具有改进的防污性能的壳管式换热器制造技术

一种壳管式换热器(1)，包括壳体(2)，其具有附连至壳体(2)的第一端(4)的进口端帽(3)，其中出口端帽(5)附连至壳体(2)的第二端(6)，管束(7)容纳在壳体(2)内，所述管束(7)包括多个平行间隔的管(8)，其从管束的第一端到第二端横贯壳体(2)的内部，其中多个挡板(11)设置在壳体(2)内，从而支撑管束(7)的平行间隔的管(8)。壳管式换热器的至少一部分具有包括硅氧化物SiOx的涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的防污性能的壳管式换热器
本专利技术大体上涉及壳管式换热器（shell and tube heat exchanger)，其允许不同 温度的两种流体之间的传热用于各种目的。特别地，本专利技术涉及壳管式换热器，其被涂覆用 于改进防污性能，并且在一些实施例中具有预定的结构特性，用于确保在使用时涂层保持 在壳管式换热器上。
技术介绍
在许多工业过程中传热设备的污染是个问题。为了使设备的日常工作中能保持令 人满意的性能，对其清洁以移除在传热表面上的沉积物的累积是必要的。沉积物例如从设 备中的流体、微生物生长和/或垃圾产生。 壳管式换热器可随着时间受到污染，其导致减弱的传热和增加的压降，并因此导 致换热器的整体降低的性能。取决于例如使用的流体，换热器可能受到严重污染并难于清 洁，因此为了恢复换热器的性能，在经过一个相当时期需要强烈的洗涤剂和/或强力的机 械清洁。清洁既消耗时间又成本高。另外，在所述清洁期间，壳管式换热器所关联的过程可 能必须关闭。 壳管式换热器由具有高表面自由能的金属制成，这导致大多数流体容易浸润表 面。 另外，当制造换热器表面时，金属的成型操作增加了表面粗糙度，这通常与污染沉 积物的较快的累积相关。 GB2428604公开了在壳管式换热器上提供涂层以减少污染。 US20080073063公开了一种壳管式换热器，其涂有低表面能材料，以减少污染。 为了保证换热器操作更长的时间，需要寻找新的途径以确保换热器及其表面的较 少污染。同时，缩短涉及壳管式换热器的过程的关闭时间是所需的。 目前已知的防污涂层所面临的问题是，在使用磨蚀的换热介质的应用中涂层的差 的耐磨性，该磨蚀的换热介质例如沙子或其他颗粒材料，其同换热流体一起进入壳管式换 热器。此外，由于在高压下的应用中作用于壳管式换热器的扭矩和张力，可能发生涂层裂 缝。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供用于壳管式换热器的改进表面，当在壳管式换热器中使 用时，其使表面的污染减少。另一个目的是使壳管式换热器的表面具有防污性能，其在磨蚀 环境下耐磨，并具有抵抗裂纹形成的高耐磨性。 这个目的通过如下的壳管式换热器实现，其包括壳体，具有附连至壳体的第一端 的进口端帽，其中出口端帽附连至壳体的第二端，管束容纳在壳体内，所述管束包括多个平 行间隔的管，其从管束的第一端到第二端横贯壳体的内部，其中多个挡板设置在壳体内，从 而支撑管束的平行间隔的管。壳管式换热器具有包括硅氧化物SiO x的涂层，其具有0/Si > 1的原子比，碳含量> 10原子％，以及大约1-30 μ m的涂层厚度，该涂层由溶胶-凝胶 (sol-gel)法制成，并且施加至壳管式换热器表面的至少一部分。 根据本专利技术的另一方面，壳管式换热器上的所述涂层的层厚为5-30 μ m，优选地 2-20 μ m。 根据本专利技术的再一方面，包括硅氧化物SiOx的涂层具有0/Si > 1. 5-3,优选地0/ Si彡2-2. 5的原子比。 根据本专利技术的又一方面，成分具有碳含量彡20-60原子％，优选地彡30-40原 子!％。 该壳管式换热器的优点在于，显著地减少表面的污染。通过将包括具有有机硅化 合物的溶胶-凝胶材料的涂层成分施加至壳管式换热器表面，表面自由能和粗糙度都降低 了，从而导致壳管式换热器表面的污染减少和便利清洁。而且，本专利技术的涂覆有溶胶-凝胶 的壳管式换热器表面展示了优越的耐磨性，并具有柔性，其减少了在涂层中产生裂缝的风 险。此外，通过根据本专利技术的壳管式换热器，能够减小换热器的整体尺寸，并保持壳管式换 热器的传热能力。 【附图说明】 本专利技术的进一步的目的、特征和优点将参照所附的示意图由本专利技术的不同实施例 的以下详细描述而显现，其中 图1是根据本专利技术的壳管式换热器的示意图； 图2是根据本专利技术的具有防污涂层的壳管式换热器的表面的示意截面图。 【具体实施方式】 图1是根据本专利技术的优选实施例设置的壳管式换热器1的侧视图。壳管式换热器 1包括壳体2,其具有附连至壳体2的第一端4的进口端帽3。出口端帽5附连至壳体2的 弟一栖6。 壳体2的被剖开的部分揭露了容纳于壳体2内的管束7。