劉繼剛 大慶油田設(shè)計(jì)院

小壓降全自動(dòng)在線除垢相變加熱裝置

劉繼剛 大慶油田設(shè)計(jì)院

小壓降全自動(dòng)在線除垢相變加熱裝置的結(jié)構(gòu)具有以下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：建立了管內(nèi)蒸汽自然冷凝、管外介質(zhì)強(qiáng)制對(duì)流的計(jì)算模型，開發(fā)了無動(dòng)力管內(nèi)相變換熱技術(shù)；采用傾斜式換熱器結(jié)構(gòu)，開發(fā)了蒸汽自然循環(huán)、可拆卸滑動(dòng)管板填函式換熱器技術(shù)；采用滾筒或齒條結(jié)構(gòu)，開發(fā)了側(cè)向動(dòng)力傳動(dòng)、無接觸控制、毛刷水平往復(fù)除垢技術(shù)。該裝置中被加熱介質(zhì)不與火焰直接接觸，減少了煙火管鼓包、穿孔的可能性，延長了加熱爐的使用壽命。與普通二合一加熱爐相比，每臺(tái)加熱爐每年節(jié)省費(fèi)用8.4萬元。

除垢相變加熱裝置；傾斜式換熱器；除垢；投資成本

1 工作原理

小壓降全自動(dòng)在線除垢相變加熱裝置主要由正壓相變加熱爐和自動(dòng)除垢換熱器兩個(gè)部分構(gòu)成。

正壓相變加熱爐是以天然氣為燃料，將爐內(nèi)軟化水沸騰汽化，蒸汽通過連接管道進(jìn)入自動(dòng)除垢換熱器的管程內(nèi)，與殼程內(nèi)被加熱介質(zhì)進(jìn)行相變換熱，冷凝水經(jīng)傾斜的換熱管靠重力流入換熱器管箱，再由連接管道進(jìn)入正壓相變加熱爐的殼體內(nèi)，往復(fù)循環(huán)換熱。

自動(dòng)除垢換熱器由滑動(dòng)管板式填料函換熱器、除垢機(jī)構(gòu)、中間傳動(dòng)總成和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)四個(gè)部分組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過中間傳動(dòng)總成帶動(dòng)除垢機(jī)構(gòu)，沿著換熱管束外壁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，去除換熱管外的污垢。除垢機(jī)構(gòu)刮下的垢質(zhì)，部分隨被加熱介質(zhì)排出，部分沉積到換熱器底部由排污管排出。被加熱介質(zhì)在殼程內(nèi)流動(dòng)，壓降較小。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由PLC控制，間歇工作，正、反向運(yùn)行，還可自由設(shè)定清垢周期。

2 結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

經(jīng)過近幾年的持續(xù)攻關(guān)，開發(fā)出了小壓降全自動(dòng)在線除垢相變加熱裝置，并形成了配套的現(xiàn)場施工工藝，解決了加熱爐因加熱較差介質(zhì)，造成煙火管外結(jié)垢、結(jié)焦，導(dǎo)致加熱爐煙火管鼓包變形、穿孔和爐效降低的問題，保證了加熱爐的高效運(yùn)行。該結(jié)構(gòu)具有以下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）建立了管內(nèi)蒸汽自然冷凝、管外介質(zhì)強(qiáng)制對(duì)流的計(jì)算模型，開發(fā)了無動(dòng)力管內(nèi)相變換熱技術(shù)。目前油田上常用的換熱器管程和殼程中的介質(zhì)流動(dòng)時(shí)均靠動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，且管程內(nèi)的介質(zhì)冷凝時(shí)均為單向流傳熱（液相或氣相）。蒸汽在管程內(nèi)流動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，沒有參考數(shù)據(jù)。根據(jù)相關(guān)換熱理論，進(jìn)行室內(nèi)實(shí)物模擬試驗(yàn)，并對(duì)部分換熱參數(shù)進(jìn)行修正，最終開發(fā)出了無動(dòng)力管內(nèi)相變換熱軟件。

（2）采用傾斜式換熱器結(jié)構(gòu)，開發(fā)了蒸汽自然循環(huán)、可拆卸滑動(dòng)管板填料函式換熱器技術(shù)。滑動(dòng)管板式填料函換熱器中的換熱管束可以抽出，不需現(xiàn)場動(dòng)火，也不會(huì)破壞換熱體的防腐和保溫層結(jié)構(gòu)，具有維修費(fèi)用低，停產(chǎn)時(shí)間短的特點(diǎn)。為了建立蒸汽在管內(nèi)的自然循環(huán)，對(duì)換熱器的傾斜角度進(jìn)行了模擬計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在工廠通過大量試驗(yàn)，確定將換熱器設(shè)置成傾斜角度安裝。當(dāng)換熱器設(shè)置成一定的傾斜角度后，也大大提高了被加熱介質(zhì)與蒸汽的冷凝換熱效率。

（3）采用滾筒或齒條結(jié)構(gòu)，開發(fā)了側(cè)向動(dòng)力傳動(dòng)、無接觸控制、毛刷水平往復(fù)除垢技術(shù)。除垢機(jī)構(gòu)主要靠外力除垢，換熱管之間穿插著多排除垢毛刷，多排除垢毛刷通過刮板環(huán)、定距管組合成一個(gè)整體，由纏繞在卷筒上的鋼絲繩拉動(dòng)除垢機(jī)構(gòu)間歇地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，去除換熱管外的污垢。采用該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可將驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的垂直于換熱器殼體的推動(dòng)力轉(zhuǎn)換成除垢機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所需的水平力，方便了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝，降低了整套裝置的投資成本。

3 結(jié)論

小壓降全自動(dòng)在線除垢相變加熱裝置從根本上解決了火筒式加熱爐煙火管鼓包、穿孔和燒壞的問題，保證了加熱爐的高效運(yùn)行。該裝置中被加熱介質(zhì)不與火焰直接接觸，減少了煙火管鼓包、穿孔的可能性，延長了加熱爐的使用壽命。與普通二合一加熱爐相比，每臺(tái)加熱爐每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用8.4萬元。

（欄目主持 樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.4.066