專利名稱：熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種設計成殼體狀的熱交換器，該殼體具有一個或多個使加熱或冷卻介質(zhì)流過的螺旋插件，并且還涉及一種在運行期間使熱交換表面保持清潔的裝置。
當介質(zhì)流過在通道壁上非常容易沉積一層覆蓋層的熱交換器時，該熱交換器應能保持良好的熱交換性能。在下文中稱這種介質(zhì)為“一次介質(zhì)”或“工藝介質(zhì)”。一次介質(zhì)可以是一種從工藝過程中形成的含固體顆粒的氣體、帶煙灰的廢氣或一種液體形式的產(chǎn)品流。在傳熱壁的另一側(cè)流動著稱為“二次介質(zhì)”或“輔助介質(zhì)”的第二種介質(zhì)，這種介質(zhì)用于冷卻或加熱一次介質(zhì)。二次介質(zhì)可以是氣體或液體。
螺旋插件具有允許二次介質(zhì)流動的內(nèi)通道。插件的橫截面可以為一個或多個相互靠近的矩形管狀或幾個相互靠近的圓管狀，在下文中為簡化起見稱之為“短管”(tube spool)。
圓柱形殼體的一端有一個一次介質(zhì)入口，一次介質(zhì)通過一個或多個插件內(nèi)的盤道流到另一端的出口。二次介質(zhì)可以按工藝所需采用最適當?shù)捻樍骰蚰媪鞣绞搅鲃印?br> 本發(fā)明包括一個裝有一根中心管的熱交換器，該中心管沿殼體的中心軸延伸。中心管可沿軸向移動和以軸為中心轉(zhuǎn)動。在中心管上安裝有一個用于去除在輸送一次介質(zhì)的通道壁上的沉積物的裝置。
固體顆粒經(jīng)常會沉積在熱交換器的換熱表面上，這些顆粒粘附到表面上并沉積成一層覆蓋層，這種覆蓋層會減小熱交換的效果。熱交換器的性能在很大程度上取決于它是否有清潔的表面。事實表明，即使是很薄的顆粒層或很薄的沉積覆蓋層都會大大降低熱交換器的性能。如果形成較厚的覆蓋層還會使通道口變窄，因而增大了流動阻力并阻礙介質(zhì)流動。
一次介質(zhì)的溫度有時過高使覆蓋層在較短時間之后變硬，因此必須采用有效的方式保持冷卻表面清潔，同時又不會增加污染產(chǎn)品流的雜質(zhì)。
熱交換器常遇到的問題是要去除這些沉積物必須采用較復雜的工藝。現(xiàn)在已有許多種清潔裝置的不同設計及多種用于去除管、板、殼體和外殼上的內(nèi)部污物的方法。
常用的清洗熱交換器的方法，是用一種可添加有關污物的溶劑的液體清洗管子和殼體。另一種方法是拆除整個熱交換器，然后通過用機械方式?jīng)_洗和刷洗來清潔整個管束和殼體。然而，這兩種方法都需要將熱交換器從工藝流程中分離出來，這常常是既費錢又費力的過程。
在WO 88/01362中公開了一種具有多個螺旋短管的熱交換器，其中短管由多根互相靠近的平行管組成。在每端都有一個分配頭的短管安裝在一根軸向中心管上，這樣，可將整個管束連同分配頭一起從殼體中撤出。因此十分便于拆除，從而減少了清洗時間。然而，這種熱交換器不是自清潔式的或裝有清潔設備。
在NO 45071中公開了一種裝有固定安裝的刮磨裝置的旋轉(zhuǎn)式熱交換器。這種刮磨裝置位于輸送廢氣的通道內(nèi)并可刮除冷卻表面上的煙垢。然而，這種刮磨裝置覆蓋了整個通道橫截面，因此必須在該裝置的兩側(cè)引送廢氣。
本發(fā)明的目的是提供一種熱交換器，它能實現(xiàn)自清洗或不用外部清洗設備，因此可在運行過程中清洗熱交換器。
實現(xiàn)本發(fā)明目的熱交換器具有一根裝有刮磨部件的中心管，其特征在于權(quán)利要求中所表述的特征。
在一個實施例中，上述熱交換器由兩種短管組成，其中一種短管固定地安裝在殼體上，而另一種短管安裝在一根可移動的中心管上。通過沿軸向移動兩種短管，使它們互相接觸，然后讓它們互相旋刮，這樣可以刮或磨去沉積在冷卻表面上的沉積物?？蓜拥亩坦苁菬峤粨Q器的一部分，因此就不需要增設去除沉積物的部件，這是本發(fā)明的一個優(yōu)點。
在本發(fā)明的另一個實施例中，安裝在中心管上的其中一種螺旋短管由一些刮磨部件取代。這些部件最好是能朝固定安裝的短管運動的臂狀部件，它能刮凈冷卻表面上的沉積物。該刮磨臂可大大窄于通道，這樣它就不會阻礙一次介質(zhì)的流動。此外，刮磨臂的兩個表面上的任何沉積物總是能被刮凈，因而可確保不會使其高度增加，這是本發(fā)明的另一個優(yōu)點。
下面將參照表示熱交換器一個實施例的附圖來描述本發(fā)明，這些附圖只說明本發(fā)明的原理。


圖1是一個具有固定安裝的螺旋插件和安裝在一根可動中心管上的螺旋插件的熱交換器的縱剖圖；圖2是一個具有固定安裝的螺旋插件并具有安裝在可動中心管上的臂形的刮磨部件的熱交換器的縱剖圖。
在圖中，相同的部件具有相同的附圖標記。
在圖1中，熱交換器用標號1表示。熱交換器1由具有內(nèi)壁3的殼體2組成。殼體2還具有外壁4，從而構(gòu)成了通道5。通道5具有一個介質(zhì)入口6和一個介質(zhì)出口7。二次介質(zhì)可通過通道5、殼體2的內(nèi)壁3來進行熱交換。殼體2具有一個法蘭8，這樣殼體可裝在工藝設備例如反應腔的出口上。
短管9式的螺旋插件安裝在內(nèi)壁3上。短管9的寬度(即沿徑向的長度)最好大于高度(即沿軸向的長度)。短管9的橫截面可以是矩形、梯形或三角形。短管9內(nèi)的各盤道之間的距離相當于螺距，并且可根據(jù)熱交換等的需要選擇盤道的數(shù)量。
短管9一般用板制成，壁是換熱表面。在某些情況下，例如在利用工藝中產(chǎn)生的廢熱生產(chǎn)水蒸汽時需要高壓的二次介質(zhì)。在這種情況下，螺旋短管9可由幾根互相靠近的管組成，或者借助于一些焊合撐條來加固短管9。二次介質(zhì)流過有一個入口11和一個出口12的短管9內(nèi)的通道10。
熱交換器裝有一根沿殼體2的中心軸線延伸的中心管13。中心管13可沿軸向移動并可轉(zhuǎn)動。中心管13穿過殼體2，穿過處按傳統(tǒng)方式用填料函14密封起來。
在中心管13上安裝一個短管15形式的螺旋插件，短管15內(nèi)的盤道之間的距離和短管9的盤道之間的距離相同。因此，短管15可放入殼體內(nèi)的固定安裝的螺旋短管9之間。
二次介質(zhì)流過短管15內(nèi)的通道16。短管15的橫截面可以是矩形、梯形或三角形，并可由一些互相靠近的管組成。中心管13有一根內(nèi)管17，從而構(gòu)成向短管15輸送和分配二次介質(zhì)并從短管15輸送出二次介質(zhì)的通道。中心管13上有一個二次介質(zhì)的入口18和一個出口19。
短管9和15及殼體2都用于進行熱交換，二次介質(zhì)流經(jīng)通道10和16并流經(jīng)殼體2內(nèi)的通道5。
在相互隔開一定距離的短管9和15之間形成螺旋通道20，一次介質(zhì)流經(jīng)該通道。通過安裝幾個平行的短管9和15使一次流分成幾個平行流。
一次介質(zhì)從入口21經(jīng)螺旋通道20流到出口22，螺旋通道20由兩種短管9和15的壁、殼體2的內(nèi)壁3和中心管13限定而成。
短管9和15的寬度應能使短管在中心管13和殼體2的內(nèi)壁3之間延伸并具有一定間隙。
熱交換器內(nèi)的構(gòu)成部件可用不同的材料制成，這取決于所使用的一次介質(zhì)和二次介質(zhì)的工作溫度。
此外，一次介質(zhì)和二次介質(zhì)的流動方向可根據(jù)熱交換當時的需要來選擇，而且可采用已知的方式來實現(xiàn)順流或逆流熱交換。
圖2表示出一個實施例，其中刮磨臂安裝在中心管上。其它方面該熱交換器設計成如圖1所示的熱交換器的形式，與圖1相同的部件使用相同的標號。
該熱交換器裝有一個短管9形式的螺旋插件。在短管9內(nèi)的盤道之間形成螺旋通道20，一次介質(zhì)從入口21通過該通道流到出口22。二次介質(zhì)從入口11通過通道10流到出口12。
在可沿軸向移動和轉(zhuǎn)動的中心管13上安裝了刮磨臂23形式的刮磨部件。最好在短管9的每個盤道中安裝兩個刮磨臂23，并且使刮磨臂23相對地放置。刮磨臂23的數(shù)量可以增加，這樣可相應地減小所需的旋轉(zhuǎn)角的大小。
刮磨臂23最好設計成圓柱形，其沿徑向延伸的長度大于沿軸向延伸的直徑。刮磨臂的適宜長度應使它從中心管13向殼體2的內(nèi)壁3延伸并與內(nèi)壁3之間有一定的間隙。這樣，刮磨臂23就可以清潔殼體2的內(nèi)壁3。刮磨臂23要比通道20的寬度窄得多，這樣可確保一次介質(zhì)在通道20內(nèi)的流動不受阻礙。通道20內(nèi)刮磨臂23的數(shù)量也應減到最少，以確保一次介質(zhì)的流動所受到的阻礙在盡可能最小的范圍內(nèi)。
如果需要，還可冷卻中心管13和刮磨臂23。在這種情況下，刮磨臂內(nèi)裝有一根內(nèi)管24，以形成冷卻介質(zhì)通道。管24安裝在中心管13的內(nèi)管17上。因而在中心管13內(nèi)形成將冷卻介質(zhì)輸送和分配到刮磨臂23的通道。作為二次介質(zhì)的冷卻介質(zhì)從入口18流入，從中心管13內(nèi)的出口19流出。
該裝置按如下方式工作，下面將描述清洗循環(huán)的一個實例。當然也可采用其它操作過程。通過使具有短管15的中心管13沿軸向例如朝入口21的方向運動直到短管15的壁與短管9的壁接觸時為止，或它們之間具有一定距離或直到它們的沉積物互相接觸時為止，可清洗具有沉積物的熱交換表面。冷卻表面最好是互相靠近但互相不直接接觸。這樣可避免表面磨損，這種磨損會帶來不利的影響。此外，這種方式可避免從熱交換表面上刮下的物質(zhì)污染一次介質(zhì)。
中心管13以例如順時針方向旋轉(zhuǎn)半圈，同時短管9和15的壁互相保持同樣的距離。從而使可動短管15沿固定短管9轉(zhuǎn)動并將整個通道開口內(nèi)的壁表面上的沉積物刮掉或磨掉。
清除過程的下一個步驟是使中心管13沿軸向朝填料函14的方向運動，直到短管9和15的壁互相接觸時為止。然后，中心管13沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)半圈，使表面上的沉積物被刮掉或磨掉。
最后，中心管13運動，使短管15處于中間位置。
為了通過使被刮的插件互相緊靠而覆蓋兩個插件端部的兩側(cè)，它們必須相對地至少旋轉(zhuǎn)一圈。在表面互相覆蓋的地方，即表面在相互轉(zhuǎn)動并互相接觸的地方，刮磨運動可以是短暫的，以便使沉積物脫落。如果需要的話，可減少旋轉(zhuǎn)運動，但這會使插件一部分端表面上的清除效果降低。
當刮磨臂23安裝在中心管13上時，清除操作過程可按相同的步驟進行。但是每一過程都使中心管13轉(zhuǎn)動一圈或一圈以上，這取決于安裝在中心管13上的刮磨臂23的數(shù)量。利用這種清除操作過程，可刮磨在通道20內(nèi)、短管9和15的兩壁、殼體2的內(nèi)壁3和中心管13的外表面等所有冷卻表面。這是本發(fā)明的優(yōu)點之一。
此外，短管15或刮磨臂23清除圓柱形內(nèi)壁3時，能清除到螺旋通道20的入口上方的一定距離。清除表面的長度由中心管13的設計和中心管的軸向運動來決定。刮磨臂23可安裝在短管9的外側(cè)。
在反應器，鍋爐或類似裝置的出口處流通截面常常在一定程度上變窄，這樣會造成顆粒的大量堆積或沉積。將熱交換器放在反應腔或鍋爐間的下面使短管15或一個或多個刮磨臂23提升或轉(zhuǎn)動，從而使熱交換器上方的松散物質(zhì)落下并隨產(chǎn)品流排出系統(tǒng)。
對通道20的橫截面進行選擇，以使一次介質(zhì)的流速足以使刮落的沉淀物流出熱交換器。此外，通過正確地選擇與重力有關的刮磨方向可有助于刮磨臂23將從熱交換器中數(shù)次刮出的沉積物輸送出熱交換器。
熱交換器內(nèi)的換熱表面最好是光滑表面。為了提高清除效果，可在清除階段在互相接觸的一個或兩個表面上設置刷子、粗糙或粒狀表面、具有某種圖案的凹槽或脊、或帶刮刀、刮磨刃或切削刃。這些在附圖中未示出。
在一個實施例中，可將表面做成不平坦的形狀，例如波紋形。當表面之間互相摩擦時，沉積物將受到變化的壓力并且很容易被弄碎。
在另一個實施例中，表面可以設有凹槽，例如具有圖案的槽溝，如相對于徑向傾斜的凹槽。當表面相對旋轉(zhuǎn)時，沉積物將橫向運動并被推出槽溝圖案之外。
