專利名稱：減少熱交換器中的結(jié)垢的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少熱交換器中的結(jié)垢。本發(fā)明還涉及防止熱交換器內(nèi)壁 上固體物質(zhì)沉積的工藝和裝置。
背景技術(shù)：
熱交換器為大家所熟知并廣泛應(yīng)用于化學(xué)加工工業(yè)和石油煉制。熱交 換器具有由于固體物質(zhì)沉積而結(jié)垢的傾向，必須不時(shí)地從運(yùn)行中移出進(jìn)行 清洗。用于石油類流體的熱交換器中的污垢可能由多種機(jī)理導(dǎo)致，包括化 學(xué)反應(yīng)、腐蝕、不溶性物質(zhì)的沉積、以及物質(zhì)由于流體和熱交換壁之間的 溫差所造成的不溶性而導(dǎo)致的沉積?；瘜W(xué)反應(yīng)和不溶性物質(zhì)的沉積是兩種 重要的結(jié)垢機(jī)理。在這兩種結(jié)垢機(jī)理中，減少壁附近的粘滯下層(或者邊界 層)可以減緩結(jié)垢速率。在化學(xué)反應(yīng)的情況下，傳熱壁表面上的高溫使分子 活化形成污垢殘留物的前體。如果這些前體沒(méi)有4皮清掃出相對(duì)靜止的壁區(qū)， 它們會(huì)結(jié)合到 一起并沉積在壁上。邊界層的減少降低了靜止區(qū)的厚度并因 此減少了可形成污垢殘留物的前體的量。在不溶性物質(zhì)沉積的情況下，邊 界層的減少增加了壁附近的剪切，并因此對(duì)壁附近的不溶性粒子施以更大 的力，以克服粒子對(duì)壁的吸引力并由此減少其沉積和結(jié)合到污垢殘留物中 的可能性。
當(dāng)熱交換器壁被沉積物包覆時(shí)，隨之產(chǎn)生許多麻煩(i)管壁和管中物 質(zhì)之間的傳熱速率降低；(ii)溫度調(diào)節(jié)劣化，(iii)管中經(jīng)常過(guò)熱，導(dǎo)致設(shè)備 壽命縮短；(iv)需要停工和清洗周期，并且熱交換器管道越長(zhǎng)，清洗工作越 昂貴和困難；(v)當(dāng)反應(yīng)器管堵塞或安全閥爆裂時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)交換器或輔助裝 置的損害。由于效率損失、生產(chǎn)能力損失和能源的浪費(fèi)，污垢每年耗費(fèi)石 油煉制工廠巨額資金。維持熱交換器效率的現(xiàn)有方法是定期將熱交換器從
5運(yùn)行中脫離并通過(guò)化學(xué)或者機(jī)械方法清洗。這種方法成本高并且勞動(dòng)強(qiáng)度 大。這顯著地增加了設(shè)備維護(hù)成本并且經(jīng)常需要更換主要組件。停工期和 意外的/非計(jì)劃的停工的成本也增加了與污垢有關(guān)的成本。
Souhrada的美國(guó)專利No. 4,271,007涉及管式反應(yīng)器中沉積物形成的 處理，其提到許多防止沉積物形成的方法，包括控制反應(yīng)條件、調(diào)節(jié)任意 催化劑的iitt速率以避免快速反應(yīng)和隨后的過(guò)熱、添加起抑制作用的化學(xué) 品、利用液幕或者油膜防止固體物質(zhì)與反應(yīng)器壁接觸、和將部分產(chǎn)物從反 應(yīng)器再循環(huán)到入口以增加反應(yīng)器中的線性流速和維持湍流條件。其中也提 到了沉積物可以通過(guò)包括高壓水或蒸汽噴射的機(jī)械方式、通過(guò)溶劑或通過(guò) 化學(xué)反應(yīng)移除。但是所有這些工藝都要求從運(yùn)行中移出部分或者全部反應(yīng) 器進(jìn)行清洗周期，并且同樣的這也會(huì)發(fā)生在熱交換器運(yùn)行上并帶來(lái)設(shè)備利 用率上的伴隨損失和不希望的人工負(fù)擔(dān)。
Mettenleiter的美國(guó)專利No. 3,183,967提出在管束一端或者兩端安裝 彈性或柔性的管道集管(header)并且在預(yù)定時(shí)間間隔施加振動(dòng)以驅(qū)除管壁 上固體來(lái)減少熱交換器管壁上沉降物和污垢的形成。但是這類設(shè)置機(jī)械上 復(fù)雜并且與原本通常不包含任何移動(dòng)部件的相對(duì)便宜的設(shè)備相比，設(shè)計(jì)成 本顯著地增加。
實(shí)際上，通過(guò)如Mettenleiter描述的利用機(jī)械施加的振動(dòng)、利用具有
機(jī)械"tt動(dòng)器或者振動(dòng)器的柔性安裝的管束來(lái)減少污垢或者沉積物的形成尚 未在熱交換器中獲得任何顯著的認(rèn)同。Scharton的美國(guó)專利No. 4,645,542、 Scharton的美國(guó)專利No. 4,655,846和Garcia的美國(guó)專利No. 5,674,323描 述了 一種不同的利用流體壓力脈動(dòng)清洗結(jié)垢的熱交換器表面的方法，但所
有這些提議都因需要將設(shè)備從運(yùn)行中脫離進(jìn)行清洗程序而具有明顯的缺 陷。Hall的美國(guó)專利No. 4,461,651中描述的聲波清洗方法也存在相同的問(wèn) 題。Sourhada及相關(guān)文獻(xiàn)中描述了利用流經(jīng)反應(yīng)器例如聚合或裂化反應(yīng)器 的液態(tài)反應(yīng)物的流動(dòng)擺動(dòng)來(lái)檢查反應(yīng)器壁的固體沉積，Saburo Hori的美 國(guó)專利No. 3，819，740提出了用超聲^J^生器抑制熱裂化反應(yīng)器壁上的焦炭 沉積物的積聚，Liu的美國(guó)專利No. 5,287,915描述了從例如在生產(chǎn)合成氣的過(guò)程中用于冷卻熱氣體的熱交換器壁上移除沉積物的方法，該方法通過(guò) 將熱交換器管形成到可移動(dòng)結(jié)構(gòu)中，例如能利用電動(dòng)、液壓或者機(jī)械方式 振動(dòng)或者抖動(dòng)的盤管。 一種可能性是利用水錘效應(yīng)來(lái)使盤管型交換器振動(dòng)， 通過(guò)突然改變管中冷卻劑的流速來(lái)產(chǎn)生7JC錘。
