便于清理附着物的立式冷却器的制作方法

1.本实用新型涉及工业用热交换设备领域，尤其涉及一种便于清理附着物的立式冷却器。


背景技术：

2.换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备。换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。管壳式换热器是工业应用最广泛的换热设备。管壳式冷却器主要有壳体、多根换热管、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳式冷却器内进行换热的两种流体，一种在换热管内流动，其行程称为管程；一种在换热管外流动，其行程称为壳程；换热管的壁面即为传热面。
3.管壳式冷却器中，立式管壳式冷却器在工业生产中应用非常广泛，市售管壳式冷却器内置的换热管都是光壁直管，光壁的换热管结构简单、制作容易。化工生产需要对一些液体物料进行冷却，现大部分管壳式冷却器，一般是需冷却的物料走管程，冷却介质(一般是水)走壳程。但有些液体物料本身具有粘稠、易附着等特点，由于通常情况下换热管直径较小，换热管的管程就容易发生结垢、堵塞，而且不易清理维修。管程结垢会造成热交换效率直线下降，长时间使用后冷却效果就会减弱，使冷却器失去作用，此状况除增加能耗，还降低了生产工效。管程内部清垢难度大，目前采用的方法是将冷却器拆卸，将冷却器的换热管管束运至维修车间进行清理，清理完成后进行安装，该方法需要对冷却器进行拆卸、吊运、清理和安装，耗费大量人力、物力与时间，使得清垢成本增高，后续维修更换的成本也比较高，这些问题都是现有技术的管壳式冷却器有待解决的问题。
4.因此，亟需本领域技术人员研究设计一种新型的、不易发生堵塞、便于清理附着物、维护方便且冷却效率高的立式冷却器，对于粘稠的液体物料也能进行高效冷却，提高冷却器的运行周期，降低运行和修护的费用成本。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种便于清理附着物的立式冷却器，用以解决现有立式冷却器易堵塞且不易清理、清理成本高而效率低的问题。该立式冷却器不易发生堵塞，便于清理附着物，维护方便且冷却效率高，对于粘稠的液体物料也能进行高效冷却，提高立式冷却器的运行周期，降低运行和清理维护成本。
6.具体的，本实用新型提供一种便于清理附着物的立式冷却器，包括：上封头、下封头和壳体；
7.上封头为椭圆形封头，下封头为锥形封头；上封头的侧壁上设置有热料进口，下封头的侧壁上部设置有热料出口，下封头的底部设置有排料口；
8.壳体包括设置在中部的过流段、下部的冷料进口段和上部的冷料出口段；冷料进
口段的外侧沿圆周方向密封设置有冷料进口夹套，冷料出口段的外侧沿圆周方向密封设置有冷料出口夹套；冷料进口夹套的侧壁上设置有冷料进口，冷料出口夹套上远离冷料进口的侧壁上设置有冷料出口；
9.壳体内还固定焊接有多根换热管，多根换热管为c型管；多根换热管的两端开口分别与冷料进口段和冷料出口段上设置的管孔固定密封连接。
10.本实用新型的立式冷却器，管程走冷料(冷却介质)，壳程走热料(待冷却的粘稠物料)，冷料在较细的换热管中流动而不易发生堵塞，热料上进下出，有利于沉淀物排出。在该立式冷却器检修清理时，只需拆开封头，清理壳体内的换热管的外壁上的附着物即可，不用对换热管进行拆除和吊装等操作，实现了管程不易发生堵塞、便于清理附着物、维护方便且冷却效率高、延长设备使用时间的目的，且检修清理时的人工劳动强度显著减小。
11.在一些优选的实施方案中，管孔沿圆周方向均匀分布在冷料进口段和冷料出口段上，管孔用于连通换热管、冷料进口夹套和冷料出口夹套。
12.在一些优选的实施方案中，c型管包括直管段、折弯段和集液管段；直管段设置在c型管的中部，折弯段和集液管段分别设置在c型管的两端，且两端的集液管段与中部的直管段垂直。
13.在一些优选的实施方案中，折弯段为弧形或直线段。
14.在一些优选的实施方案中，折弯段为直线段，折弯段相对于直管段的折弯角度为α，α为15
°‑
75
°
。
