换热器管外水垢双向循环流态化周期清洗

时间:2016-3-10 8:32:00 来源:本网 添加人:admin

  国家九五重点推广计划项目(编号96050403A)和湖南省教育厅资助项目(编号04C114)的研究成果。

  刘桂英(1964~),副教授;412008湖南省株洲市。

  1前言传热管内污垢在线自动清洗技术比较多,也比较成熟,并且工业应用的综合效益也比较大。但是,立式传热设备管外污垢在线清洗技术的研究者甚少。作者查阅到的中最早的是专利US4300625,属于稳定流态化床,该技术存在一些缺陷:分布筛板的筛孔容易堵塞,无法修理与更换;下管板与分布板之间的管段污垢不能清洗,依然会逐步积累及至阻塞甚至堵塞;多管进水可以提高流态化的周向均匀性,却无法解决径向的均匀性,外层区域流速高,会跑失粒子,靠筛网回收粒子解决;内层流态化不充分、甚至个别区域不流态化,ri会以发早期阻塞的/恶果如专利SU1145236A是周期性用惰性压缩气体;剧烈的稳定床鼓泡快速清洗;但是不循环;更不是双向循环流动。DD284749A所示的技术是上下特殊的网孔件,防止粒子跑失;像相机快门那样的控制元件使每次形成的气囊成为稳定流带动粒子向上流态化流动清洗,无气囊的时段里粒子自然沉降形成两个方面的流态化清洗,也没有解决径向的均性问题。因此,至今尚未见有能够工业应用的立式传热管外污垢在线机械清洗技术。由于管外污垢得不到及时清除,不仅运行效率低,而且垢下腐蚀导致寿命大大缩短。

  为此,本文研究一种换热器管外水垢双向循环流态化周期清洗。

  2双向循环流态化清洗技术方案双向循环流态化周期清洗技术的方案如所示。在管外流体内添加一定数量的可以在设备壳体内循环流动的固体粒子。在壳体底部通入一定压力和流量的空气,经过布气管喷入壳程,大量的气泡不断浮升,使通气区域的两相混合物密度比尚未通气的邻近区域的液体密度小得多。因此,通气区域的气水混合物向上快速流动,其速一起向上流动,形成剧烈的气液固三相混合物的流态化向上运动,对管外壁的污垢产生强烈的冲刷和频繁的撞击,达到快速清洗污垢的目的。三相混合物流动至设备顶部后,气体逸出液面,由排气口排放出去。

  尚未通气的邻近区域的流体快速下流,形成壳体内的循环流动。顶部分离出来液固两相混合物也随之回流到设备底部,继续参与循环清洗。

  3双向循环流态化动力学试验由于气泡的聚合、破碎、液面的逸出分离、气泡体积大小在向上流动过程中随压力变化而改变等等原因,三相流态化流动是一个非稳态过程,管外的壳程流道又很复杂,因此内循环的速度场目前尚无理论计算方法。但是工程设计必须保证通气区域向上流动的速度大于粒子沉降速度,因此设计了所示的模拟试验研究。试验设备由40根32x32200管,管间距为40mm,等边三角形排列,每排10根管。为了便于直接观察三相流态化的循环流动状况并测量流动速度,试验时,设备底部通入由萝茨鼓风机来的空气。气量大小通过阀门调节,流量计测量,由差压计测量清洗气体的压力,管外流动速度场用色水法显示和测量。考虑布气管两侧的管子排列的对称性,只测出布气管一侧三相混合物流动的速度场。清洗气体在液面下2m进入,因为汽泡的体积在向上浮升运动中逐渐变大,故对布气管口上方高度为300mm和1080mm的两个截面分别测量速度场,以便研究不同深度(确切说是静压)对流态化混合物运动速度场的影响。

  4双向循环流态化速度场在试验过程中观察到三相流态化运动十分剧烈,清洗颗粒按预想的内循环流动,能够并且比较快速、高效清洗管外的人工模拟垢。和为不同高度处两个截面向上流动的速度场曲线。从中可以看出:①通入一定压力和流量的气体可以使管外流体向上的流速达到0.4m/s以上,大于清洗粒子的沉降速度0.243m/s,因此三相流态化能够带动清洗粒子实现清洗;上不同位置的流速相差较大,大约在0.3~ 0.6m/s.这样容易造成流态化清洗不均。

  最小的送气压力近似为送气口处纯液体的静液压。例如,送气口为液下2000mm处时,最小的送气压力为19459Pa.当送气压力更低时,由于气体流量太少,达不到三相流态化速度要求。因此清洗气体的供气压力应稍大于壳程液体的静压,加上15%的裕量克服流动阻力。

  对比与的曲线可知,同一位置不同深度截面的气液混合物流速变化不大,因此可以忽略壳体深度对流态化速度的影响。

  6要确保清洗粒子可靠的流态化,就必须有足够的气量来保证流态化混合物向上流动的速度。一根布气管子送气时,其左右两侧邻近的各2排列管范围内的混合物上升流动速度都显著超过粒子沉降速度0. 24m/s,能够确保该范围可靠的三相流态化向上流动清洗。因此,结构设计可以是每4列管安排1根布气管。

  ◎锢洗气量大小与每嬉洗的设备:管潘S大小成正比。壳程单位截面积清洗气体的消耗量V通过试验测得为每平方米60. 6m3/h.由此数据可知,每小时的气体消耗量是很少的。当壳体内径为D(m)、传热管根数为N、传热管外径为d(m),清洗气体消耗量的工程设计计算式为对于大型设备则可采用多区域分组通气清洗,以免采用大气源并减少噪音的污染。例如,直径38mm传热管的大型设备,管外清洗时只需要47.2m3/h的气量。

  为了清洗的均性,也为了减低气源的容量供气能力。可以采用4组布气管,区域间隔送气的办法。5双向循环流态化清洗的粒子及其浓度流态化的前提是粒子的自由沉降速度必须小于气液混合物上升速度。因此,必须依据、所示速度分布曲线确定合理的沉降速度。若粒子的沉降速度选择得太大,则每根送气管能够带动邻近区域流态化的范围就小,清洗需要的耗气量就大。由于结构设计中布气管是布置在管间,而两管间的距离在常规设计时为0.25d,因此需要的送气管数也多,制造费用也高。并且,过大的粒子无法通过传热管间区域,导致清洗失败。若粒子的沉降速度选择得太小,则粒子太细,清洗的速度太慢,也不经济。因此,综合分析比较,选择8~10目的沙子,其自由沉降速度约0.24m/s.流态化粒子选择还需综合考虑材质的硬度、密度及其价格,河沙、瓷球、塑料颗粒等综合比较以河沙较好。固体颗粒的数量也是影响三相流态化清洗效果的一个重要因素,如果太少,清洗太慢;如果太多,三相流态化混合物的密度太大,清洗气体的压力要求高,就需要采用压缩机供气,成本上升不经济。并且有可能发生粒子在管间的局部阻塞淤积,导致清洗失败。根据试验测量粒子总体积占管间体积的

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