以前已經(jīng)有利用熱交換表面上的涂層減少腐蝕的嘗試。這些嘗試在減 少污垢方面都沒(méi)有效果。例如，人們?cè)噲D在金屬表面上沉積一層在汽相條 件下氧化分解烷氧基硅烷得到的二氧化硅來(lái)形成表面保護(hù)膜功能。另 一種 方法是通過(guò)使反應(yīng)器表面涂有幾微米到幾毫米厚的陶資材料層，使經(jīng)受結(jié) 焦的反應(yīng)器表面鈍化，所述陶瓷材料通過(guò)在汽相中熱分解含硅前體而沉積。 這兩種方法都形成了具有較高表面能的表面氧化物，這些表面可能會(huì)吸引 不希望的表面沉積物。盡管這些涂層在防止腐蝕上具有一定價(jià)值，但也證 明了它們?cè)跍p少結(jié)垢方面并無(wú)效果。
其他涂層基于聚合材料，例如具有低表面能的聚乙烯和聚氟乙烯，例 如在環(huán)境條件下用于抑制水環(huán)境中生物結(jié)垢的涂層。這些聚合物涂層通常 不能經(jīng)受煉油廠運(yùn)行中的典型的高溫條件并且不能足夠有效地減少烴垢。
用于工業(yè)管路的典型涂層厚度通常為微米到毫米級(jí)。這通常是為了確
保良好的表面覆蓋以及提供在運(yùn)行條件下具有足夠堅(jiān)固的厚度的保護(hù)層。 但是這種厚度的涂層可能會(huì)限制傳熱。用硅酸鹽溶膠或富含硅或鋁的漆處 理一般會(huì)產(chǎn)生較厚的表面(孩i米到毫米)，這可能提供保護(hù)下面的金屬免受 侵蝕的物理邊界。然而，如果表面最后一層是氧化物/氬氧化物表面層，則 這樣的處理會(huì)不具有低表面能。還已知的是使用硅烷進(jìn)行化學(xué)汽相沉積，
但是其往往利用高溫(例如600。C)向金屬表面中擴(kuò)散硅、C、 H和其他元素； 結(jié)果，雖然該表面是非金屬，但表面仍然具有高表面能，因而不會(huì)拒絕潛 在的污垢。因此，傳統(tǒng)的處理往往是不夠的，因?yàn)橐磳?duì)于良好傳熱來(lái)說(shuō) 太厚，要么沒(méi)有足夠地抵抗結(jié)垢。
存在減少和/或消除熱交換器中的結(jié)垢的需求，而現(xiàn)有技術(shù)尚未滿足這 種需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面在于將脈動(dòng)或振動(dòng)與表面處理相結(jié)合，其中脈動(dòng)或振動(dòng) 降低可得污垢的量，表面處理降低污垢粘附于表面的可能性。所得結(jié)合實(shí) 現(xiàn)結(jié)垢的減少比任一種方法單獨(dú)使用時(shí)都要多。這能明顯節(jié)省成本，因?yàn)?熱交換器清洗之間的時(shí)間周期延長(zhǎng)并且總體上熱交換器效率增加，并且在 這種情況下可以最小化或者防止加熱器管結(jié)垢，而這增加了定期修理之間 的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)、避免了非計(jì)劃的停工、避免了工藝管的更換、提高了運(yùn)行的 整體可靠性和降低了除焦的成本。
根據(jù)本發(fā)明，用于減少石油基液體流經(jīng)的熱交換器壁上沉積物形成的
方法包括對(duì)流經(jīng)交換器的液體施加流體壓力脈動(dòng)和振動(dòng)之一，以實(shí)現(xiàn)與 熱交換表面壁相鄰的粘滯邊界層的減少。熱交換表面壁涂有低表面能的材 料，可預(yù)期的沉積物對(duì)其是非粘附的，因此結(jié)垢的可能性進(jìn)一步降低到通 過(guò)任一方法無(wú)法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的程度。
本發(fā)明因此提供了對(duì)熱交換器的改進(jìn)，該熱交換器用于實(shí)現(xiàn)石油基液 體與在熱交換表面與所述液體相反的那側(cè)流動(dòng)的熱交換介質(zhì)之間的熱交 換。本發(fā)明的一方面在于減少熱交換器中熱交換表面與液體接觸的那側(cè)的 結(jié)垢，其通過(guò)如下方式進(jìn)行對(duì)流經(jīng)交換器的石油液體施加流體壓力脈動(dòng) 或者對(duì)熱交換單元施加振動(dòng)以在流經(jīng)交換器的石油液體中實(shí)現(xiàn)剪切運(yùn)動(dòng)， 從而減少與液體接觸的熱交換表面壁相鄰的粘滯邊界層，以便減少結(jié)垢的 發(fā)生和促進(jìn)壁到液體的傳熱。選擇與液體接觸的熱交換表面壁，例如管內(nèi) 壁，作為具有耐粘附結(jié)垢的涂層的壁，該涂層具有低表面能(例如不超過(guò) 50mJ/m2)。脈動(dòng)或振動(dòng)與低表面能的耐結(jié)垢涂層的結(jié)合在減少結(jié)垢方面是 有效的，這改善了傳熱。引起結(jié)垢的粒子不太可能粘附到低能表面上，因 為粘附強(qiáng)度較低。脈動(dòng)或振動(dòng)的應(yīng)用產(chǎn)生與熱交換器壁相鄰的擺動(dòng)剪切應(yīng) 力，并且這對(duì)從交換器表面的壁移除結(jié)垢粒子是有效的。擺動(dòng)剪切應(yīng)力將 ;N^L粘附的粒子>^面上撕掉或拉掉。
本發(fā)明的原理可以應(yīng)用于新型熱交換器或通過(guò)在熱交換器的用于石油 液體的一側(cè)連接流體壓力脈動(dòng)器或振動(dòng)產(chǎn)生裝置而用于改造現(xiàn)有熱交換
8器；此外，與石油液體接觸的熱交換表面壁是低表面能壁，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn) 這在減少結(jié)垢方面最有效。如下所述，為此可以使用許多不同類型的流體 脈動(dòng)器，盡管往復(fù)式正位移泵和膜式泵被認(rèn)為是最有效的?；蛘撸€可以
想到，可將振動(dòng)產(chǎn)生裝置連接于熱交換單元以在熱交換單元中誘發(fā)振動(dòng)從 而影響流經(jīng)熱交換單元的石油液體中的剪切運(yùn)動(dòng)。
管壁處的粘滯邊界層的減少不僅減少結(jié)垢的發(fā)生，相應(yīng)地，這對(duì)設(shè)備 壽命具有有益的影響，而且還具有希望的促進(jìn)管壁到管中液體傳熱的作用。


現(xiàn)在結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中
圖l是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的管殼式熱交換器的局部截面圖2是圖1中熱交換器管的截面視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的涂層；
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方案的熱交換器的示意圖4是試驗(yàn)裝備的簡(jiǎn)化設(shè)備示意圖，說(shuō)明本發(fā)明在熱交換器中的應(yīng)用；
