高度15mm，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。无环堰。搅拌器为3片状螺旋桨叶，叶长6mm，转速100r/m。无进口管和带出口。颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率65％。

【对比例6】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，无环堰、搅拌器和搅流段，颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。进口管为l型，安装在换热器壳层进口，进口管喷出口与水平成45°角。带出口安装在换热器壳层出口，大口和小口直径比为1.5，颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率61％。

【对比例7】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，无环堰、搅拌器和搅流段，无进口管和带出口。颗粒自下而上走壳程，壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率49％。

【对比例8】

采用图1所示颗粒走壳程的立式流化床换热器，用上述立式管壳式换热器壳程除垢的方法进行实验考察，无环堰、搅拌器和搅流段，无进口管和带出口。无固体颗粒。壳程内壁均匀涂抹灰质垢层600g。颗粒冲洗槽内水平滤网平均孔径0.5mm。液相粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下，垢层脱除率0.8％。

表1

表1(续表)