本发明涉及一种壳管式换热设备，特别涉及一种壳管换热设备。
背景技术：
管壳式换热器是进行热交换操作的通用工艺设备。广泛应用于化工、石油、石油化工、电力、轻工、冶金、原子能、造船、航空、供热等工业部门中。特别是在石油炼制和化学加工装置中，占有极其重要的地位。但换热器在使用过程中，污垢沉积物会不可避免地出现在传热表面上，出现结垢现象，污垢沉积物热阻较高，大大降低了传热速率；同时由于结垢减小了流道面积，介质流动阻力增大，能耗增加。换热器污垢附着和堵塞是阻碍换热器换热效率和寿命的最主要因素，换热器的清洗是现在普通壳管式换热器的最大难点。现有的换热器的清洗分为机械式和化学式，这两种方法对壳管式换热器无法彻底清洗，这就阻碍了换热器的使用范围和效率。很多高温污水由于水质结垢严重无法使用换热器来回收余热造成热源浪费。
技术实现要素：
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种壳管换热设备，可以在各种高杂质水质中使用的换热器，它可以通过自身的清洁设备根据污水的结垢快慢来定时对换热器的各种结垢进行自我清洁，达到真正的不结垢高效换热， 扩大了换热器的使用范围。
一种壳管换热设备，包括壳体（O）、换热管（H）、管板（M）、污水入口（F）、软化水出口（D）、软化水入口（L）和污水出口（N），所述壳体（O）的内腔设有多组换热管（H），换热管（H）的两端通过管板（M）固定连接，壳体（O）的一端设有污水入口（F）和软化水出口（D），另一端设有软化水入口（L）和污水出口（N），所述的软化水出口（D）、换热管（H）和软化水入口（L）连通，所述的污水入口（F）、壳体（O）的内腔和污水出口（N）连通，其特征是：在壳体（O）内腔增设有清洁板总成（G）、清洁板定位导轨（I）、支撑板（K）、清洁板动力丝杠（J）和污水流道清洁块（P），清洁板动力丝杠（J）通过壳体端部的自控式步进电机（C）驱动旋转，在清洁板动力丝杠（J）上安装一个或一个以上的清洁板总成（G）、一个或一个以上的支撑板（K），在壳体（O）内腔的上下均设有清洁板定位导轨（I），清洁板总成（G）在清洁板动力丝杠（J）的驱动下，沿着清洁板定位导轨（I）前后移动，对换热管（H）表面的污垢进行刮铣；所述的支撑板（K）套在清洁板动力丝杠（J）上，清洁板动力丝杠（J）旋转时支撑板（K）不动，对壳体进行支撑；在壳体两端的管板（M）上设有可以冲铣污水流道的多组污水流道清洁块（P），在壳体的端部设有控制自控式步进电机（C）的控制芯片（A）和定时控制面板（B），左侧的管板（M）中心设有清洁板动力丝杠油封（E），右侧的管板（M）中心设有丝杠轴套（Q）。
上述的清洁板总成（G）包括污水流道孔（Ga）、丝杠轴孔（Gb）、清洁板（Gc）、换热管孔（Gd）、清洁环（Ge）、丝杠轴螺母（Gh）、清洁板导轨定位孔（Gs），所述的清洁板（Gc）由圆形结构的两片清洁板组成，所述清洁板（Gc）布有多组污水流道孔（Ga）和换热管孔（Gd），在清洁板（Gc）的中心设有丝杠轴孔（Gb），丝杠轴孔（Gb）设有丝杠轴螺母（Gh），在每组换热管孔（Gd）的位置设有清洁环（Ge），通过两组清洁板（Gc）夹持多个清洁环（Ge），并利用清洁环（Ge）对换热管（H）的表面进行刮铣；所述的清洁板（Gc）的上下两端分别设有清洁板导轨定位孔（Gs），通过清洁板导轨定位孔（Gs）与壳体（O）内腔的清洁板定位导轨（I）滑动配合；所述的清洁板（Gc）的外径小于壳体的内径。
上述的支撑板（K）包括支撑板污水流道孔（Ka）、支撑板丝杠轴孔（Kb）、支撑板（Kc）、支撑板换热管孔（Kd），所述的支撑板（Kc）布设有多组支撑板污水流道孔（Ka）、多组支撑板换热管孔（Kd），中心设有支撑板丝杠轴孔（Kb），支撑板丝杠轴孔（Kb）与清洁板动力丝杠（J）滑动配合。
上述的污水流道清洁块（P）安装在两个管板（M）的内侧，污水流道清洁块（P）采用与污水流道口相匹配的形状，分布在与清洁板总成（G）的污水流道孔（Ga）相对应的位置，污水流道清洁块（P）的外径小于污水流道孔（Ga）的内径。
上述的清洁环（Ge）由左环和右环组成，左环的内环上设有间隔排列的凹槽，右环的内环上设有间隔排列的凸起，左环与右环镶嵌组合在一起，合并后形成左环的凹槽与右环的凸起相互靠近，实现左环刮铣换热管（H）的一半圆周面积，右环刮铣换热管（H）余下的另一半圆周面积，减少刮铣阻力。
上述的左环（Ge1）的右侧上设有十字形凸起（Ge3），右环（Ge2）的内环上设有对应的十字形凹槽；左环（Ge1）与右环（Ge2）通过十字形凸起（Ge3）与十字形凹槽镶嵌组合。
上述的清洁环（Ge）夹在清洁板中间换热管孔（Gd）的开槽处，且设有让清洁环上下左右移动的富余量。
一种壳管换热设备的使用方法，由以下方法实现：
首先，分别把多组清洁环（Ge）套在多根换热管上，然后由两组清洁板（Gc）夹住多个清洁环（Ge），并且，可以在一根换热管上安装多组清洁板（Gc），由定时控制面板(B)里的控制芯片（A）控制自控式步进电机（C）定时启动，自控式步进电机（C）带动清洁板动力丝杠（J）旋转，清洁板中心的丝杠孔内有丝杠螺母（Gh），清洁板动力丝杠（J）的旋转带动清洁板（Gc）前后移动，夹在清洁板内的清洁环（Ge）随清洁板(Gc)前后移动，移动的同时则把吸附在换热管上的污垢刮铣掉；同时，利用清洁板(Gc)的外缘对壳体(O)内壁进行污垢刮铣；
其次，再利用两头管板(M)上的污水流道清洁块（P）对清洁板上的污水流道进行冲铣，污水流道清洁块（P）外径比污水流道内径要小，清洁后刮下的污垢会随污水被带走，刮铣的间隔时间根据污水结垢速度来设定，用此方法来达到清洁换热器的目的。
优选的，清洁板动力丝杠（J）带动清洁板总成（G）前后移动，其轨迹是由中间的基本定位点向一侧移动到支撑板旁边，然后，再从支撑板旁边反向移动到管板旁边或者另一个支撑板旁边；最后，再回到原始的基本定位点。
本发明的有益效果是：本发明能按换热介质产生污垢情况来定时利用步进电机带动动力丝杠旋转，一是带动清洁板对换热器壳体内壁进行污垢刮铣，二是带动清洁板中的清洁环对换热管进行刮铣，三是并且利用管板上的清洁块对清洁板上的污水流道进行冲洗；可以在各种高杂质水质中使用的换热器，它可以通过自身的清洁设备根据污水的结垢快慢来定时对换热器的各种结垢进行自我清洁。达到真正的不结垢高效换热。 扩大了换热器的使用范围，以前在石油、印染等行业中由于油渣、胶类毛絮及聚合物和高矿化度的不可回收利用的污水现在都可以实现余热回收利用。
本发明解决了换热器污垢清洁的问题，解决了以前壳管式换热器无法彻底清的技术难题。解决了油田生产，工业污水和印染行业污水不能用换热器换热的难题。并且改善了换热器的换热效率，增加了换热器的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的清洁板的运动轨迹图；
图3是本发明的清洁板总成的主视图；
图4 是本发明的清洁板总成的侧视图；
图5 是本发明的支撑板总成的侧视图；
图6 是本发明的管板清洁块的主视图；
图7 是本发明的管板清洁块的侧视图；