圖5是下面報(bào)道的試驗(yàn)所獲結(jié)果的圖示。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖l是管殼式熱交換器30，該熱 交換器位于加熱爐(未示出)的上游并且應(yīng)用了本發(fā)明的原理。本文所公開(kāi) 的管殼式熱交換器30示出了本發(fā)明的一種應(yīng)用，用于在煉油廠和石化應(yīng)用 中減少石克化作用或減zf匕物腐蝕(sulfidic corrosion)和沉積結(jié)垢。管殼式交換 器30只是落入本發(fā)明的減少腐蝕和緩解結(jié)垢措施范圍內(nèi)的一種傳熱組件。 本發(fā)明的原理意欲應(yīng)用于其他熱交換器，包括但并不限于螺旋式熱交換器、 套管式熱交換器和具有至少一個(gè)傳熱元件的板框式(plate and frame)熱交 換器。本發(fā)明的原理意欲用于其他傳熱組件，包括加熱爐、爐管和其他可 能容易被石油和/或真空殘留結(jié)垢的傳熱組件。
熱交換器30在煉油廠運(yùn)行中用于預(yù)熱進(jìn)入加熱爐之前的原油。熱交換 器30包括軍體或殼體31，其包圍并形成中空內(nèi)部32。熱交換器管34的管束33位于中空內(nèi)部32內(nèi)，如圖1所示。管束33包括多個(gè)管34。管34可 以排列成三角形或矩形?？煽紤]其他管排布并認(rèn)為其落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。 管34均具有一般中空的內(nèi)部35以4更待加熱的原油流經(jīng)其中。當(dāng)原油料流 經(jīng)中空內(nèi)部35流向加熱爐時(shí)，加熱的或溫?zé)岬牧黧w(例如真空殘余料流)流 經(jīng)中空內(nèi)部32來(lái)預(yù)熱原油料流?；蛘?，可以想到，原油可流經(jīng)罩體31的 中空內(nèi)部32。
出于成本原因，大多數(shù)熱交換器由碳鋼制成，可能具有銅、銅合金、 黃銅(包括熟銅(muntz metal))、銅鎳合金、不銹鋼、海軍金屬(admiralty metal)、鋁或青銅(包括鋁青銅(aluminum bronzes)和鎳鋁青銅(nickel aluminum bronzes))的管，但原則上，本發(fā)明可應(yīng)用于熱交換器而不管構(gòu) 成材料如何，但要求適當(dāng)根據(jù)選定的構(gòu)成材料，選^^合適的非粘附涂覆材 料。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于其可以容易地應(yīng)用于現(xiàn)有的熱交換設(shè)備。不需 要對(duì)目前的熱交換單元進(jìn)行機(jī)械改進(jìn)，因?yàn)閴毫γ}動(dòng)可以通過(guò)外部機(jī)制施 加于交換器管34中的液流料流中。例如，脈動(dòng)裝置40可以連接于交換器 30的管程上的液體入口管路36或液體出口管路37(或兩者)，如圖3所示。 如下文參照用于^本發(fā)明性能的實(shí)驗(yàn)裝備所述，流體脈動(dòng)裝置40可以跨 交換器連接，以在交換器一側(cè)提供壓力平衡正脈動(dòng)，在另一側(cè)具有負(fù)脈動(dòng)， 以便不在交換器自身內(nèi)產(chǎn)生不期望的壓力偏移?；蛘撸梢允褂猛ǔＮ挥?入口側(cè)的單個(gè)脈動(dòng)器，如果必要的話，在出口側(cè)具有閥以釋方文任何由脈動(dòng) 產(chǎn)生的過(guò)壓。
如同壓力脈動(dòng)一樣，當(dāng)對(duì)熱交換單元施加振動(dòng)時(shí)也不需要對(duì)熱交換單 元進(jìn)行內(nèi)部改進(jìn)?？蓪⑼獠繂卧?0連接到熱交換單元上以誘發(fā)振動(dòng)，在液 流料流中產(chǎn)生剪切運(yùn)動(dòng)，如發(fā)明名稱為"Mitigation of In-Tube Fouling in Heat Exchangers Using Controlled Mechanical Vibration"的共同未決美國(guó) 專利No. 11/436,802所公開(kāi)的，其公開(kāi)內(nèi)容特別地通過(guò)引用并入本發(fā)明內(nèi)。
本發(fā)明適合用在以非常多樣的交換器管程液體操作的熱交換器中，其 中管中形成沉積物的趨勢(shì)是潛在的麻煩源頭，例如，水基液體，包括乳液，
10不穩(wěn)定溶液，以及油狀液體如石油基液體，如原油、常壓重油，重質(zhì)煉制
料流(heavy refinery stream),如延遲焦化塔進(jìn)料、焦化塔重瓦斯油、減粘 裂化裝置M、減壓瓦斯油、芳香提取物或類似物。本發(fā)明尤其可用石油 進(jìn)料。
脈動(dòng)裝置40包括可以對(duì)管程液體施加液體壓力脈動(dòng)的任何措施。在最 簡(jiǎn)單的情況下，該裝置可以包括具有連接于交換器入口/出口管路的氣缸的 往復(fù)泵型才幾構(gòu)和位于氣缸內(nèi)的往復(fù)活塞用以改變氣缸的內(nèi)容積。當(dāng)活塞在 氣缸內(nèi)移動(dòng)時(shí)，液體會(huì)被交替地吸入氣缸然后排出氣釭，從而在與所述裝 置連接的管路中產(chǎn)生脈動(dòng)。這類一端連接于入口管路，另一端連接于出口 管路的雙動(dòng)泵的應(yīng)用尤其合意，因?yàn)樗鼤?huì)在管中產(chǎn)生需要的壓力脈動(dòng)而不 管交換器管束中出現(xiàn)的壓降。脈動(dòng)頻率的變化可以通過(guò)改變活塞往復(fù)的速 度實(shí)現(xiàn)，任何需要的脈動(dòng)振幅的改變可以通過(guò)使用可變排量泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，如 可變排量活塞泵、斜盤式(靜止盤式)泵及其變體如擺板式(旋轉(zhuǎn)盤式)泵或曲 軸泵。
