换热装置以及换热系统的制作方法

1.本实用新型涉及换热技术领域，具体地涉及换热装置以及换热系统。


背景技术：

2.换热器(heat exchanger)，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。在换热的过程中，由于换热介质会不可避免的蒸发，因此会在换热管的内壁结垢，从而使得换热器的换热系数明显下降，进而严重影响到换热器的正常工作。
3.为了清洁换热管的内壁所结的垢，会在换热管内加入含有固体颗粒的流体，通过其中随着流体不断流动的固体颗粒可对管程中的污垢进行冲刷，从而不需要外界的额外清洗即可达到自清洁换热管的目的，这样，可以在较长时间内保持较高的换热效率。
4.目前，会直接将固体颗粒通入到换热管内，这样，固体颗粒并不能够均匀的分布于各个换热管内，从而影响了对换热管的清洁效果和清洁效率，由此降低了换热设备的换热效率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的冲刷换热列管的内壁的固体颗粒并不能够均匀分布于各个换热列管内而影响了换热效率的问题，提供换热装置，该换热装置具有分散机构，该分散机构能够使得流体中的固体颗粒均匀分散到相应的换热列管中，从而提高了清洁效果，由此相应的提高了换热效率。
6.为了实现上述目的，本实用新型一方面提供换热装置，所述换热装置包括：
7.壳体，所述壳体内配置有彼此分隔开且彼此相邻的换热腔室和分散腔室，所述壳体设置有与所述分散腔室相连通的主进口和与所述换热腔室相连通的主出口；
8.换热部，所述换热部包括装配于所述换热腔室内的多个换热列管，所述换热列管的两端分别形成为换热进口和换热出口，其中，所述换热进口延伸进入到所述分散腔室内，所述换热出口能够与所述主出口流体连通；以及
9.分散机构，所述分散机构设置于所述分散腔室内，并且所述分散机构设置为能够将由所述主进口排入的流体中的固体颗粒均匀分散到相应的所述换热进口中。
10.上述技术方案，通过设置分散机构，可使得流体中的固体颗粒均匀地分散到各个换热进口中，这样，固体颗粒能够均匀分布于各个换热列管中，从而能够对各个换热列管的内壁进行有效冲刷而将结垢进行有效清洁，由此保证了换热装置在长周期运行下依然能够保持较高的换热效率。
11.优选地，所述分散机构包括设置于所述分散腔室内的搅拌件，所述搅拌件包括搅拌轴以及装配于所述搅拌轴的搅拌部，所述搅拌部包括搅拌叶，所述搅拌轴沿所述壳体的径向延伸，并且所述搅拌轴能够带动所述搅拌叶围绕所述搅拌轴的轴线转动。
12.优选地，所述搅拌轴沿平行于所述壳体的横截面延伸，所述横截面平行于所述壳体的径向。
13.优选地，所述搅拌部包括沿所述搅拌轴的延伸方向排布的多个搅拌叶层，所述搅拌叶层包括所述搅拌叶，在从所述搅拌轴的中部到所述搅拌轴的端部的方向上，所述搅拌部呈渐缩状。
14.优选地，所述搅拌叶层包括多个所述搅拌叶，多个所述搅拌叶沿所述搅拌轴的周向均匀分布。
15.优选地，所述分散机构包括装配于所述分散腔室内的罩体，所述罩体罩设于所述搅拌件，其中：所述罩体的面向所述主进口的第一侧部设置有能够与所述主进口流体连通的罩体进口，所述罩体的面向所述换热进口的第二侧部设置有能够与所述换热进口流体连通的罩体出口。
16.优选地，所述罩体呈球体状；和/或
17.所述第一侧部设置有均匀分布的多个所述罩体进口，所述第二侧部设置有均匀分布的多个所述罩体出口。
18.优选地，所述换热装置包括设置于所述分散腔室内的分散板，所述分散板设置于所述分散机构和所述换热进口之间，所述分散板上设置供含有固体颗粒的流体通过的多个分散孔，所述分散板倾斜设置，在沿重力方向上，所述分散板逐渐靠近所述分散机构。
19.本实用新型第二方面提供换热系统，所述换热系统包括：
20.换热装置，所述换热装置为本实用新型所提供的换热装置；
21.供液槽，所述供液槽具有容纳腔室，所述容纳腔室能够容纳驱动所述固体颗粒流动以形成流体的驱动流体；
22.固体颗粒输送管，所述固体颗粒输送管设置为能够输送固体颗粒；和
23.输送泵，所述输送泵将所述容纳腔室中的驱动流体泵送到所述固体颗粒输送管中。