15.在一些优选的实施方案中，壳体的过流段的外侧密封包围有过流段夹套，且过流段夹套与冷料进口夹套和冷料出口夹套固定连接。
16.在一些优选的实施方案中，过流段夹套的下部设置有供冷却介质进入的夹套入口，过流段夹套的上部设置有供冷却介质排出的夹套出口。
17.在一些优选的实施方案中，过流段夹套与冷料进口夹套和冷料出口夹套的连接处分别设置有圆环形的隔流挡板，隔流挡板的外圆周固定连接过流段夹套的内壁，隔流挡板的内圆周固定连接壳体的外壁；隔流挡板用于将过流段夹套与冷料进口夹套和冷料出口夹套分隔并形成不同空腔。
18.在一些优选的实施方案中，夹套入口设置在冷料进口的上方；夹套出口设置在冷料出口的下方。
19.在一些优选的实施方案中，冷料进口夹套和过流段夹套内的冷料为同种冷料或不同种冷料。
20.本实用新型提供的便于清理附着物的立式冷却器，与现有技术相比，具有以下优势：
21.(1)本实用新型的立式冷却器采用立式设计，占地面积更小，结构简单紧凑，冷却效率高，冷却效果好，可以进行冷却和热量回收，有利于节能降耗，提高生产效率，降低生产成本。
22.(2)本实用新型的立式冷却器的换热管内冷料不容易结垢，壳体内粘稠的热料发生结垢后，仅通过拆下封头即可方便清理换热管外壁上以及壳体内壁的污垢，清理检修简单快速高效，在现场即可进行清理作业，清理成本降低，清理效率提升，使得立式冷却器的使用寿命得以延长。
23.(3)本实用新型的立式冷却器大大提高了冷热物料在冷却器中的通过性，有效保证了热料在壳程内流通的顺畅性，避免粘稠性物料出现堆积造成冷却器堵塞，保证了生产的稳定运行，并且一旦冷却器发生堵塞现象后，现场清理的便利性也更高。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型一实施例提供的便于清理附着物的立式冷却器的结构示意图；
26.图2为本实用新型一实施例提供的图1中a-a向的剖视放大图；
27.图3为本实用新型一实施例提供的换热管的结构示意图；
28.图4为本实用新型另一实施例提供的换热管的结构示意图；
29.图5为本实用新型另一实施例提供的便于清理附着物的立式冷却器的结构示意图；
30.图6为本实用新型再一实施例提供的便于清理附着物的立式冷却器的结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1、上封头，2、下封头，3、壳体，4、换热管；
33.101、热料进口，102、排气口，201、热料出口，202、排料口，301、过流段，302、冷料进口段，303、冷料出口段，304、管孔，401、直管段，402、折弯段，403、集液管段；
34.501、冷料进口夹套，502、冷料出口夹套，511、冷料进口，521、冷料出口；
35.503、过流段夹套，531、夹套入口，532、夹套出口，533、隔流挡板。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，也属于本实用新型保护的范围。
37.在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实用新型说明书以及权利要求书中使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.参见图1所示，本实用新型提供一种便于清理附着物的立式冷却器，包括：上封头1、下封头2和壳体3；
40.上封头1为椭圆形封头，下封头2为锥形封头；上封头1的侧壁上设置有热料进口101，下封头2的侧壁上部设置有热料出口201，下封头2的底部设置有排料口202；
41.壳体3包括设置在中部的过流段301、下部的冷料进口段302和上部的冷料出口段303；冷料进口段302的外侧沿圆周方向密封设置有冷料进口夹套501，冷料出口段303的外侧沿圆周方向密封设置有冷料出口夹套502；冷料进口夹套501的侧壁上设置有冷料进口511，冷料出口夹套502上远离冷料进口511的侧壁上设置有冷料出口521；
42.壳体3内还固定焊接有多根换热管4，多根换热管4为c型管；多根换热管4的两端开口分别与冷料进口段302和冷料出口段303上设置的管孔304固定密封连接。
43.本实用新型的立式冷却器，正常工作时，热料从下封头侧壁上部的热料出口排出，进行清理工作时，废料或废液则从下封头底部的排料口排出。其中，下封头设计成锥形，是为了方便使物料、清理废水等顺利出料，而不采用椭圆形封头，是为了防止椭圆形封头会在封头处堆积物料，导致底部下料不畅的问题。
44.本实用新型的立式冷却器在清理时，可以将上封头和下封头都拆开，也可以只拆上封头，然后用水冲洗壳体以及内部的换热管的外壁，将壳体内及换热管的外壁上的附着物冲洗下来，并通过下封头底部的排料口或壳体下部连接的废水管将冲洗后废水排往废水池。另外的，该立式冷却器在使用过程中，其中壳程的热料沉积下的附着物可以溶于酸/碱液时，可以仅拆开上封头，然后向壳体内通入酸/碱液进行浸泡，然后再排出废液及清除掉的附着物，完成该立式冷却器的清理工作。
45.参见图2所示，在具体的实施方案中，管孔304沿圆周方向均匀分布在冷料进口段302和冷料出口段303上，管孔304用于连通换热管4、冷料进口夹套501和冷料出口夹套502。
46.本实用新型的立式冷却器，为了考虑后期清洗工作中换热管的固定性，也为了加工方便和保证换热管的密封性，采用先加工换热管，再组合安装至壳体上的做法，具体如下：在换热管装配完成后，多根换热管的两端开口分别与壳体上冷料进口段和冷料出口段上设置的管孔固定密封连接，也即换热管全部焊接在壳体上，这样换热管同时也承担着加强筋的作用，在很大程度上增强了立式冷却器承受物料压力的能力。
47.本实用新型的立式冷却器，壳程内的热料与管程内的冷料的流动方向相反，冷料从下到上流动，冷料的温度也伴随着吸热作用从下往上逐渐增高，最终从壳体上部的冷料出口段排出，下方较冷的冷料能保证冷却的质量，上方较热的冷料通过与换热管充分的接触对热料进行了预冷却。
48.参见图3所示，在具体的实施方案中，c型管包括直管段401、折弯段402和集液管段403；直管段401设置在c型管的中部，折弯段402和集液管段403分别设置在c型管的两端，且两端的集液管段403与中部的直管段401垂直。
49.本实用新型中，换热管设置为c型管，且中部为直管段，热料在壳程中流过后，部分较粘稠的物料即使容易附着和粘挂在换热管的外壁上，在重力作用下也可以沿直管段向下
汇聚，而不易在换热管外壁形成积液或积垢，有效避免了壳程的堵塞，防止降低冷却器的冷却效率，同时积垢堵塞问题也得到了一定程度地改善。
50.本实用新型中，冷却器为立式结构，将换热管设置为c型管，而不采用直管或u型管等，是因为c型管可以直接固定在壳体内部，封头拆开以后，换热管外壁上的附着物就能直接发现，然后进行清理，在现场即可进行清理作业；而直管或u型管式冷却器在清理壳体时，需要将换热管管束拿出壳体，即需要对换热管管束进行拆卸、吊装等操作，机器使用不方便，且人工劳动强度大，耗费大量人力、物力与时间，清理工作费时费力。
51.在具体的实施方案中，折弯段402为弧形或直线段。
52.参见图4所示，在具体的实施方案中，折弯段402为直线段，折弯段402相对于直管段401的折弯角度为α，α为15
°‑
75
°
。
53.本实用新型中，换热管设置有折弯段和集液管段，形成的c型管结构能增加冷料在换热管内的流动阻力，有效减缓换热管内冷料的流出速度，从而增加了冷料在换热管内的滞留时间，延长了冷料和热料间的换热接触时间，增强了冷却效率。
54.参见图5所示，在具体的实施方案中，壳体3的过流段301的外侧密封包围有过流段夹套503，且过流段夹套503与冷料进口夹套501和冷料出口夹套502固定连接。
55.为了使冷却效果更好，热料的冷却更充分，本实用新型还设置了过流段夹套，过流段夹套使得热料在立式冷却器中不仅可以与换热管内的冷料进行热量交换，还可以与过流段的壳体外的过流段夹套中的冷料进行热量交换，使得热料在立式冷却器中向下流动的过程中，温度得以快速下降，增强了立式冷却器的冷却效率和冷却效果。
56.在具体的实施方案中，过流段夹套503的下部设置有供冷却介质进入的夹套入口531，过流段夹套503的上部设置有供冷却介质排出的夹套出口532。