其他類型的泵也可以用作脈動(dòng)裝置，包括膜式泵，這些泵在實(shí)踐中可 能具有吸引力，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)電、氣或直接的機(jī)械方式4吏受控隔膜移動(dòng)來(lái) (通過(guò)控制隔膜移動(dòng)的程度)提供需要的振幅和頻率，來(lái)提供激活隔膜的潛 力。也可以使用其他類型的泵，但考慮到要引入千擾討厭的邊界層形成的 脈動(dòng)，不太優(yōu)選提供相對(duì)平滑(無(wú)脈動(dòng))液流的齒輪泵和相關(guān)類型的泵，例 如螺旋轉(zhuǎn)子泵和多螺桿泵。其他類型的產(chǎn)生流動(dòng)脈動(dòng)的泵如凸輪泵、葉片 泵和類似的徑向活塞泵通常也不太優(yōu)選，盡管它們能夠產(chǎn)生滿足所需目的 的足夠脈動(dòng)。如果目標(biāo)是誘發(fā)脈動(dòng)，也可以使用其他類型的脈動(dòng)器，例如， 可使用定期中斷管程液體流動(dòng)的流動(dòng)間斷器。這種類型的脈動(dòng)器可包括， 例如，汽笛型、旋轉(zhuǎn)葉片樂(lè)^動(dòng)器，其中流動(dòng)中斷通過(guò)重復(fù)打開(kāi)和關(guān)閉定子/ 轉(zhuǎn)子對(duì)中的液流通道引起，其中每種都具有與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子元件的旋轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng) 的徑向流開(kāi)口 。轉(zhuǎn)子可以適當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)使用與液流方向具有一定角度的葉片 給予推動(dòng)力，例如，通*轉(zhuǎn)子盤上制造徑向切口并從盤面上彎出翼片從 而形成葉片。另一種類型是具有彈性金屬葉片的簧片閥型，所述葉片蓋住盤中的開(kāi)孔并且被管內(nèi)流體壓力臨時(shí)打開(kāi)，然后葉片猛然關(guān)閉 一段時(shí)間直 到流體壓力再一 次推動(dòng)葉片打開(kāi)。
如圖3所示，脈動(dòng)裝置40優(yōu)選位于交換器附近，以確保脈動(dòng)有效地傳 遞到管束中的液流，即，脈動(dòng)在通過(guò)例如閥的居間裝置時(shí)不減弱。通常， 液體脈動(dòng)的頻率為0.1Hz至20kHz。由通過(guò)熱交換管的增加流速測(cè)量的脈 動(dòng)振幅的范圍可以為大約脈動(dòng)頻率范圍下限時(shí)的正常熱交換器流速至較高 頻率時(shí)的小于10"x正常熱交換器流速。由于熱交換器運(yùn)行期間的壓降限
制和/或流體中較高頻率的消減，脈動(dòng)振幅的上限隨頻率增加而減小。因此， 例如，在頻率范圍的下半部分，脈動(dòng)振幅可以為約10-2><至大約正常的流 速，而在頻率范圍的上半部分，脈動(dòng)振幅可以為約l(^至0.1x通過(guò)交換器 的正常流速。
或者，如上所述，可以使用振動(dòng)產(chǎn)生裝置50替代液體脈動(dòng)裝置。振動(dòng) 產(chǎn)生裝置可以具有共同未決美國(guó)專利No. 11/436,802中所描述的那種。振 動(dòng)產(chǎn)生裝置可以從外部連接于熱交換單元從而對(duì)管束中的管賦予受控振動(dòng) 能。振動(dòng)產(chǎn)生裝置50可以采用任何類型的誘發(fā)管振動(dòng)，同時(shí)保持熱交換器 結(jié)構(gòu)完整性的機(jī)械裝置的形式。任何能夠在選定的頻率產(chǎn)生足夠動(dòng)力的裝 置都是適合的。振動(dòng)產(chǎn)生裝置可以是單一裝置，如沖擊錘或電磁抖動(dòng)器， 或是裝置組，例如多個(gè)錘、抖動(dòng)器或壓電疊堆。裝置組50可以是空間分布 的以產(chǎn)生需要的動(dòng)態(tài)信號(hào)，從而獲得最佳的振動(dòng)頻率，如圖1所示。振動(dòng) 產(chǎn)生裝置可以位于熱交換單元上或熱交換單元附近的許多位置上，只要其 與管機(jī)械連接即可。
可以由振動(dòng)模式下的熱交換器管傳遞足夠的振動(dòng)能。管具有低頻振動(dòng)
模式和高頻振動(dòng)模式。對(duì)于低頻模式(典型地，低于1000Hz)，軸向激發(fā)在 傳送振動(dòng)能方面更有效，而在高頻才莫式下，橫向皿更有效。高頻范圍下 的振動(dòng)模式的密度高于低頻范圍(典型地，低于1000Hz)下的，振動(dòng)能傳送 效率在高頻范圍也更高。此外，在高頻(〉1000Hz)下管振動(dòng)的位移非常小， 因此對(duì)管道的潛在損害不大。
可如下所述利用振動(dòng)或脈動(dòng)減少熱交換器中的結(jié)垢產(chǎn)生與熱交換器
12壁相鄰的擺動(dòng)剪切應(yīng)力，其減少交換器表面相鄰的邊界層。當(dāng)這些擺動(dòng)剪 切應(yīng)力與〗氐表面能耐結(jié)垢涂層結(jié)合時(shí)，這些擺動(dòng)剪切應(yīng)力對(duì)減少結(jié)垢有效， 因?yàn)榭梢詮臒峤粨Q器表面移除結(jié)垢粒子。擺動(dòng)剪切應(yīng)力能將爭(zhēng)碌粘附的粒 子從表面上撕掉或拉掉。
如上所述，許多常規(guī)類型的涂層，例如環(huán)氧型，往往較厚，因此對(duì)傳 熱有不利影響，出于這個(gè)原因，只要能實(shí)現(xiàn)耐結(jié)垢和耐腐蝕的必要特征，
優(yōu)選產(chǎn)生較薄涂層厚度的涂覆方法，理想的是不超過(guò)10分子層厚度。出于
該目的，氣相和汽相沉積方法是不言自明的。
優(yōu)選的涂層類別是共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)No， 11/304,874中描述的低 表面能涂層，這種涂層的說(shuō)明、它們的性質(zhì)和它們?cè)跓峤粨Q器表面的應(yīng)用 方法可參考該文獻(xiàn)。這些涂層由l-10分子層厚度的有機(jī)金屬分子層構(gòu)成， 其在高達(dá)45(TC的溫度不會(huì)經(jīng)受實(shí)質(zhì)分解并且其表面能低于50毫焦耳/m2。 涂層通過(guò)使金屬表面與能結(jié)合于金屬表面的有機(jī)金屬化合物接觸，形成需 要的表面層而施加。優(yōu)選的，在處理之前準(zhǔn)M屬表面，包括在100。C至 500。C的含氧氣氛中加熱金屬表面以清除所述金屬表面的任何碳質(zhì)殘余物， 然后4吏金屬表面與必需的有機(jī)金屬化合物接觸。
備選的抑制結(jié)垢沉積物沉積的低能表面涂層是由已知的空心陰極等離 子體浸漬離子處理(Hollow Cathode Plasma Immersion Ion Processing)或 離子協(xié)助化學(xué)汽相沉積(PACVD)工藝產(chǎn)生的涂層，這兩種工藝都是商業(yè)上 可獲得的工藝(Bekaert Company),其生產(chǎn)被稱為"類鉆涂層(Diamond-like Coatings)"的涂層。類鉆涂層是無(wú)定形碳基的涂層，具有高硬度和低摩擦 系數(shù)。其組成和結(jié)構(gòu)導(dǎo)致優(yōu)異的耐磨性和不粘特性。這些涂層薄、呈化學(xué) 惰性和具有低的表面粗糙度。它們可在0.002至0.04毫米的標(biāo)準(zhǔn)厚度上調(diào) 節(jié)具有寬范圍的電阻率。組成上，碳類鉆涂層是sp2和sp3鍵合碳原子的 混合物，氫濃度為0-80%。這些涂層提供高硬度和耐磨特性。包含C、 H、 Si和氧的類鉆復(fù)合涂層也是可用的。磷酸酯和亞磷酸酯涂層以及氟化表面 涂層也是潛在可用的，其可以以薄的粘附層施用，也可以由商業(yè)上可得到 的工藝生產(chǎn)。專利申請(qǐng)No. 11/304,874中描述的用于形成優(yōu)選的低能涂層的有機(jī)金 屬化合物是能夠結(jié)合于金屬表面上并且不會(huì)在金屬表面暴露的溫度下分解 的那些。使用現(xiàn)有技術(shù)中用于保護(hù)金屬表面的大多數(shù)有機(jī)金屬化合物作為 前體并將其轉(zhuǎn)化成充當(dāng)保護(hù)涂層的氧化物。在優(yōu)選的低能涂層的情況下，
有機(jī)金屬化合物，而不是其氧化物，充當(dāng)保護(hù)涂層。因此，與較厚的涂層 提供的物理屏障相比，有機(jī)金屬涂層在單層范圍內(nèi)起到化學(xué)保護(hù)層的作用。
在用作涂覆材料的有機(jī)金屬化合物中，有機(jī)金屬化合物的金屬成分選 自IUPAC具有1 - 18族的周期表版本中的4至15族，優(yōu)選選自14族， 更優(yōu)選硅和錫，尤其是硅。有機(jī)金屬化合物的有機(jī)成分是烴基，其具有1 至30個(gè)碳原子，優(yōu)選1至20個(gè)碳原子，更優(yōu)選1至10個(gè)碳原子。烴基可 以是脂族或芳族基團(tuán)，其中脂族或芳基基團(tuán)可以被諸如氧、卣素、羥基等 官能團(tuán)或類似物取代。優(yōu)選的烴基包括甲基、乙基、甲氧基、乙氧基和苯 基。優(yōu)選的有機(jī)金屬化合物包括烷基硅烷、烷氧基硅烷、硅烷、硅氮烷、 以及烷基和苯基珪氧烷。特別優(yōu)選的化合物包括具有1至20個(gè)烷基或烷氧 基的烷基或烷氧基硅烷，尤其是四烷氧基化合物如四乙氧基硅烷，具有1 到6個(gè)烷基的烷基硅烷，尤其是六甲基二硅醚。
金屬表面上的有機(jī)金屬涂層應(yīng)優(yōu)選具有低表面能，即，表面自由能低 于50毫焦/平方米(mJ/m2)，優(yōu)選21至45 mJ/m2。所述層的低表面能確保 低界面能，例如在原油和涂層間的界面的低界面能，即使是在典型熱交換 器中的較高溫度條件下也如此，例如用于原油預(yù)熱交換器組的200。C至 400°C。這又提供了污垢和腐蝕物質(zhì)與表面之間的弱相互作用，因此降低了 結(jié)垢和腐蝕速率?？梢允褂脤?dǎo)熱粘附性的耐腐蝕層，如由如下所述的電拋 光制成的層作為表面分子層厚度涂層的基底。對(duì)于這些方法的更詳細(xì)說(shuō)明， 參考專利申請(qǐng)No. 60/751985， "Corrosion Resistant Material For Reduced
Fouling, A Heat Exchanger Having Reduced Fouling And A Method For Reducing Heat Exchanger Fouling In A Refinery"。
涂層的表面自由能可以通過(guò)測(cè)量7jC接觸角來(lái)確定。類似的，可以用水 接觸角來(lái)測(cè)量表面被有機(jī)金屬涂層改性的程度。該試驗(yàn)測(cè)量水與改性后的
14金屬表面之間的接觸角。ASTM D-5725是測(cè)量水接觸角的試驗(yàn)程序的一個(gè) 實(shí)例。水接觸角大表示疏水性高和有機(jī)金屬涂層對(duì)下面金屬(或金屬氧化物 /硫化物)表面的良好覆蓋。對(duì)于改性后的金屬表面，測(cè)量到的7jC接觸角為 95。至160。，優(yōu)選110。至150。，至少130。的角獲得最好的結(jié)果。
有機(jī)金屬涂層的覆蓋量為大于25%，當(dāng)然，當(dāng)對(duì)金屬表面的覆蓋接近 金屬表面的100%時(shí)，相應(yīng)地具有更好的耐腐蝕和結(jié)垢性。因此優(yōu)選覆蓋 50%至100%，更優(yōu)選80%至100%，并且對(duì)于最佳的結(jié)果，覆蓋100%或 盡可能接近于100%。
優(yōu)選清除掉要保護(hù)的金屬表面的碳質(zhì)沉積物，例如焦炭。這在如下連 續(xù)工藝中非常重要，其中進(jìn)料在與例如在煉油廠和化工廠中使用的管道、 熱交換器和爐管的金屬表面接觸的同時(shí)被加熱。在標(biāo)準(zhǔn)的用輕循環(huán)油、其 他輕油或其他溶劑初始清洗和高壓水噴射或高壓蒸汽清洗之后，金屬表面 優(yōu)選通過(guò)在200。C至500。C，優(yōu)選300。C至400。C,在含氧氣體，優(yōu)選空氣 的存在下加熱而清洗，加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間以除去目標(biāo)沉積物，特別是>^ 沉積物。加熱一般在大氣壓力下進(jìn)行，但更高的壓力也可以接受。如果存 在鹽，則可以用水洗除去鹽。清洗后的金屬表面還可以用金屬鹽的溶液處 理以增強(qiáng)耐腐蝕性以及有機(jī)金屬涂覆工藝的有效性。例如，碳鋼表面可以 首先用鉻鹽溶液處理以形成富鉻表面層。鉻增強(qiáng)表面層可通過(guò)在含鉻酸的 溶液中通過(guò)電拋光所述管而產(chǎn)生。當(dāng)基底鋼中4^量低于大約15wt,/。時(shí)， 這對(duì)于增加表面的鉻濃度是有效的。電拋光技術(shù)也是特別有利的，因?yàn)樗?能夠產(chǎn)生表面糙度小于1000nm、優(yōu)選小于500nm、更優(yōu)選小于250nm的 表面，當(dāng)提供有表面有機(jī)金屬涂層時(shí)，這能很好的耐污垢沉積物和耐腐蝕。 富鉻層也可以通過(guò)利用各種其他技術(shù)形成，包括在另一種合金如碳鋼上電 鍍鉻、熱噴涂、激光沉積、濺射、物理汽相沉積、化學(xué)汽相沉積、等離子 粉焊罩涂覆(plasma powder welding overlay)、貝占面(cladding)和擴(kuò)散結(jié)合。 也可以選擇高4^金，如316不銹鋼。富鉻層可以機(jī)械拋光和/或如上所述 電拋光以獲得在所需范圍內(nèi)的均勻的表面粗糙度。
可以在有機(jī)金屬涂層沉積之前向富鉻層提供表面氧化物層。氧化物層
15通常包括自身組成取決于基底冶金的氧化物種類；因此，對(duì)于鐵類金屬管， 通常希望氧化物層包括磁鐵礦、鐵鉻尖晶石和鉻氧化物中的一種或多種。
也可使用多種其他技術(shù)在交換器管上產(chǎn)生富鉻表面層，包括但不限于 電鍍、熱噴涂、激光沉積、賊射、物理汽相沉積、化學(xué)汽相沉積、等離子 粉焊罩涂覆、貼面和擴(kuò)散結(jié)合。當(dāng)用不銹鋼合金作業(yè)時(shí)，例如也可利用鈍 化，即用稀硝酸或檸檬酸對(duì)金屬進(jìn)行處理，增加表面鉻濃度。電拋光和鈍 化的組合也是獲得這種效果的有用方法。
有機(jī)金屬涂層可在清洗和加熱過(guò)的金屬表面上形成，通過(guò)在氣相、液 相或混合的液-汽相，將加熱的金屬暴露于選定的有機(jī)金屬化合物進(jìn)行。例 如有才幾金屬化合物可以利用諸如氮?dú)獾妮d氣噴射成氣態(tài)，或者它也可以與 載液混合成稀溶液，例如至多5體積％，栽液例如是環(huán)己烷、二甲苯、水 四氯4匕碳、氯仿、燃料油、潤(rùn)滑油沸點(diǎn)范圍的經(jīng)、原油等。有才幾金屬涂覆 工藝優(yōu)選在不存在含氧氣體的情況下進(jìn)行。涂覆工藝的溫度可適當(dāng)?shù)卦诃h(huán)
境溫度至500。C的范圍內(nèi)。涂覆的上限溫度范圍與用于涂覆的特定有機(jī)金 屬化合物的穩(wěn)定性有關(guān)。
有才幾金屬涂層的厚度為1至10分子層厚度，優(yōu)選1至3分子層厚度， 更優(yōu)選單層厚度。分子層的厚度可以通過(guò)沉積工藝來(lái)控制，例如通過(guò)控制 金屬表面暴露于有機(jī)金屬化合物的時(shí)間和控制進(jìn)行涂覆時(shí)的壓力。
涂覆的熱交換器管34的截面示于圖2中。在這種情況中，涂層5位于 管34的內(nèi)側(cè)，與預(yù)期在此側(cè)結(jié)垢，而在殼程具有非結(jié)垢介質(zhì)的可能性相一 致。然而，如果預(yù)期在殼程結(jié)垢，則可以在此側(cè)施加涂層，甚至必要的話 在兩側(cè)都施加涂層。涂層5在管34的整個(gè)內(nèi)表面m以提供耐結(jié)垢性，而 這種情況下，通過(guò)利用液體脈動(dòng)技術(shù)增加這種耐結(jié)垢性從而提供更好的耐 結(jié)垢性能。
根據(jù)本發(fā)明的涂有有機(jī)金屬分子的金屬表面的操作溫度應(yīng)該保持低于 450'C,優(yōu)選低于400'C，更優(yōu)選低于350'C。有機(jī)金屬涂層可能發(fā)生一些 分解，而這取決于用作涂層的有機(jī)金屬的性質(zhì)和所用的操作溫度。例如， 苯基硅烷作為涂覆試劑可在較高溫下穩(wěn)定，并且可以比烷基硅烷用于更苛刻的操作。有機(jī)金屬分子層的"實(shí)質(zhì)分解"意味著涂層(覆蓋層)中的有機(jī)
金屬分子減少至小于25%的金屬表面覆蓋率。
現(xiàn)有的有機(jī)金屬涂層的性能被認(rèn)為至少部分取決于有機(jī)部分?？梢钥?出，有機(jī)部分使得與極性和非極性烴的相互作用能都最小化，并且以此方 式減輕結(jié)垢和腐蝕。最小化腐蝕可能最小化結(jié)垢相關(guān)連。例如，腐蝕往往 增大金屬表面面積，產(chǎn)生污垢阱。金屬表面的普通陶瓷涂層依靠物理屏障 來(lái)減輕腐蝕。然而，陶瓷涂層不如有機(jī)金屬一樣有效，因?yàn)樗鼈兊谋砻婺?仍然較大，即大于100mJ/m2。相同的理由適用于用于提供物理屏障的氧化 物涂層。因此，可在煉油廠和化工廠中，為金屬、特別是鋼和鐵金屬合金 提供<^面能的單層或近似單層的有機(jī)金屬涂層，以同時(shí)抵抗腐蝕和污垢 沉積物。
為了確定流體脈動(dòng)對(duì)結(jié)垢的效果，在AlcorTM HLPS-400型液體工藝 模擬器上附加脈動(dòng)流裝置。最終的實(shí)驗(yàn)裝備示于圖4中。Alcor HLPS-400 熱液體工藝模擬器是用于預(yù)測(cè)熱交換器性能和具體工藝流體結(jié)垢傾向的實(shí) 驗(yàn)室工具。Alcor HPLS以層流機(jī)制，在促進(jìn)結(jié)垢條件下運(yùn)行，而與之相比 商業(yè)熱交換器通常以高湍流機(jī)制，低的多的結(jié)垢速率下運(yùn)行，盡管存在這 些差異，但已經(jīng)證明Alcor HLPS是用于預(yù)測(cè)商業(yè)熱交換器中流體的相對(duì) 結(jié)垢傾向的優(yōu)異工具。
對(duì)于該結(jié)垢研究，在Alcor HLPS中流通的是原油?；镜腁lcor HPLS 包括原油樣品儲(chǔ)器10，熱交換器試驗(yàn)段11和位于試驗(yàn)段下游的定排量泵 12。試驗(yàn)油以閉合循環(huán)從儲(chǔ)器10通過(guò)管線13泵送至試驗(yàn)段11。支路管線 15從管線13通至正驅(qū)動(dòng)(positively driven)、雙向作用往復(fù)式定排量泵12 的一側(cè)，泵12是改進(jìn)的雙頭ConstametricTMHPLC計(jì)量泵，改進(jìn)之處在 于移去了各泵頭的止回閥并關(guān)閉至泵頭的入口。類似的，支路管線16從油 返回管線17延伸至泵12的另一側(cè)。在試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)期間，定排量型循環(huán)泵18 保持油以閉合循環(huán)從儲(chǔ)器通過(guò)試驗(yàn)段然后循環(huán)回到儲(chǔ)器。試驗(yàn)段11包括圓 柱形管套20,其圍繞中央定位的棒狀試件21，棒狀試件21具有在管套中 的變窄的中間段25。管套具有連接于i^fr管線13的液體入口 22和連接于返回管線17的出口 23。試件和管套之間的液封通過(guò)在試件伸出管套的具 有端蓋24的各端的墊圏提供；墊圏也使試件與外套之間電絕緣。試件可以 通過(guò)在其兩端接電(未示出)來(lái)電加熱，連接于控制器以根據(jù)需要的加熱程 度提供各種安培數(shù)的電流。在該試驗(yàn)程序中，試件用作熱交換器管的替代 物。
