流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法与流程

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，涉及一种流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，广泛应用于流化床换热器颗粒连续循环再利用。

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。管壳式换热器的管程和壳层都会存在不同程度结垢，造成换热器堵塞，影响装置长周期运行。

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。

制约流化床换热器连续运行的一个瓶颈问题在于除垢后混合有垢层的颗粒无法连续循环再利用。目前尚缺乏有效的颗粒连续循环利用的系统或体系。因而开发一种颗粒能够有效连续循环利用的体系和一种流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法十分必要。

本发明提供一种流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，该方法通过吹扫和振动两级体系，有效实现垢层和颗粒分离，很好起到了颗粒连续循环再利用的作用，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流化床换热器内颗粒无法循环再利用的问题，提供一种流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法。该方法通过吹扫和振动两级体系，有效实现垢层和颗粒分离，很好起到了颗粒连续循环再利用的作用，具有垢层和颗粒分离能力强，可实现颗粒连续循环再利用的优点。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，主要包括以下步骤：颗粒从加料口1加入加料罐2，在水平管12中液相推动下进入换热器3，换热器3内被剥离的垢层随颗粒进入液固分离器4，经液固分离，垢层和颗粒进入颗粒冲洗槽5内冲洗管6，从喷淋管15过来的流体吹扫冲洗管6，吹扫下来的垢层进入安装有滤网17的杂质回收罐16，从杂质回收口ⅰ18排出，仍带有部分垢层的颗粒从冲洗管6出来后进入振动筛分器7，依靠振动筛8的振动筛分作用，垢层和颗粒进一步分离，垢层从杂质回收口ⅱ9排出，颗粒进入下降管10，利用喷嘴11由被泵14带动的液相推送回水平管12完成循环，液相从液固分离器4分离出来后进入液相槽13，经泵14带动完成循环。

该技术方案中，换热器3为立式或卧式管壳式换热器的一种，颗粒自下而上走管程或自下而上走壳层。

该技术方案中，冲洗管6安装在颗粒冲洗槽5内，为管径和液固分离器4出口管路相同的连续u型弯管，冲洗管6直管段表面开孔，开孔孔径0.5～1.5mm，直管段总长200～400mm，按冲洗管6所有直管段表面积总和计，开孔率为40％～80％。

该技术方案中，喷淋管15排布在颗粒冲洗槽5进出口两端，所述喷淋管15由一根总管分成n×n排布的n²根分管连接颗粒冲洗槽5进口，颗粒冲洗槽5出口同样连接n×n排布的n²根分管，再合并成一根总管进入装有滤网17的杂质回收罐16，n的取值范围为3-8，滤网17平均孔径小于等于1.5mm，进出口分管管径同总管管径，分管长度20～30mm，杂质回收口ⅰ18位于滤网17之前。

该技术方案中，经喷淋管15吹扫冲洗管6的吹扫流体为液相或气相中的一种，吹扫流体选为液相时与循环液相一致或者不一致，吹扫流体与循环液相一致时，可从循环液相中引出分支作为吹扫流体，也可不从循环液相中引出分支而独立作为吹扫流体，吹扫流体流速3-5m/s。

该技术方案中，振动筛分器7内安装振动筛8，振动筛8为以振动筛分器7截面圆心为轴心上下振动的筛子，振幅5-10mm，振动频率20-100赫兹，平均孔径0.5～1.5mm。

该技术方案中，液固分离器4为旋液分离器或重力沉降式分离器的一种，顶部可安装平均孔径0.5～1.5mm的滤网。

该技术方案中，喷嘴11为沿液相流向方向的缩口管，安装在下降管10和水平管12交汇处，大口直径同水平管12管径，小口直径为大口直径的0.3～0.4倍，出口小口截面和下降管10左侧内径平齐，小口直管段长度为小口管径的2～2.5倍。

该技术方案中，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。

该技术方案中，循环液相粘度范围为0.001pa·s～0.01pa·s，流速1m/s～4m/s。

本发明的技术方案中，以分离效率η作为判断垢层和颗粒分离能力的依据。分离效率的定义为脱除的垢层占总垢层的比例。具体计算方法如下：在换热器3内壁人为涂抹等量垢层，相同条件下进行颗粒循环操作，连续循环三次，每次分别从杂质回收口ⅰ18和杂质回收口ⅱ9回收垢层并称量，记三次回收的总垢层重量为m1，加入系统内的颗粒总重为m2，由于系统死区，颗粒无法百分百回收，设定颗粒回收系数是和系统相关的常数，为c，连续循环三次后从颗粒回收口19回收颗粒(带有未除尽垢层)总重为m3，则分离效率的计算公式如下：η＝m1/(m3-m2×c+m1)×100％。

采用本发明的技术方案，通过采用一种流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，该方法主要包括以下步骤：颗粒进入换热器3剥离垢层，经液固分离器4后，垢层和颗粒经喷淋管15吹扫和振动筛分器7振动筛分，垢层从杂质回收口ⅰ18和杂质回收口ⅱ9排出，颗粒进入下降管10完成再循环，液相进入液相槽13完成循环，取得了分离效率94％的较好技术效果。

