在线机械清洗方法—螺旋弹簧振动清洗换热器

在线机械清洗方法—螺旋弹簧振动清洗换热器

螺旋弹簧振动法在换热器管内装设螺旋形弹簧所示)，弹簧借流体动力在管内振动运动，达到管壁除垢的目的。

螺旋弹簧振动法的防垢机理

①在恒热流率条件下，插人物的采用，在提高管内传热膜系数的同时，降低了管壁面的温度，降低了污垢生成的速率，减少了污垢热阻。

②由于弹簧组件同壁面连续接触产生机械撞击，使壁面污垢剥落，因而减少了污垢。另外，通过对移动弹簧插人物防垢和强化传热的机理分析，指出弹簧在线防垢和强化传热过程中，流体的流速存在最低限流速，高于此流速，弹簧受流体冲刷振动，使污垢形成过程始终维持在诱导期内，这样传热膜系数不会下降，而且有所提高。低于此流速，则不利于强化传热和防垢。

螺旋弹簧振动法的结构形式及应用

根据弹簧的安装方式不同，又分为三种结构:固定式弹簧在线清洗、旋转式弹簧在线清洗和分段式弹簧在线清洗。

①固定式弹簧在线清洗

该项技术是由长岭炼油化工厂设备研究所开发成功的。该清洗系统主要是将弹簧的两端绕紧于细杆上，并固定于换热器管板上，结构简单，安装方便。

研究表明，在某弹簧参数下，能引起弹簧产生显著振动而产生除垢作用的流速为0.5~0. 7m/s。但是，并非弹簧振动越强就越好，因为振动过于剧烈，压力降较高，对管壁和弹簧本身的磨损太大，影响其使用寿命。在选取流速及弹簧参数时，还必须考虑到过高流速会引起弹簧的不均匀性变形问题。一般靠流体人口端的上游段弹簧被拉伸，而另一端下游段弹簧受压缩。弹簧丝直径太小时，拉伸端易产生疲劳断裂。因此在确定弹簧参数(主要是丝径)时，以不引起受拉伸端和受压缩端弹簧螺距差异过大为限。

该系统适用于管内为过度流动或湍流流动的工况，并且一般要求流速不低于0.5m/s (最好0.7~1.5m/s)，以保证具有较高的除垢效率。工业试验时，在相同的工艺条件下，对装有弹簧的换热器和未装弹簧的光管换热器进行了比较，在Re= 5300~5800，流速0. 85~0. 93m/s的试验条件下，除垢效率达70%左右。管程压力降增加到光管时的1.5~2.3倍，且总传热系数比光管提高38%左右。由于传热效率的提高和传热面积的节省，可使整个设备的投资费用节省30%左右。

②旋转式弹簧在线清洗

在该系统中，弹簧两端采用活动方法支承。在流体作用下，弹簧除了产生径向和轴向振动外，还会产生较好的擦洗作用。这种结构的优点是在较高的流速下，弹簧因能整体转动可擦洗传热面而具有较高的除垢效率。缺点是弹簧两端的支承较复杂，并存在磨损问题，安装不如固定式弹簧容易。

对于实验室中的较短的玻璃管试件，弹簧较易产生转动，但对壁面不十分光滑且较长的工业换热器管子，欲使弹簧产生连续转动，就需要流体对其施加足够大的作用力，-般要求流速在0.6m/s以上。流速增大，除垢效率提高，在相同的流速和弹簧参数下，管程传热膜系数的增长幅度比固定式弹簧略低些，流动阻力也要相应小些。在湍流条件下，管程传热膜系数比光管提高10%以上。

③分段式弹簧在线清洗

这种结构的主要特点是采用分段弹簧元件，端部两段弹簧的安装与固定式清洗系统相同，其他若干段弹簧则不加固定，各段之间相互发生弹性碰撞，弹簧很容易产生显著的径、轴向振动，沿轴向还会产生穿梭式的运动。同时，各小段弹簧本身也较易发生转动(固定于端部的两段弹簧除外)。因此，在较低的流速下就能达到较好的清洗效果。据资料介绍，这种弹簧清洗系统适用于流速为0. 3m/s的工况，选用较粗丝径的弹簧，也能用于更高流速工况，除垢效率一般可达80%左右，换热器的总传热系数可提高20%以上。这种结构的最大优点是在较低的流速条件下就能获得较好的除垢效果，同时便于控制管程压力降。因此在涉及高黏度，较脏和易结垢物料的换热器中应优先考虑这种在线清洗技术。

据称，采用螺旋形弹簧除垢时的最高温度为300°C，使用寿命约为3年。

这种方法已在法国许多炼油厂使用。例如，瓦郎西斯安炼油厂常压蒸馏装置原油预热系统使用该方法8个月后，平均每月节油62. 5t。