試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為三小時(shí)，外加十五分鐘用于每次加熱和冷卻。在儲(chǔ)器 中加入800ml測(cè)試原油進(jìn)行試驗(yàn)。儲(chǔ)器和往返于測(cè)試熱交換器的管線中的 原油加熱至150。C。為了防止測(cè)試流體汽化，用氮?dú)鈱⑾到y(tǒng)加壓至約3450 kPag(500psig)。通過(guò)下游的定排量循環(huán)泵將儲(chǔ)器中的流體以3ml/min的流 速抽吸通過(guò)測(cè)試熱交換器，并將流體返回至儲(chǔ)器頂部。在儲(chǔ)器中放置活塞， 以分開(kāi)用過(guò)的熱交換過(guò)的原油和新鮮原油。在測(cè)試熱交換器中，流體向上 流經(jīng)由豎直設(shè)置的加熱過(guò)的試件棒形成的環(huán)隙。加熱過(guò)的棒的試驗(yàn)段外徑 約3,20毫米，長(zhǎng)度60毫米。測(cè)試熱交換器的外殼內(nèi)徑5.10毫米，從而形 成了 0.95毫米的環(huán)形空間用于流通。加熱過(guò)的棒的溫度由位于該加熱過(guò)的 棒試驗(yàn)段內(nèi)部的熱電偶控制，本研究中設(shè)定于275°C。記錄在本試驗(yàn)持續(xù) 期間ii7v熱交換器入口和離開(kāi)其出口的流體的溫度。當(dāng)沉積物或結(jié)垢在加 熱過(guò)的棒表面上積聚時(shí)，離開(kāi)熱交換器的流體出口溫度降低。這種降低是 由^Ui沉積物的絕熱性導(dǎo)致的。出口溫度的降低給出了棒表面上流體結(jié)垢 趨勢(shì)以及單元傳熱效率的量度。
在運(yùn)行期間，計(jì)量泵各頭部?jī)?nèi)的容積改變了 0.10ml;泵頭容積的這種 變化為大約180度相差。在脈動(dòng)測(cè)試中，調(diào)節(jié)泵速以在正向和反向流動(dòng)方 向上都提供0，083ml/sec的流體脈動(dòng)。
在此研究中使用的涂層通過(guò)用HMDSO(六甲基二硅醚)處理Alcor棒 獲得。此研究中使用的Alcor棒是1018碳鋼。因?yàn)樾掳敉坑休p油，因此依 次用甲苯、異丙醇(IPA)、水清洗棒、然后用IPA干燥棒。干凈的棒^v 水平的、受控氣氛的氧化鋁管式爐中。在HMDSO處理中，棒首先在350°C 空氣氧化l小時(shí)，接著用氮?dú)馇逑垂苁綘t十分鐘，然后用HMDSO蒸汽在 350。C處理棒1小時(shí)。HMDSO蒸汽通過(guò)向HMDSO液體的室溫儲(chǔ)器鼓入氮?dú)舛鴰е了鰻t中。在從管式爐中移出前，將Alcor棒在HMDSO蒸汽 中冷卻。涂層的有效性可通過(guò)水接觸角的增加來(lái)衡量。干凈的棒具有81。 的平均水-接觸角。HMDSO處理之后，所述棒的平均7jc接觸角為129° 。
為了檢驗(yàn)液體脈動(dòng)加HMDSO處理的效果，在試驗(yàn)單元中進(jìn)行下述系 列測(cè)試未涂覆的棒和沒(méi)有脈動(dòng)的基本情況，脈動(dòng)速率+/-0.083 11/86(:的僅 有脈動(dòng)的情況，僅有HMDSO處理的情況和脈動(dòng)加HMDSO處理的情況。
圖5示出了由出口溫度降低表明的Alcor試驗(yàn)中獲得結(jié)垢變化。每種 情況下示出的是兩次Alcor測(cè)試的平均值。圖5中的數(shù)據(jù)曲線表明脈動(dòng)加 HMDSO處理的情況中，溫度降低小于基本情況，表明結(jié)垢速率更低。脈 動(dòng)加HMDSO處理的情況中的溫度降低也小于僅有脈動(dòng)的情況或僅有 HMDSO處理的情況。這表明當(dāng)脈動(dòng)與表面處理相結(jié)合時(shí)對(duì)減少結(jié)垢具有 協(xié)同效果。由于脈動(dòng)使傳熱增強(qiáng)，因此具有脈動(dòng)的試驗(yàn)的起始溫度也向較 高溫度移動(dòng)。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，可以在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的 情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和/或變化。雖然本發(fā)明上下文描述了運(yùn)行于 煉油廠的熱交換器，但本發(fā)明不限于此；相反地，可以想到，本文所描述
垢的部分。因此，本發(fā)明意圖涵蓋本文所述的方法的改進(jìn)和變化，只要它 們落入所附權(quán)利要求及其等同方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于減少石油基液體流經(jīng)的熱交換器中管壁上沉積物形成的方法，其包括對(duì)流經(jīng)熱交換器管的液體施加流體壓力脈動(dòng)和對(duì)熱交換器施加振動(dòng)中的一種，以實(shí)現(xiàn)與壁的管狀熱交換表面相鄰的粘滯邊界層的減少，從而減少結(jié)垢的發(fā)生和促進(jìn)管到管內(nèi)液體的傳熱，其中與液體接觸的壁具有表面能不超過(guò)50mJ/m2的耐粘附結(jié)垢的涂層。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中對(duì)所述熱交換器施加機(jī)械振動(dòng)。
3，如權(quán)利要求1所述的方法，其中對(duì)流經(jīng)所述管的液體施加流體脈動(dòng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中流體壓力脈動(dòng)以O(shè).lHz至20kHz 范圍內(nèi)的頻率施加。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中通過(guò)熱交換管中增加的流速測(cè) 量的脈動(dòng)振幅在大約10-6 x正常熱交換器流速至大約正常熱交換器流速的 范圍內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中脈動(dòng)以0.1至10kHz范圍內(nèi)的頻率 施加，并且通過(guò)熱交換管中增加的流速測(cè)量的脈動(dòng)振幅在大約1(r、正常 熱交換器流速至大約正常熱交換器流速的范圍內(nèi)。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中脈動(dòng)以10至20kHz范圍內(nèi)的頻率 施加，并且通過(guò)熱交換管中增加的流速測(cè)量的脈動(dòng)振幅在大約10^x正常 熱交換器流速至大約0.1 x正常熱交換器流速的范圍內(nèi)。