图8 是本发明的壳体剖面图及定位导轨局部放大图；
图9 是本发明的清洁环剖视图；
图9.1 是本发明的清洁环结构图；
图10是本发明的清洁环合并正视图；
图11是本发明的清洁环合并侧视图；
图12是本发明的清洁环在清洁板中的运动轨迹图；
上图中：控制芯片（A），定时控制面板（B）、自控式步进电机（C）、污水出口（D）、清洁板动力丝杠油封（E）、污水入口（F）、清洁板总成（G）、换热管（H）、清洁板定位导轨（I）、清洁板动力丝杠（J）、支撑板（K）、软化水入口（L）、管板（M）、软化水出口（N）、壳体（O）、污水流道清洁块（P）、丝杠轴套（Q）；
污水流道孔（Ga）、丝杠轴孔（Gb）、清洁板（Gc）、换热管孔（Gd）、清洁环（Ge）、丝杠轴螺母（Gh）、清洁板导轨定位孔（Gs）、左环（Ge1）、右环（Ge2）、十字形凸起（Ge3）；
支撑板污水流道孔（Ka）、支撑板丝杠轴孔（Kb）、支撑板（Kc）、支撑板换热管孔（Kd）。
具体实施方式
结合附图1，对本发明作进一步的描述：
一种壳管换热设备，包括壳体（O）、换热管（H）、管板（M）、污水入口（F）、软化水出口（D）、软化水入口（L）和污水出口（N），所述壳体（O）的内腔设有多组换热管（H），换热管（H）的两端通过管板（M）固定连接，壳体（O）的一端设有污水入口（F）和软化水出口（D），另一端设有软化水入口（L）和污水出口（N），所述的软化水出口（D）、换热管（H）和软化水入口（L）连通，所述的污水入口（F）、壳体（O）的内腔和污水出口（N）连通，在壳体（O）内腔增设有清洁板总成（G）、清洁板定位导轨（I）、支撑板（K）、清洁板动力丝杠（J）和污水流道清洁块（P），清洁板动力丝杠（J）通过壳体端部的自控式步进电机（C）驱动旋转，在清洁板动力丝杠（J）上安装一个或一个以上的清洁板总成（G）、一个或一个以上的支撑板（K），在壳体（O）内腔的上下均设有清洁板定位导轨（I），清洁板总成（G）在清洁板动力丝杠（J）的驱动下，沿着清洁板定位导轨（I）前后移动，对换热管（H）表面的污垢进行刮铣；所述的支撑板（K）套在清洁板动力丝杠（J）上，清洁板动力丝杠（J）旋转时支撑板（K）不动，对壳体进行支撑；在壳体两端的管板（M）上设有可以冲铣污水流道的多组污水流道清洁块（P），在壳体的端部设有控制自控式步进电机（C）的控制芯片（A）和定时控制面板（B），左侧的管板（M）中心设有清洁板动力丝杠油封（E），右侧的管板（M）中心设有丝杠轴套（Q）。
参照附图3、4，清洁板总成（G）包括污水流道孔（Ga）、丝杠轴孔（Gb）、清洁板（Gc）、换热管孔（Gd）、清洁环（Ge）、丝杠轴螺母（Gh）、清洁板导轨定位孔（Gs），所述的清洁板（Gc）由圆形结构的两片清洁板组成，所述清洁板（Gc）布有多组污水流道孔（Ga）和换热管孔（Gd），在清洁板（Gc）的中心设有丝杠轴孔（Gb），丝杠轴孔（Gb）设有丝杠轴螺母（Gh），在每组换热管孔（Gd）的位置设有清洁环（Ge），通过两组清洁板（Gc）夹持多个清洁环（Ge），并利用清洁环（Ge）对换热管（H）的表面进行刮铣；所述的清洁板（Gc）的上下两端分别设有清洁板导轨定位孔（Gs），通过清洁板导轨定位孔（Gs）与壳体（O）内腔的清洁板定位导轨（I）滑动配合，使清洁板不会因为丝杠的转动而旋转移位；所述的清洁板（Gc）的外径小于壳体的内径。