24.优选地，所述换热系统包括固液分离器，所述固液分离器设置为能够将所述流体中的驱动流体和固体颗粒分离，所述固液分离器设置有分别供所述流体进入所述固液分离器内的分离器进口以及供所述固体颗粒排出的第一分离口和供所述驱动流体排出的第二分离口；其中：所述分离器进口与所述主出口相连通，所述第一分离口与所述固体颗粒输送管相连通，所述第二分离口与所述供液槽相连通。
附图说明
25.图1是本实用新型优选实施方式的换热系统的整体结构示意图，其中设置有本实用新型优选实施方式的换热装置；
26.图2是图1中的换热装置的设置有分散机构的部分的俯视结构示意图；
27.图3是图2所示的结构的透视结构示意图；
28.图4是图2中的分散机构的搅拌件的俯视结构示意图；
29.图5是图4中的搅拌件的搅拌叶的优选结构示意图；
30.图6是图4中的搅拌件的搅拌叶的另一优选结构示意图；
31.图7是图4中的搅拌件的搅拌叶的另一优选结构示意图；
32.图8是图4中的搅拌件的搅拌叶的另一优选结构示意图；
33.图9是图2所示结构中的分散板的主视结构示意图。
34.附图标记说明
35.10-换热装置；12-壳体；120-换热腔室；122-分散腔室；14-分散机构；140-搅拌件；110-搅拌轴；112-搅拌叶；114-驱动电机；142-罩体；144-通孔；16-分散板；160-分散孔；20-换热系统；22-供液槽；24-输送泵；260-固体颗粒输送管；262-导流管；264-引流管；28-固液分离器；29-沉降槽。
具体实施方式
36.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指结合附图和实际应用中所示的方位理解，“内、外”是指部件的轮廓的内、外。
37.本实用新型提供了换热装置，换热装置10包括壳体12、换热部和分散机构14。
38.如图1中所示，壳体12内配置有彼此分隔开且彼此相邻的换热腔室120和分散腔室122，壳体12设置有与分散腔室122相连通的主进口和与换热腔室120相连通的主出口，流体介质可由主进口进入到分散腔室122内，经过换热后由主出口排出。其中，壳体12可沿水平方向延伸。其中，换热腔室120和分散腔室122可由分隔板分隔开来。此外，壳体12的端部呈圆弧状，直径可为600mm-1200mm，分散腔室122的沿壳体12的轴向上的长度可为1000mm-1500mm。
39.换热部包括装配于换热腔室120内的多个换热列管，换热列管可沿壳体12的轴向延伸，也可以认为换热列管可沿壳体12的长度方向延伸，换热列管的两端分别形成为换热进口和换热出口，其中，换热进口延伸进入到分散腔室122内，可以理解的是，换热进口可穿过分隔板进入分散腔室122内，换热出口能够与主出口流体连通，这样，待换热的介质由主进口进入分散腔室122后可进入到换热进口，换热之后由换热出口排出。
40.分散机构14设置于分散腔室122内，并且分散机构14可设置为能够将由主进口排入的流体中的固体颗粒均匀分散到相应的换热进口中。通过设置分散机构14，可使得流体中的固体颗粒均匀地分散到各个换热进口中，这样，固体颗粒能够均匀分布于各个换热列管中，从而能够对各个换热列管的内壁进行有效冲刷而将结垢进行有效清洁，由此保证了换热装置10在长周期运行下依然能够保持较高的换热效率。其中，固体颗粒随着流体的流动可对换热列管的内壁的污垢进行冲刷，固体颗粒可为惰性颗粒，例如，固体颗粒可选自硅酸锆颗粒、钢球和瓷球中的一种或多种；固体颗粒的平均粒径可为1mm-4.5mm。还需要说明的是，驱动流体如原油在换热的同时可带动固体颗粒流动以形成流体而对换热列管的内壁进行冲刷清洁作业。含有固体颗粒的流体在换热列管内的流速可为1.5m/s～3m/s。
41.需要换热的驱动流体可带动固体颗粒流动以形成流体，该流体可由主进口进入到分散腔室122内，在分散机构14的分散作用下，固体颗粒可跟随流体均匀分散到相应的换热进口中，流体在换热列管内流动的过程中，同时进行了换热和冲刷污垢的作业，之后，流体从各个换热出口排出，再由主出口排出。
42.结合图1、图2和图4中所示，分散机构14可包括设置于分散腔室122内的搅拌件140，搅拌件140可包括搅拌轴110以及装配于搅拌轴110的搅拌部，搅拌部包括搅拌叶112，搅拌叶112可装配于搅拌主110，搅拌轴110可沿壳体12的径向延伸，并且搅拌轴110可设置