管束7包括多个平行间 隔的管8,其从管束的第一端到第二端横贯壳体2的内部。多个挡板11设置在壳体2内并 支撑管束7的平行间隔的管8。 在操作中，第一换热流体，例如烟气或携带废热的热介质等，通过进口被引入壳体 2。第一换热流体通过由挡板形成的路径横贯壳体2,并通过出口离开壳体2。待在换热器1 内被加热的第二换热流体通过进口进入进口端帽3。第二换热流体进入管束7并通过平行 间隔的管8,同时被通过换热器1的壳侧的第一换热流体加热。第二换热流体最终从管束7 流到出口端帽5,并通过出口管离开换热器1。 根据本专利技术使用的涂层可被称为不粘涂层，其使得易于清洁污染的壳管式换热器 的表面。根据本专利技术的涂层表面相比于传统的壳管式换热器表面随着时间展示了较好的传 热，因为后者受到污染更快，因而更大程度地降低了传热性能。表面的涂层还导致更加平坦 的表面，从而导致更好的流动特性。相比于传统壳管式换热器，压降对于根据本专利技术的壳管 式换热器也随着时间降低，因为杂质、微生物和其他物质的累积不明显。 根据本专利技术的被涂覆的壳管式换热器易于清洁，只需使用水进行高压清洗。对于 根据本专利技术的表面，不需要大量耗时的机械清洁或使用强酸、碱或洗涤剂例如NaOH和ΗΝ03 进行清洁。 根据本专利技术，壳管式换热器的表面使用溶胶-凝胶法涂覆有包括有机硅化合物的 成分。有机硅化合物是在溶胶-凝胶法中使用的原材料，并优选地为硅烷氧基化合物。在 溶胶-凝胶法中，溶胶被转化为凝胶以生产纳米材料。通过水解和缩合反应，在液体中产生 夹层分子的三维网络。热处理阶段用于将凝胶进一步处理为纳米材料或纳米结构以形成最 终的涂层。包括所述纳米材料或纳米结构的涂层主要包括硅氧化物SiOx，其具有0/Si > 1 的原子比，优选地〇/Si > 1. 5-3的原子比，更优选地Ο/Si > 2-2. 5。优选的硅氧化物是二 氧化硅Si02。硅氧化物形成三维网络，其具有对表面的优越的粘着性。 本专利技术的涂层进一步具有例如在烃链中存在的碳含量。烃可具有或可不具有例如 在烃链或芳基中存在的官能团，例如C = 0、C-0、C-O-C、C-N、N-C-0、N-C = 0等。优选地， 碳含量彡10原子％，优选地彡20-60原子％，最优选地彡30-40原子％。烃为涂层提供柔 性和弹性。烃链是疏水的和疏油的，其导致涂层的不粘特性。 在图2中示出了用于具有硅氧化物溶胶凝胶涂层10的壳管式换热器的表面9的 示意图。在表面9自身和涂层硅氧化物之间是介于涂层硅氧烷和表面9的金属氧化膜之间 的交界面11。跟随所述交界面的涂层主体是具有有机连接链和孔隙的硅氧烷网络12,其为 涂层提供弹性。最外层是功能性表面13,即用于减少污染的疏水/疏油表面。 通过耐用而柔性的涂层的结合，实现了用于壳管式换热器的表面，其具有优越的 不粘性，且抗磨和抗裂。当表面相对于彼此移动时，涂层的柔性特别重本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳管式换热器(1)，包括壳体(2)，其具有附连至所述壳体(2)的第一端(4)的进口端帽(3)，其中出口端帽(5)附连至所述壳体(2)的第二端(6)，管束(7)容纳在所述壳体(2)内，所述管束(7)包括多个平行间隔的管(8)，其从所述管束的第一端(9)到第二端(10)横贯壳体(2)的内部，并且其中多个挡板(11)设置在所述壳体(2)内，从而支撑所述管束(7)的所述平行间隔的管(8)，其特征在于：所述壳管式换热器具有包括硅氧化物SiOx的涂层，其具有O/Si＞1的原子比，碳含量≥10原子％，以及大约1‑30μm的涂层厚度，所述涂层由溶胶‑凝胶法制成并且施加至所述壳管式换热器表面的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.28 SE 1151125-01. 一种壳管式换热器（1)，包括壳体（2)，其具有附连至所述壳体（2)的第一端（4)的 进口端帽（3)，其中出口端帽（5)附连至所述壳体（2)的第二端（6)，管束（7)容纳在所述 壳体（2)内，所述管束（7)包括多个平行间隔的管（8)，其从所述管束的第一端（9)到第二 端（10)横贯壳体（2)的内部，并且其中多个挡板（11)设置在所述壳体（2)内，从而支撑所 述管束（7)的所述平行间隔的管（8)，其特征在于： 所述壳管式换热器具有包括硅氧化物SiOx的涂层，其具有O/Si > 1的原子比，碳含量 > 10原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·斯文森，
申请(专利权)人：阿尔法拉瓦尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE