专利名称：防止盐堵塞换热器管程的防堵塞装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种防止物料堵塞管路的装置，更具体地，涉及一种用于防止盐堵塞换热器管程的防堵塞装置。
背景技术：
在以超临界水对煤进行气化的工艺中，常常需要将处于水的亚临界状态的包含盐 (催化剂和煤等含碳物质中溶于水的物质)和水的物料预热至水的超临界状态后再通入反应器中以与煤等含碳物质进行气化反应。这种预热一般在换热器中进行。所使用的换热器可以是任何通过固体壁使冷热流体间接换热的换热器，例如列管式换热器、翅片式换热器等等。这类换热器可具有管程和壳程，冷热流体各走一程。所述管程和壳程均可以是单程的或多程的。这类换热器包括至少一根、优选很多根并行排列的管道，以及包围这些管道的外壳。其中一股物流从这些管道中流过，管道内的空间可被称为管程，而另一股物流从这些管道与外壳之间的空间(该空间被称为壳程)流过，两股物流通过管道壁进行换热。在使用换热器将包含煤和盐的物料预热至水的超临界状态的过程中，由于该物料从换热器管程内流过且边流动边被换热器壳程中的加热介质加热，故物料在管程内的某个位置处会发生从水的亚临界状态向水的超临界状态的转变。由于催化剂和煤等含碳物质中溶于水的盐类物质易溶于亚临界水而难溶于超临界水，故溶于水的盐类物质会快速从物料中析出。这类盐析出的现象在整个工艺中的其它较粗的管路中不会造成太大问题，但为了提高换热器的换热效率，换热器管程所使用的管道通常是很多并行的较细的管道，而物料在换热器管程中的某一位置持续析出的盐必定会堵塞换热器管程，这是困扰本领域的巨大难题。为了解决这个技术问题，专利JP02806085公开了使用由气缸和与该气缸匹配的活塞组成的反应器，使活塞在气缸内反复运动，通过控制反应器内的压力来实现流体的亚临界状态向超临界状态的转变，进而周期性地使物料完成反应，使析出的盐能够得到及时的清理；专利CN101698517公开了一种具有堵塞清理功能的超临界水处理系统及其堵塞的清理方法，其利用了原有的超临界水处理系统的主体设备，通过添加压差变送器和阀门，实现管路堵塞后用外加的水对管路进行冲洗，进而达到清理堵塞物的目的，解决了堵塞的问题。可见，现有技术提供的均是在上述管路堵塞后，如何清理堵塞物的技术方案。然而，现有技术的方案需要将反应系统停止来清理堵塞物，这迫使反应不能连续进行。实用新型的内容为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于防止盐堵塞换热器管程的防堵塞装置，所述换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程；所述物料由上游设备供应，流经换热器管程而进入位于热器管程下游的第一下游设备；当所述物料在所述换热器管程内受热而由水的亚临界状态向水的超临界状态转变时，所述盐从所述物料中析出；其特征在于，所述防堵塞装置设置在所述上游设备和第一下游设备之间，用于每隔一定时间改变物料在所述换热器管程中的流动方向，从而改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。[0006]优选地，所述防堵塞装置是至少两段设有阀的管道。优选地，所述第一下游设备是反应器，且利用来自该反应器的反应后物料的至少一部分作为所述加热介质。优选地，所述加热介质在换热器壳程中的流动方向与所述物料在加热器管程中的流动方向呈逆流或错流。根据本实用新型的防堵塞装置具有下述优点无需象常规的防止换热器管程堵塞方法那样，要先使换热器停车或脱离上下游设备，然后再通入外加清洗流体来冲洗管路以清除在换热器某处累积的盐(即离线清理)， 本实用新型通过在所述上游设备和第一下游设备之间设置防止盐堵塞的装置可在线周期性地改变物料的流动方向，从而改变盐析出位置而且还使已经析出的盐能够有机会与亚临界水接触而使其再次溶解和/或被物料所冲走，而并非待盐堵塞了管路后再解决堵塞的问题。本实用新型无需另外利用外加的清洗流体，省略了清洗堵塞系统的步骤，从而简化了工艺操作程序。根据本实用新型的防堵塞装置在线改变盐的析出位置，即在系统设备运行时即可防止盐堵塞，这确保了物料的连续运行和换热器及其上下游设备的连续运转。
下面将参照附图以举例的方式描述本实用新型，附图中图1是根据本实用新型的防堵塞装置的一个实施例的示意图；以及图2是根据本实用新型的防堵塞装置的另一个实施例的示意图。应理解的是，附图仅仅是说明性的，不打算以任何方式限制本实用新型的范围。
具体实施方式
本实用新型中的物料包含盐和水，还可包含煤粉。其中所述盐包括碱金属盐或碱土金属盐。所述物料由换热器的上游设备供应，流经换热器后进入位于换热器下游的第一下游设备。除非另有单独声明，本文中所述上游和下游是以所述物料的流向为基准来确定的。其中所述上游设备可以是泵。所述第一下游设备可以是反应器。本实用新型中的换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程。其中所述加热介质可以来自单独的加热介质供应设备， 也可以是来自反应器的反应后的物料。其中所述水的亚临界状态是指温度在100°C以上且在水的临界温度374°c以下，并且压力为仍使水处于液态的压力；所述水的超临界状态是指温度高于水的临界温度374°C且压力高于水的临界压力22. IMPa的状态。其中所述换热器管程包括至少一根、优选很多根管道。如前所述，物料从换热器管程内流过且边流动边被换热器壳程中的加热介质加热，故物料在管程内的某个位置处会发生从水的亚临界状态向水的超临界状态的转变，这种转变导致盐的析出，盐的持续析出必定会堵塞换热器管程。为了防止析出的盐堵塞换热器管程，本实用新型采取的措施是每隔一定时间改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。其中所述一定时间是常量或变量。所述一定时间还要小于且优选显著小于未采取本实用新型的方法时析出的盐完全堵塞换热器管程所花费的时间。在具体实践中，本领域技术人员很容易根据公知技术测得未采取本实用新型的方法时在所使用的具体的换热器中析出的盐完全堵塞换热器管程所花费的时间。为了简化起见，如图1所示，以仅有一根换热管道的直管单程换热器来举例说明。 图1示出了根据本实用新型的换热器是直管单程换热器时防堵塞装置的布置方式。所述物料由上游设备(比如泵)供应，流经换热器管程后进入第一下游设备(比如反应器)。设有第一阀al的第一管道Pl位于上游设备与换热器管程的第一端M之间，设有第二阀a2的第二管道P2位于换热器管程的第二端N与第一下游设备入口之间。还包括设有第三阀bl的第三管道P3和设有第四阀Μ的第四管道P4。其中，第三管道P3的一端A与第一管道Pl 连通且连通处位于上游设备与第一阀al之间，第三管道P3的另一端C与第二管道P2连通且连通处位于换热器第二端N与第二阀a2之间。其中，第四管道P4的一端B与第一管道 Pl连通且连通处位于第一阀al与换热器管程的第一端M之间，第四管道P4的另一端D与第二管道P2连通且连通处位于第二阀a2第一下游设备入口之间。使用时，当打开第一阀 al和第二阀a2并关闭第三阀bl和第四阀1^2，物料由换热器管程的第一端M流向换热器管程的第二端N ；而当打开第三阀bl和第四阀1^2并关闭第一阀al和第二阀a2，物料的流动方向改变成由换热器管程的第二端N流向换热器管程的第一端M。通过以上管道配置和阀的操作，可以实现换热器管程中流动方向的改变。在具体实施过程中，在盐的析出量尚未堵塞管程的时候，通过每隔一定时间按照上述方式控制阀门，即可改变所述物料在换热器管程中的流动方向，使已经析出的盐在尚未堵塞换热器管程的时候就能够有机会与亚临界水接触而使其再次溶解和/或被物料所冲刷，可有效防止盐在某一点处持续析出而堵死换热器管程。本文所说的改变流动方向即颠倒流动方向。例如原本物料从换热器管程的第一端流向第二端，改变成从换热器管程的第二端流向第一端，反之亦然。这样做的好处是不仅在于使盐的析出位置发生变化，而且还使已经析出的盐能够有机会与亚临界水接触而使其再次溶解和/或被物料所冲刷，可有效防止盐在某一点处持续析出而堵死换热器管程。在一个优选实施例中，所述的第一下游设备是反应器，且用来自该反应器的反应后物料的至少一部分作为所述加热介质，这可以充分利用反应后物料的余热。所述加热介质在换热器壳程中的流动方向与所述物料在加热器管程中的流动方向之间的关系可以是顺流、逆流、折流或错流，优选逆流或错流，以提高换热效率。在本实用新型的一种优选实施方案中，以反应后物料的至少一部分来作为所述加热介质且使所述物料的流动方向与该加热介质的流动方向之间呈逆流关系，这种实施方案可通过如下管道和阀的配置来实现，参照图2，仍以换热器是仅有一根直管的单程换热器来举例说明本实用新型的防堵塞装置的布置方式设有第一阀al的第一管道Pl位于上游设备与换热器管程的第一端M之间，设有第二阀a2的第二管道P2位于换热器管程的第二端 N与反应器入口之间。还包括设有第三阀bl的第三管道P3和设有第四阀1^2的第四管道 P4。其中，第三管道P3的一端A与第一管道Pl连通且连通处位于上游设备与第一阀al之间，第三管道P3的另一端C与第二管道P2连通且连通处位于换热器第二端N与第二阀a2 之间。其中，第四管道P4的一端B与第一管道Pl连通且连通处位于第一阀al与换热器管程的第一端M之间，第四管道P4的另一端D与第二管道P2连通且连通处位于第二阀a2与反应器入口之间。所述防堵塞装置还包括设有第五阀a3的第五管道P5，设有第六阀a4的第六管道P6，设有第七阀b3的第七管道P7，和设有第八阀b4的第八管道P8 ；其中，第五管道P5位于反应器出口与换热器壳程的第一端R之间，第六管道P6位于换热器壳程的第二端S和相对于换热器壳程而言处于下游的第二下游设备之间；其中，第七管道P7的一端 T与第五管道P5连通且连通处位于反应器出口与第五阀a3之间，第七管道P7的另一端U 与第六管道P6连通且连通处位于第六阀a4与换热器壳程的第二端S之间；其中，第八管道 P8的一端V与第五管道P5连通且连通处位于第五阀a3与换热器壳程的第一端R之间，第八管道P8的另一端W与第六管道P6连通且连通处位于第六阀a4与所述第二下游设备之间。使用时，当打开第一阀al、第二阀a2、第五阀a3和第六阀a4并关闭第三阀bl、第四阀 1^2、第七阀b3和第八阀b4时，物料由换热器管程的第一端M流向换热器管程的第二端N且反应后物料从换热器壳程的第一端R流向第二端S ；而当打开第三阀bl、第四阀1^2、第七阀 b3和第八阀b4并关闭第一阀al、第二阀a2、第五阀a3和第六阀a4时，物料的流动方向改变成由换热器管程的第二端N流向换热器管程的第一端M且反应后物料从换热器壳程的第二端S流向换热器壳程的第一端R。本实用新型利用经过第一下游设备(例如反应器)反应后的物料返回换热器的壳程充当加热介质，并且通过对反应后物料的温度的控制，可以改变盐在所述换热器管程中的析出位置，同时达到了系统能量的耦合利用，降低成本。本实用新型所述的第二下游设备是指相对于换热器壳程处于下游的任何设备，例如可以是固气/固液/气体分离装置。另外，本领域的技术人员熟知阀的形式和作用，在此不再赘述。以上所述的阀可以是任何类型的阀。虽然以上仅以有一根管道的直管单程换热器来举例说明本实用新型的优选实施方式，但本领域的技术人员可以理解，本实用新型的技术方案显然也能适用于具有很多根换热管道的多程换热器，也能够采用其它形式的换热器(例如弯管换热器)。另外，在不脱离本实用新型权利要求书的保护范围的情况下，可以对上述实施例进行修改或改变。所附权利要求书的范围不应该局限于在此所包含的优选实施例的说明，而是涵盖了落入权利要求的字面含义或等同含义内的所有实施例。
权利要求1.一种用于防止盐堵塞换热器管程的防堵塞装置，所述换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热所述物料的换热器壳程；所述物料由上游设备供应，流经换热器管程而进入位于换热器管程下游的第一下游设备；当所述物料在所述换热器管程内受热而由水的亚临界状态向水的超临界状态转变时， 所述盐从所述物料中析出；其特征在于，所述防堵塞装置设置在所述上游设备和第一下游设备之间，用于每隔一定时间改变物料在所述换热器管程中的流动方向，从而改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。
2.如权利要求1所述的防堵塞装置，其特征在于，所述防堵塞装置是至少两段设有阀的管道。
3.如权利要求2所述的防堵塞装置，其特征在于，所述防堵塞装置是以下述方式设置的设有第一阀(al)的第一管道(Pl)位于上游设备与换热器管程的第一端(M)之间，设有第二阀(^)的第二管道(P》位于换热器管程的第二端(N)与第一下游设备入口之间； 还包括设有第三阀(bl)的第三管道(P； )和设有第四阀( )的第四管道(P4)； 其中，第三管道的一端(A)与第一管道(Pl)连通且连通处位于所述上游设备与第一阀 (al)之间，第三管道的另一端(C)与第二管道(P》连通且连通处位于换热器管程的第二端 (N)与第二阀(a2)之间；其中，第四管道的一端(B)与第一管道(Pl)连通且连通处位于第一阀(al)与换热器管程的第一端(M)之间，第四管道的另一端(D)与第二管道(P》连通且连通处位于第二阀 (a2)与第一下游设备入口之间；其中，当打开第一阀(al)和第二阀(a2)并关闭第三阀(bl)和第四阀0^2)，物料由换热器管程的第一端(M)流向换热器管程的第二端(N)；而当打开第三阀(bl)和第四阀(b2) 并关闭第一阀(al)和第二阀(a2)，物料的流动方向改变成由换热器管程的第二端(N)流向换热器管程的第一端(M)。
4.如权利要求1所述的防堵塞装置，其特征在于，所述第一下游设备是反应器，且利用来自该反应器的反应后物料的至少一部分作为所述加热介质。
5.如权利要求1所述的防堵塞装置，其特征在于，所述加热介质在换热器壳程中的流动方向与所述物料在加热器管程中的流动方向呈逆流或错流。
6.如权利要求3所述的防堵塞装置，其特征在于，所述防堵塞装置还包括设有第五阀(U)的第五管道(P5)，设有第六阀(a4)的第六管道(P6)，设有第七阀 (b3)的第七管道(P7)，和设有第八阀(b4)的第八管道(P8)；其中，第五管道(PO位于反应器出口与换热器壳程的第一端(R)之间，第六管道(P6) 位于换热器壳程的第二端(S)和相对于换热器壳程而言处于下游的第二下游设备之间；其中，第七管道(P7)的一端(T)与第五管道(PO连通且连通处位于反应器出口与第五阀(U)之间，第七管道(P7)的另一端(U)与第六管道(P6)连通且连通处位于第六阀 (a4)与换热器壳程的第二端(S)之间；其中，第八管道(P8)的一端(V)与第五管道(PO连通且连通处位于第五阀(U)与换热器壳程的第一端(R)之间，第八管道(P8)的另一端(W)与第六管道(P6)连通且连通处位于第六阀(a4)与所述第二下游设备之间，其中，当打开第一阀(al)、第二阀(a2)、第五阀(a3)和第六阀(a4)并关闭第三阀 (bl)、第四阀化2)、第七阀(b!3)和第八阀(b4)时，物料由换热器管程的第一端(M)流向换热器管程的第二端(N)且反应后物料从换热器壳程的第一端(R)流向第二端(S)；而当打开第三阀(bl)、第四阀(W)、第七阀(b3)和第八阀(b4)并关闭第一阀(al)、第二阀(a2)、 第五阀(M)和第六阀(a4)时，物料的流动方向改变成由换热器管程的第二端(N)流向换热器管程的第一端(M)且反应后物料从换热器壳程的第二端( 流向换热器壳程的第一端 ㈨。
专利摘要本实用新型涉及一种用于防止盐堵塞换热器管程的防堵塞装置，换热器包括用于使物料流动通过并被加热介质加热的换热器管程和用于使加热介质流动通过并加热物料的换热器壳程；物料包含盐和水，物料由上游设备供应，流经换热器管程而进入位于换热器管程下游的第一下游设备；当物料在所述换热器管程内受热而由水的亚临界状态向水的超临界状态转变时，盐从所述物料中析出；其特征在于，防堵塞装置设置在上游设备和第一下游设备之间，用于每隔一定时间改变物料在换热器管程中的流动方向，从而改变所述盐在所述换热器管程中的析出位置。该防堵塞装置可在线操作以简化工艺操作流程，确保了物料的连续运行和换热器及其上下游设备的连续运转。
文档编号F28F19/00GK201993026SQ20102067424
公开日2011年9月28日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者宋庆峰, 李成学, 谷俊杰, 赵晓 申请人:新奥科技发展有限公司