参照附图5，支撑板（K）包括支撑板污水流道孔（Ka）、支撑板丝杠轴孔（Kb）、支撑板（Kc）、支撑板换热管孔（Kd），所述的支撑板（Kc）布设有多组支撑板污水流道孔（Ka）、多组支撑板换热管孔（Kd），中心设有支撑板丝杠轴孔（Kb），支撑板丝杠轴孔（Kb）与清洁板动力丝杠（J）滑动配合。
参照附图6、7，污水流道清洁块（P）安装在两个管板（M）的内侧，污水流道清洁块（P）采用与污水流道口相匹配的形状，分布在与清洁板总成（G）的污水流道孔（Ga）相对应的位置，污水流道清洁块（P）的外径小于污水流道孔（Ga）的内径。
参照附图9-11，清洁环（Ge）由左环Ge1和右环Ge2组成，左环Ge1的内环上设有间隔排列的凹槽，右环Ge2的内环上设有间隔排列的凸起，左环与右环镶嵌组合在一起，合并后形成左环的凹槽与右环的凸起相互靠近，实现左环刮铣换热管（H）的一半圆周面积，右环刮铣换热管（H）余下的另一半圆周面积，减少刮铣阻力，具体间隔度数视换热器工况设计来设定。
本发明的所述的左环（Ge1）的右侧上设有十字形凸起（Ge3），右环（Ge2）的内环上设有对应的十字形凹槽；左环（Ge1）与右环（Ge2）通过十字形凸起（Ge3）与十字形凹槽镶嵌组合，左环（Ge1）刮铣一半的面积，右环（Ge2）刮铣剩下的部分，这样在刮铣的过程中才可以把换热管上的污垢刮铣的更干净。
上述的清洁环（Ge）夹在清洁板中间换热管孔（Gd）的开槽处，且设有让清洁环上下左右移动的富余量。
一种壳管换热设备的使用方法，由以下方法实现：
首先，分别把多组清洁环（Ge）套在多根换热管上，然后由两组清洁板（Gc）夹住多个清洁环（Ge），并且，可以在一根换热管上安装多组清洁板（Gc），由定时控制面板(B)里的控制芯片（A）控制自控式步进电机（C）定时启动，自控式步进电机（C）带动清洁板动力丝杠（J）旋转，清洁板中心的丝杠孔内有丝杠螺母（Gh），清洁板动力丝杠（J）的旋转带动清洁板（Gc）前后移动，夹在清洁板内的清洁环（Ge）随清洁板(Gc)前后移动，移动的同时则把吸附在换热管上的污垢刮铣掉；同时，利用清洁板(Gc)的外缘对壳体(O)内壁进行污垢刮铣；
其次，再利用两头管板（M）上的污水流道清洁块（P）对清洁板上的污水流道进行冲铣，污水流道清洁块（P）外径比污水流道内径要小，清洁后刮下的污垢会随污水被带走，刮铣的间隔时间根据污水结垢速度来设定，用此方法来达到清洁换热器的目的。
参照附图2，清洁板动力丝杠（J）带动清洁板总成（G）前后移动，其轨迹是由中间的基本定位点向一侧移动到支撑板旁边，然后，再从支撑板旁边反向移动到管板旁边或者另一个支撑板旁边；最后，再回到原始的基本定位点。
其中，换热器清洁板的运动轨迹图上可以看出（图2），换热器在正常工作时清洁板是固定在定位点A的位置上，起到支撑板和折流板的效果，只有在前后清洗过程中才起清洁板的作用。清洁板中有污水流道，污水平时是从污水流道中流过的，污水流道在换热器里有两个作用，一是走污水，二是制造紊流强化传热。
当需要清洗时，首先芯片根据清洁距离对步进电机发出指令，在（图2）中可以看出，清洁板总成首先有固定点A向折返点B运动完成运动步骤1，在此运动过程中清洁板外缘会把A点到B点之间壳体污垢刮铣干净，清洁板中的清洁环则把换热管上的污垢刮铣干净。
第二步，步进电机反转使清洁板反向运动，由折返点B向折返点C运动完成运动步骤2，清洁板外缘和清洁环则把折返点B到折返点C之间的壳体和换热管的污垢刮铣干净。
第三步，步进电机正转使清洁板由折返点C返回基本定位点A，最终运动完成运动步骤3，清洁板外缘和清洁环则把折返点C到定位点之间的壳体和换热管的污垢刮铣干净，清洁板在到达定位点后在定位点起到支撑板和折流板的作用并等待下一个清洁循环的指令。