中心管13可連接到一個電動的，例如液壓操作的裝置上，從而使中心管沿軸向進行清潔過程所需的往復運動和旋轉(zhuǎn)運動。
清潔過程可連續(xù)進行或間斷進行，清潔速率可通過一種介質(zhì)的入口和出口之間的溫差來控制，或當入口溫度和流量恒定時通過出口溫度來控制。
溫度傳感器25，例如熱敏元件可放置在入口21和出口22處。兩個測量點之間的一次介質(zhì)溫差的下降表明了由于形成了沉積物而使熱交換降低，因而可開始清潔過程或提高介質(zhì)流量。
本發(fā)明的熱交換器可在工作過程中進行清潔。不必為了清洗熱交換器而停止工藝過程，也不必為了清潔而拆除熱交換器從而停止工藝過程。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，它具有一個殼體(2)和一種固定安裝的形成換熱介質(zhì)通道(20)的螺旋插件(9)，其中插件(9)具有一條或多條第二種換熱介質(zhì)的通道(10)，其中裝有刮磨裝置的中心管(13)沿殼體(2)的中心軸線設置，其特征在于裝有刮磨裝置(15，23)的中心管(13)可沿軸向移動和轉(zhuǎn)動。
2.按照權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于刮磨裝置由與固定安裝的螺旋插件(9)相同類型的螺旋插件(15)組成，第二種熱交換介質(zhì)通過中心管(13)在螺旋插件(15)內(nèi)的通道(16)中流動。
3.按照權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于刮磨裝置被設計成最好是管狀的、長度大于直徑的一個或多個刮磨臂(23)。
4.按照權(quán)利要求3的熱交換器，其特征在于刮磨臂(23)裝有一個內(nèi)管(24)，從而形成一條第二換熱介質(zhì)流動的通道。
5.按照權(quán)利要求1、3和4的熱交換器，其特征在于在螺旋插件(9)的盤道內(nèi)設有一個刮磨臂(23)或多個圍繞中心管(23)對稱布置的刮磨臂(23)。
6.按照權(quán)利要求1-5中的任何一項的熱交換器，其特征在于設計成螺旋插件(15)或刮磨臂(23)的刮磨裝置的一個或多個表面上裝有連接在表面上的刷子、刮刀、刮磨刃或切削刃，或?qū)⑸鲜霰砻嬖O計成粗糙的或有顆粒的，或在表面上設有凹槽或脊，上述凹槽或脊最好形成特定的圖案。
7.按照權(quán)利要求1-6中的任何一項的熱交換器，其特征在于當刮磨裝置是螺旋插件(15)的形式時，在固定安裝的插件(9)的一個或多個表面上可設置連接在表面上的刷子、刮刀、刮磨刃或切削刃，或在表面設有凹槽或脊，上述凹槽或脊最好形成特定的圖案。
全文摘要
一種具有固定安裝在殼體(2)內(nèi)的螺旋插件(9)的熱交換器，在插件(9)內(nèi)的盤道之間形成一種換熱介質(zhì)的螺旋通道(20)。插件(9)具有第二種換熱介質(zhì)的通道(10)。熱交換器具有可沿軸向移動和轉(zhuǎn)動的中心管(13)。中心管(13)裝有用于去除通道(20)內(nèi)的沉積物的刮磨部件。在一個實施例中，刮磨部件由與插件(9)相同的螺旋插件(15)構(gòu)成。插件(15)具有第二種換熱介質(zhì)的通道(16)。在另一個實施例中，中心管(13)設有一個或多個可用液體冷卻的刮磨臂(23)。沉積物常形成在換熱表面上。通過使安裝在中心管(13)上的插件(15)朝固定安裝的插件(9)軸向運動讓熱交換表面互相接觸，然后，在上述表面彼此緊靠或接觸時，進行旋轉(zhuǎn)運動，例如不滿一圈的轉(zhuǎn)動，將沉積在兩個表面上的沉積物磨掉或刮掉，從而清潔了通道(20)。
文檔編號F28G3/10GK1148429SQ95192990
公開日1997年4月23日 申請日期1995年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月9日
發(fā)明者N·I·韋肯, J·蘭戈, N·邁克布斯特, S·萊納姆 申請人:克瓦納爾工程有限公司