57.在具体的实施方案中，上封头1的顶部中央还设置有排气口102。上述排气口用于将不凝气等不能冷却的气相排出立式冷却器，防止不凝气等气相影响冷却效果。
58.参见图6所示，在具体的实施方案中，过流段夹套503与冷料进口夹套501和冷料出口夹套502的连接处分别设置有圆环形的隔流挡板533，隔流挡板533的外圆周固定连接过流段夹套503的内壁，隔流挡板533的内圆周固定连接壳体3的外壁；隔流挡板533用于将过流段夹套503与冷料进口夹套501和冷料出口夹套502分隔并形成不同空腔。
59.为了进一步提升冷却效率和/或进行热量回收，在过流段夹套与冷料进口夹套和冷料出口夹套的连接处分别设置有圆环形的隔流挡板，能防止过流段夹套内的冷料与冷料进口夹套和冷料出口夹套中的冷料发生混流，这样将换热管中的冷料和过流段壳体外部的冷料分隔开，使得换热管中的冷料和过流段壳体外部的冷料在被同时用于冷却时，冷料可以是相同的，也可以是不同的，比如：换热管中的冷料为冷却水时，过流段壳体外部的冷料也为冷却水，能进一步提升冷却效率；换热管中的冷料为冷却水时，过流段壳体外部的冷料为其他可被预热的生产物料，能在提升冷却效率的同时，回收热料的热量并加以利用，用来预热和/或加热其他生产物料。
60.本实用新型的立式冷却器，设置了过流段夹套、冷料进口夹套和冷料出口夹套，壳体内的热料和冷料进口夹套提供给换热管的冷料进行热量交换，还和过流段夹套内的冷料进行热量交换，通过冷却器的过流段夹套、冷料进口夹套和冷料出口夹套之间的相互配合，提高了该立式冷却器对流过壳体的热料的冷却效果。
61.在具体的实施方案中，夹套入口531设置在冷料进口511的上方；夹套出口532设置在冷料出口521的下方。
62.在具体的实施方案中，冷料进口夹套501和过流段夹套503内的冷料为同种冷料或不同种冷料。
63.在具体的实施方案中，冷料进口夹套501和过流段夹套503内的冷料为空气、冷却水、导热油、冷冻水中的至少一种。
64.进一步地，冷料还可以是其他可被预热的生产物料。用其他生产物料来给热料降温，在对热料降温冷却的同时，还能完成其他生产物料的加热，有效地回收热料的热量并加以利用，有利于降低生产成本。
65.以下结合具体的实施例对本实用新型作进一步详细说明。
66.实施例1：
67.一种便于清理附着物的立式冷却器，具体工作及清理时的流程如下：
68.(1)正常工作时：冷料选用冷却水，使用时，先通过冷料进口夹套501的侧壁上设置的冷料进口511与厂区内的冷却水循环管线连通，冷却水通过壳体3上沿圆周方向均匀分布的管孔304进入换热管4，利用水压使冷料进口夹套501、换热管4和冷料出口夹套502中依次充满冷却水，冷却水最终从冷料出口夹套502上设置的冷料出口521排出。
69.然后，打开上封头1侧壁上的热料进口101，使得热料进入立式冷却器中，热料向下依次通过壳体3的冷料出口段303、过流段301和冷料进口段302，并与壳体3内固定焊接的多根c型换热管4中逆流的冷却水进行热量交换从而降温冷却，最终被冷却的热料经过从下封头2侧壁上部的热料出口201排出。
70.(2)清理工作时：关闭上封头1侧壁上的热料进口101，并将立式冷却器中的热料通过下封头2侧壁上部的热料出口201排出，然后利用氮气对立式冷却器进行废料排料和置换，废料通过下封头2底部的排料口202排出。然后将上封头1拆开，观察壳体3内部及换热管4的外壁上附着物的粘挂情况，然后用高压水进行冲洗，将壳体3内及换热管4的外壁上的附着物冲洗下来，废液通过下封头2底部的排料口202排往废水池。完成清理工作后，将封头安装复原，即可再次投入使用。
71.实施例2：
72.一种便于清理附着物的立式冷却器，具体工作及清理时的流程如下：
73.(1)正常工作时：换热管中的冷料选用冷却水，使用时，先通过冷料进口夹套501的侧壁上设置的冷料进口511与厂区内的冷却水循环管线连通，冷却水通过壳体3上沿圆周方向均匀分布的管孔304进入换热管4，利用水压使冷料进口夹套501、换热管4和冷料出口夹套502中依次充满冷却水，冷却水最终从冷料出口夹套502上设置的冷料出口521排出。