参照附图2，在一个换热器中可以有多个支撑板和清洁板，他们按照设计均匀的分配。例；在（图2）在清洁板循环运动中三个清洁板被两块支撑板均匀分配在换热器里，当要运动时，三个清洁板运动是同步的。
支撑板是固定在换热器壳体上的，起到支撑和固定换热管的作用，见（图1）（图2）.支撑板上开有换热管孔，污水流道孔，丝杠轴孔，没有丝杠轴螺母所以不随丝杠运动而运动，见（图5
换热器两头是由管板组成的，清洁板在移动中可以给换热管和管壳内壁进行刮铣除垢，但是长期运行中清洁板污水流道有可能被污垢堵塞，所以在两头的管板上设计了可以冲铣污水流道的清洁块，见（图6）（图7）。污水流道清洁块（P）外径比污水流道内径要略小，清洁块比污水流道要细，长度大于清洁板的厚度。
举例1在图2.清洁板G1当运动到折返点C时，管板上的污水流道清洁块就可以穿过污水流道。对污水流道里的污垢进行冲铣。冲洗下的污垢随污水带走。举例2；清洁板G3当运动到折返点B时，管板上的污水流道清洁块就可以穿过污水流道。对污水流道里的污垢进行冲铣。
G3支撑板的污水流道清洗可以在清洁板上设空心的流道清洁块，即可以污水流过，也可以给支撑板冲铣污水流道。
清洁板上面180（对角设有清洁板导轨定位孔，用来在清洁板刮铣运动中固定清洁板的运动轨迹沿直线前后行走。（图3）（图8）
在换热器管壳内壁设有两条直线轨道，是和清洁板上导轨定位孔是对应起来的。是为了对清洁板的直线运动起固定作用的，让清洁板在前后刮铣中沿着轨道运动。不会随丝杠旋转而转动。（图1）（图3）（图8）
选取钛金材质来制作丝杠，清洁板和清洁环，清洁环(Ge)的内径比换热管(H)外径大稍有间隙。清洁环Ge有两部分组成，环a和环b清洁环内径每间隔18度取形成间隔挖空结构（图9）清洁环结构图。这样的设计是在取得刮铣污垢效果的同时减少清洁环(Ge)与换热管(H)刮铣阻力。清洁环有环a和环b两部分相互旋转错开18度叠加组成（图10）
每个清洁环的一个可以刮铣换热管180度的污垢面积，错开的两个清洁环(Ge)就可以在阻力减少到最小的同时刮铣换热管360度，把换热管(H)污垢刮干净。左环和右环背面以凹槽和凸槽两面相互镶嵌在一起，形成一种紧密结构（图9）（图11）。并设有余量可以浮动，这种余量设计是针对换热管(H)的生产和安装误差，为了增加清洁环在换热管(H)上刮铣通过性增加清洁环(Ge)的刮铣能力来设计的。
图12，举例说明换热器换热管安装和生产上有一定的误差，那么清洁环在刮铣运动中会随换热管的上下弯曲而改变自己的运动轨迹，这是因为清洁环是套在换热管上面的。清洁板总成和清洁环是软连接。清洁板是沿着自己的轨迹运动。这样清洁板总成就可以在多根换热管H1、H2、H3的换热器中运动，不至于因为换热管安装偏差而被卡住。清洁板中的换热管孔开孔要大于换热管的直径而小于清洁环的外径。这样在刮铣运动中清洁板既可以带动清洁环运动又不至于清洁环掉出来，另外清洁环在清洁板安装设计中有一定余量，可以让清洁环在清洁板中顺畅的活动。见（图12）放大图。
驱动方式
自洁式换热器是由步进电机（C）带动动力丝杠(J)旋转驱动来完成清洁板(Gc)的前后运动，清洁板在前后运动中的外缘对壳体内壁进行刮铣除垢，同时清洁板(Gc)带动清洁环(Ge)来对换热管(H)进行刮洗清洁。管板污水流道清洁块也对清洁板污水流道进行冲铣。由于污水的成分不同结垢速度也不同，除垢的最佳时机是在污垢刚形成时，所以每种污水的除垢间隔时间可以通过定时控制来实现。增加了换热器对各种污水环境的适用性。