为能够带动搅拌叶112围绕搅拌轴110的轴线转动，可以明白的是，搅拌轴110的轴线可沿壳体12的径向延伸。搅拌轴110在带动搅拌叶112围绕搅拌轴110的轴线转动的过程中，可使得固体颗粒均匀分散在分散腔室122内，从而使得固体颗粒能够均匀分散到各个换热列管内。其中，搅拌轴110的转速可为20r/min-40r/min。此外，搅拌叶112可呈长条状，搅拌叶112的宽度可为40mm-60mm，长度为50mm-400mm。
43.为了对固体颗粒进行更好的搅动散使得固体颗粒更加均匀的分散，搅拌轴110可沿平行于壳体12的横截面延伸，其中，横截面平行于壳体12的径向。从图1所示的方位看，搅拌轴110可沿水平方向延伸。
44.可设置沿搅拌轴110的延伸方向上排布的多个搅拌叶层，多个搅拌叶层可在沿搅拌轴110的延伸方向上均匀排布，搅拌叶层可包括搅拌叶112，搅拌叶112可构成相应的搅拌叶层，在从搅拌轴110的中部到搅拌轴110的端部的方向上，搅拌部可呈渐缩状，可以理解的是，在从搅拌轴110的中部到搅拌轴110的端部的方向上，搅拌叶112可逐渐变短，由此，搅拌部的中部较宽，而搅拌部的两端相对较窄，这样，搅拌部能够对固体颗粒更好的搅拌，从而使得固体颗粒更加均匀的分散。
45.搅拌叶层可包括多个搅拌叶112，多个搅拌叶112在沿搅拌轴110的周向上可均匀分布，在多个搅拌叶112的搅动作用下，可使得固体颗粒更均匀的分散于分散腔室122内。
46.如图5中所示，搅拌叶层中可设置有一个搅拌叶112；如图6、图7和图8中所示，可在搅拌叶层中设置多个如两个、三个或是四个搅拌叶112。
47.为了使得固体颗粒更加均匀的分散到各个换热列管中，结合图2和图3中所示，可在分散腔室122内装配罩体142，需要说明的是，罩体142可固定设置于分散腔室122内，罩体142可罩设于搅拌件140，罩体142能够保护搅拌件140，其中：罩体142的面向主进口的第一侧部可设置有能够与主进口流体连通的罩体进口，罩体142的面向换热进口的第二侧部可设置有能够与换热进口流体连通的罩体出口，这样，进入分散腔室122内的固体颗粒可先由罩体进口进入到罩体142内，在搅拌体140的搅拌作用下，固体颗粒均匀分散在罩体142内，之后，固体颗粒流经罩体出口并均匀分散到各个换热列管内。其中，罩体142可呈球体状，这样，固体颗粒可更加均匀地分散在罩体142内。此外，罩体进口可与罩体出口的位置相对应，以进一步保证流体的顺畅流通。
48.其中，可在第一侧部设置均匀分布的多个罩体进口，另外，可在第二侧部设置均匀分布的多个罩体出口，这样，可使得流体顺畅流动。
49.此外，可在罩体142的除第一侧部和第二侧部的其余部分设置多个通孔144，多个通孔144可均匀分布，这样，可使得进入分散腔室122内的固体颗粒基本进入到罩体142内进行均匀分散。罩体142的开孔率可为30％-70％，罩体142的厚度可为2mm-4mm。
50.结合图3和图9中所示，可在分散腔室122内设置分散板16，分散板16可设置于分散机构14和换热进口之间，可在分散板16上设置供含有固体颗粒的流体通过的多个分散孔160，分散孔160的孔径可为固体颗粒的平均粒径的3倍-5倍，分散板16可倾斜设置，在沿重力方向上，分散板16逐渐靠近分散机构14，通过将分散板16倾斜设置，可使得固体颗粒在重力方向上均匀分布，由此进一步提高了进入到各个换热列管中的固体颗粒的均一性，分散板16的下端与换热进口的沿壳体12的轴向上的距离即水平距离可为100mm-200mm。其中，多个分散孔160可均匀分布于分散板16。其中，分散板16可为金属件如不锈钢件；分散板16的
开孔率为50％-70％；分散板16的厚度可为5mm-10mm。
51.本实用新型还提供了换热系统，如图1中所示，换热系统20可包括本实用新型所提供的换热装置10、供液槽22、固体颗粒输送管260和输送泵24。其中，供液槽22具有容纳腔室，容纳腔室能够容纳驱动固体颗粒流动以形成流体的驱动流体，驱动流体能够带动固体颗粒流动以形成流体，其中，驱动流体的种类可根据实际需求进行选择，例如可为原油；固体颗粒输送管260可设置为能够输送固体颗粒；输送泵24可将容纳腔室中的驱动流体泵送到固体颗粒输送管260中，这样，驱动流体泵送到固体颗粒输送管260中后可带动固体颗粒流动以形成流体，该流体进入到换热装置10中，固体颗粒均匀分散后，可流动进入到换热列管中，在驱动流体换热的同时固体颗粒还对换热列管的内壁的污垢进行冲刷。