附图说明

图1为本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法的流程示意图。

图2为本发明所述冲洗管6内开孔示意图。

图3为本发明所述喷淋管15由总管分成n×n排布n²根分管的主视图和左视图。

图1中，1为加料口、2为加料罐、3为换热器、4为液固分离器、5为颗粒冲洗槽、6为冲洗管、7为振动筛分器、8为振动筛、9为杂质回收口ⅱ、10为下降管、11为喷嘴、12为水平管、13为液相槽、14为泵、15为喷淋管、16为杂质回收罐、17为滤网、18为杂质回收口ⅰ、19为颗粒回收口。

换热器3连接液固分离器4，液固分离器4分出两路，一路连接液相槽13，另一路连接颗粒冲洗槽5，冲洗管6位于颗粒冲洗槽5内，一头连接液固分离器4，另一头连接振动筛分器7，振动筛8位于振动筛分器7内，振动筛分器7出口为杂质回收口ⅱ9，振动筛8上部引出管路连接下降管10，下降管10通过喷嘴11接入水平管12，喷淋管15连接颗粒冲洗槽5进出口，颗粒冲洗槽5出口出来的喷淋管15连接装有滤网17的杂质回收罐16，杂质回收罐16下部安装杂质回收口ⅰ18，液相槽13出口经泵14连接水平管12，水平管12连接带有加料口1的加料罐2以及颗粒回收口19。

图2中，6为冲洗管，开孔排布在冲洗管6每个直管段的表面。

图3中，15为喷淋管，n取5。

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】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。冲洗管开孔孔径0.5mm，总长200mm，开孔率40％。喷淋管分管为3×3，分管长度20mm，开孔孔径0.5mm。经喷淋管吹扫冲洗管的流体为水，流速3m/s。振动筛振幅5mm，振动频率20赫兹，开孔孔径0.5mm。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下分离效率为85％。

【实施例2～25】

采用和实施例1相同的流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。颗粒自下而上。改变换热器类型(a)，颗粒走向(b)，冲洗管开孔孔径(c)，冲洗管总长(d)，冲洗管开孔率(e)，喷淋管分管n值(f)，喷淋管分管长度(g)，喷淋管分管开孔孔径(h)，经喷淋管吹扫冲洗管的流体类型(i)，经喷淋管吹扫冲洗管的流体流速(j)，振动筛振幅(k)，振动筛振动频率(l)，振动筛开孔孔径(m)，液固分离器类型(n)，液固分离器滤网平均孔径(o)，喷嘴小口直径占大口直径的比(p)，小口直管段长度和小口管径的比(q)，杂质回收罐滤网平均孔径(r)，颗粒类型(s)，颗粒粒径(t)，颗粒加入量(u)，循环液相粘度(v)，液相流速(w)。在上述条件下考察分离效率(η)，结果列于表1。

【对比例1】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。冲洗管开孔孔径0.5mm，总长200mm，开孔率40％。喷淋管分管为3×3，分管长度20mm，开孔孔径0.5mm。经喷淋管吹扫冲洗管的流体为水，流速3m/s。无振动筛分器，冲洗管出口直接连接下降管。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度为小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下分离效率为54％。

【对比例2】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。冲洗管开孔孔径0.5mm，总长200mm，开孔率40％。无喷淋管。振动筛振幅5mm，振动频率20赫兹，开孔孔径0.5mm。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下分离效率为36％。

【对比例3】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。无冲洗管，用一根直管代替冲洗管。喷淋管分管为3×3，分管长度20mm，开孔孔径0.5mm。经喷淋管吹扫直管的流体为水，流速3m/s。振动筛振幅5mm，振动频率20赫兹，开孔孔径0.5mm。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下分离效率为47％。

【对比例4】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。无冲洗管，用一根直管代替冲洗管。喷淋管分管为3×3，分管长度20mm，开孔孔径0.5mm。经喷淋管吹扫直管的流体为水，流速3m/s。无振动筛分器，直管出口直接连接下降管。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下分离效率为5.4％。

【对比例5】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。冲洗管开孔孔径0.5mm，总长200mm，开孔率40％。无喷淋管。无振动筛分器，冲洗管出口直接连接下降管。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下无法实现颗粒连续循环再利用。

【对比例6】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。无冲洗管，用一根直管代替冲洗管。无喷淋管。振动筛振幅5mm，振动频率20赫兹，开孔孔径0.5mm。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下分离效率为35％。

【对比例7】

采用本发明所述流化床换热器内颗粒连续循环再利用的方法，进行颗粒连续循环再利用试验，考察重复三次之后的分离效率。换热器为立式管壳式换热器，颗粒自下而上走管程。无颗粒冲洗槽、无冲洗管、无喷淋管、无杂质回收罐，无振动筛分器。液固分离器为旋液分离器，内设平均孔径0.5mm的滤网。喷嘴小口直径为大口直径的0.3倍，小口直管段长度等于小口管径的2倍。杂质回收罐内滤网平均孔径0.5mm。颗粒采用平均粒径2mm的硅酸锆，加入量5kg。循环液相为水，粘度0.001pa·s，流速1m/s。该条件下无法实现颗粒连续循环再利用。

表1

表1(续表)