8. 如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中管壁上的耐粘附結(jié)垢涂層 包含厚度為1至10分子層的有機(jī)金屬分子層，其中該層在高達(dá)450。C的溫 度下不會(huì)經(jīng)受實(shí)質(zhì)分解，并且該層具有低于50毫焦耳/m2的表面能。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中有機(jī)金屬分子層沉積在80%至 100%的內(nèi)壁表面上。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中有機(jī)金屬化合物中的金屬是硅。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中有機(jī)金屬化合物中的有機(jī)部分是 具有1至30個(gè)碳原子的烴基。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中烴基是月旨族或芳族基團(tuán)，并且被 至少一個(gè)官能團(tuán)取代。
13. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中有機(jī)金屬化合物是烷氧基硅烷、 硅烷、silazone或苯J^氧烷o
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中有機(jī)金屬化合物是六甲基二硅醚。
15. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中涂層的表面能為18至50mJ/m2。
16. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中涂層具有7械觸角為95。至160° 的表面。
17. 如^5L利要求16所述的方法，其中7jc接觸角為110°至150°。
18. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中水接觸角為130°至160°。
19. 一種實(shí)現(xiàn)石油基液體和熱交換介質(zhì)之間熱交換的熱交換器，其包括具有內(nèi)部空間的罩體；多個(gè)具有中空內(nèi)部通道的熱交換管，所述通道用于石油基液體和熱交 換介質(zhì)之一通過(guò)，其中每根管具有內(nèi)表面和外表面；在內(nèi)表面和外表面的至少之一上的耐粘附結(jié)垢的涂層，其中涂層具有 不超過(guò)50mJ/m2的表面能；和流體壓力脈動(dòng)產(chǎn)生裝置和振動(dòng)產(chǎn)生裝置之一 ，其中流體壓力脈動(dòng)產(chǎn)生裝置對(duì)石油基液體施加流體壓力脈動(dòng)，以實(shí)現(xiàn) 內(nèi)表面和外表面之一上的粘滯邊界層的減少，其中振動(dòng)產(chǎn)生裝置對(duì)罩體和所述多個(gè)管施加機(jī)械振動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面 和外表面之一上的粘滯邊界層的減少。
20. 如權(quán)利要求25所述的熱交換器，其中熱交換器包括流體壓力脈動(dòng) 產(chǎn)生裝置，其中產(chǎn)生流體壓力脈動(dòng)的裝置產(chǎn)生O.lHz至20kHz范圍內(nèi)的頻 率。
21. 如權(quán)利要求19或20所述的熱交換器，其中耐粘附結(jié)垢的涂層包含厚度為1至IO分子層的有機(jī)金屬分子層，其中該層在高達(dá)450。C的溫 度下不會(huì)經(jīng)受實(shí)質(zhì)分解，并且該層具有低于50毫焦耳/m2的表面能。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的熱交換器，其中有機(jī)金屬分子層沉積在 80%至100%的內(nèi)壁表面上。
23. 如權(quán)利要求21所述的熱交換器，其中有機(jī)金屬化合物中的金屬是硅。
24. 如權(quán)利要求21所述的熱交換器，其中有機(jī)金屬化合物中的有機(jī)部 分是具有1至30個(gè)碳原子的烴基。
25. 如權(quán)利要求24所述的熱交換器，其中烴基是脂族或芳族基團(tuán)并且 被至少一個(gè)官能團(tuán)取代。
26. 如權(quán)利要求24所述的熱交換器，其中有機(jī)金屬化合物是烷氧M 烷、珪烷、silazone或苯基珪氧烷。
27. 如權(quán)利要求24所述的熱交換器，其中有機(jī)金屬化合物是六曱基二 硅醚。
28. 如權(quán)利要求19至21中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其中涂層的表面 能為18至50 mJ/m2。
29. 如權(quán)利要求19至28中任一項(xiàng)所述的熱交換器，其中涂層具有水 接觸角為95°至160。的表面。
30. 如權(quán)利要求29所述的熱交換器，其中7jC^觸角為110°至150°。
31. 如權(quán)利要求29所述的熱交換器，其中7械觸角為130°至160°。
全文摘要
一種用于減少石油基液體流經(jīng)的管式熱交換器內(nèi)壁上沉積物形成的方法，包括應(yīng)用對(duì)流經(jīng)熱交換器管的液體施加流體壓力脈動(dòng)和對(duì)熱交換器施加振動(dòng)中的一種，以實(shí)現(xiàn)管狀熱交換表面內(nèi)壁相鄰的粘滯邊界層的減少。管壁上粘滯邊界層的減少不僅減少了結(jié)垢的發(fā)生，并因此對(duì)設(shè)備壽命有利，而且還具有改善管壁向管內(nèi)液體傳熱的期望效果。結(jié)垢和腐蝕通過(guò)在熱交換管內(nèi)壁表面上使用涂層得以進(jìn)一步降低。
文檔編號(hào)F28F19/02GK101501437SQ200780023480
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者A·E·庫(kù)珀, G·A·盧茨, G·B·布龍斯, H·A·伍爾夫, H·L·胡夫曼, I·A·科迪, J·D·洛博, L·R·克萊維納, M·S·也甘, S·考爾格羅伍, 宋利民 申請(qǐng)人:?？松梨谘芯抗こ坦?br>