52.可设置固液分离器28，固液分离器28可设置为能够将流体中的驱动流体和固体颗粒分离，固液分离器28可设置有分别供流体进入固液分离器28内的分离器进口以及供固体颗粒排出的第一分离口和供驱动流体排出的第二分离口；其中：分离器进口与主出口相连通，第一分离口与固体颗粒输送管260相连通，第二分离口与供液槽22相连通。这样，由换热装置10的主出口排出的流体进入固液分离器28中进行固液分离，分离得到的驱动流体由导流管262进入到供液槽22中，而分离得到的固体颗粒可由固体颗粒输送管260输送，并在输送泵24所泵送的驱动流体的带动下再次流动进入到主进口内，由此可使得固体颗粒能够在换热系统中进行循环利用。其中，可设置连通固体颗粒输送管260和供液槽22的出液口的引流管264，输送泵24可设置于引流管264以将驱动流体泵送到固体颗粒输送管260。其中，固液分离器28可包括旋流分离器。
53.此外，为了进一步提高分离效果，可在固体颗粒输送管260上设置沉降槽29，由第一分离口排出的流体先进入到沉降槽29中以使得固体颗粒沉降，由此实现了进一步固液分离的目的，最后，沉降得到的固体颗粒由固体颗粒输送管260进行输送并与引流管264中的驱动流体相汇合。
54.下面将结合实施例进一步说明本实用新型的效果。
55.实施例
56.实施例1
57.将图1所示的换热系统应用于原油常减压蒸馏装置的冷凝器。在换热腔室120内设置呈正方形状排列的600根换热列管，每根换热列管的长度为2200mm，管径为φ25
×
2.5mm。壳体12的端部呈圆弧状，直径为800mm，分散腔室122的沿壳体12的轴向的长度为1200mm。固体颗粒采用硅酸锆珠，平均粒径为3.5mm，流体中的固体颗粒的固含量为6％，驱动流体为原油，流体的流速为2.5m/s。罩体142的开孔率为65％，罩体进口、罩体出口的以及通孔144的孔径均为固体颗粒的平均粒径的5倍，罩体142的厚度为3mm。搅拌轴110的直径为70mm，转速为30r/min，搅拌轴110上设置有8层搅拌叶层，每层搅拌叶层中，沿搅拌轴110的周向均匀分布有3个搅拌叶112，搅拌叶112呈长条状，搅拌叶112的宽度为50mm，在从搅拌轴110的中部到搅拌轴110的端部的方向上，搅拌部呈渐缩状，搅拌叶112的最短长度为60mm，搅拌叶的最长长度为200mm。分散板16倾斜设置，在沿重力方向上，分散板16逐渐靠近分散机构14，分散板16的开孔率为60％，分散孔160的孔径为固体颗粒的平均粒径的4倍，分散板16的厚度为6mm，分散板16的上端距离换热进口的水平方向上的距离为60mm，分散板16的下端距离换热进口的水平方向上的距离为120mm。设置有固液分离器28和位于固液分离器28的下游的沉
降槽29。在该条件下，换热系统20连续运行240天后传热系数为原始的传热系数的90％。
58.实施例2-16
59.重复实施1，其中，改变下述参数：固体颗粒类型，固体颗粒的平均粒径，流体中的固体颗粒的固含量；罩体的开孔率，罩体进口、罩体出口的以及通孔的孔径；搅拌轴的直径以及转速，搅拌叶层的层数，每层的搅拌叶数量及搅拌叶的宽度和长度；分散板的开孔率，分散孔的孔径以及分散板的上端距离换热进口的水平方向上的距离(简称上端距离)和分散孔的孔径以及分散板的下端距离换热进口的水平方向上的距离(简称下端距离)。记录各实施例在连续运行240天后其传热系数占原来初始的比例，结果如表1所示。
60.表1
61.[0062][0063]
对比例
[0064]
对比例1
[0065]
重复实施例1，不同之处在于部设置分散机构14和分散板16。该条件下，连续运行210天后传热系数为原来的64％。由此，传热系统大大降低。
[0066]
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。