74.然后，选用冷却水作为过流段夹套503中的冷料，使用时，先将过流段夹套503的下部设置的夹套入口531与厂区内的冷却水循环管线连通，同时由于过流段夹套503与冷料进口夹套501和冷料出口夹套502的连接处无隔流挡板，因此，过流段夹套503的冷料也可以从冷料进口511进入，利用水压使过流段夹套503中充满冷却水，过流段夹套503中的冷却水通过壳体3的外壁与壳体3内的热料进行换热，冷却水最终从过流段夹套503的上部的夹套出口532和/或冷料出口521排出。
75.最后，打开上封头1侧壁上的热料进口101，使得热料进入立式冷却器中，热料向下
依次通过壳体3的冷料出口段303、过流段301和冷料进口段302，与壳体3内固定焊接的多根c型换热管4中逆流的冷却水进行热量交换从而降温冷却，最终被冷却的热料经过从下封头2侧壁上部的热料出口201排出。
76.(2)清理工作时：关闭上封头1侧壁上的热料进口101，并将立式冷却器中的热料通过下封头2侧壁上部的热料出口201排出，然后利用氮气对立式冷却器进行废料排料和置换，废料通过下封头2底部的排料口202排出。然后将上封头1拆开，观察壳体3内部及换热管4的外壁上附着物的粘挂情况，然后用高压水进行冲洗，将壳体3内及换热管4的外壁上的附着物冲洗下来，废液通过下封头2底部的排料口202排往废水池。完成清理工作后，将封头安装复原，即可再次投入使用。
77.当附着物可以溶于酸/碱液时，置换完成后，先向壳体3内通入酸/碱液进行浸泡，然后再排出废液及清除掉的附着物，最后再用高压水进行冲洗，排废液，安装复原。
78.实施例3：
79.一种便于清理附着物的立式冷却器，具体工作及清理时的流程如下：
80.(1)正常工作时：换热管中的冷料选用冷却水，使用时，先通过冷料进口夹套501的侧壁上设置的冷料进口511与厂区内的冷却水循环管线连通，冷却水通过壳体3上沿圆周方向均匀分布的管孔304进入换热管4，利用水压使冷料进口夹套501、换热管4和冷料出口夹套502中依次充满冷却水，冷却水最终从冷料出口夹套502上设置的冷料出口521排出。
81.然后，选用其他可被预热的生产物料作为过流段夹套503中的冷料，使用时，先通过设置在过流段夹套503的下部的夹套入口531与其他可被预热的生产物料的输送管线连通，同时由于过流段夹套503与冷料进口夹套501和冷料出口夹套502的连接处设有隔流挡板533，因此，过流段夹套503与冷料进口夹套501和冷料出口夹套502分隔并形成不同空腔，过流段夹套503内的其他可被预热的生产物料与冷料进口夹套501中的冷却水不会发生混流，利用泵压使过流段夹套503中充满其他可被预热的生产物料，过流段夹套503中的其他可被预热的生产物料通过壳体3的外壁与壳体3内的热料进行换热，最终其他可被预热的生产物料从过流段夹套503的上部的夹套出口532排出。
82.最后，打开上封头1侧壁上的热料进口101，使得热料进入立式冷却器中，热料向下依次通过壳体3的冷料出口段303、过流段301和冷料进口段302，与壳体3内固定焊接的多根c型换热管4中逆流的冷却水进行热量交换从而降温冷却，最终被冷却的热料经过从下封头2侧壁上部的热料出口201排出。
83.(2)清理工作时：关闭上封头1侧壁上的热料进口101，并将立式冷却器中的热料通过下封头2侧壁上部的热料出口201排出，然后利用氮气对立式冷却器进行废料排料和置换，废料通过下封头2底部的排料口202排出。然后将上封头1拆开，观察壳体3内部及换热管4的外壁上附着物的粘挂情况，然后用高压水进行冲洗，将壳体3内及换热管4的外壁上的附着物冲洗下来，废液通过下封头2底部的排料口202排往废水池。完成清理工作后，将封头安装复原，即可再次投入使用。
84.需要说明的是，本领域技术人员在本实用新型的指导下，还能对上述系统做出部分修改设计。例如，系统内部的输送管道上在不同单元或装置、设备间设置有泵、压力传感器、流量计或温度传感器等，同时也设置有不同阀门，如泄压阀、调压阀、安全阀等用于调节和稳定整个系统压力的阀门，也可调节阀门的开度以调节管道内物料流量等。又如，在封头
和壳体的法兰连接处设有密封垫片。
85.最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。