一种微通道板式换热器过滤系统及方法

技术领域

本发明属于换热装置技术领域，涉及一种微通道板式换热器过滤系统及方法。

背景技术

印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是一种微通道板式换热器，这种换热器采用数以万计的微小(毫米级)通道作为热交换介质流道，具有强化传热效果优越、结构紧凑、耐高温、耐高压、安全可靠等诸多优点，在制冷空调、石油天然气、核工业、化工工业、电力工业等领域应用广泛。

由于采用了微小尺度的通道结构，印刷电路板式换热器对来流介质的清洁度要求非常高，介质夹带的焊渣、铁锈或其他固体颗粒物杂质一旦进入换热器微通道中就很难排出，这些杂质沉积在微通道内部就会引起微通道局部堵塞，进而引发流动分配不均、流动阻力升高、传热性能下降等一系列问题，严重影响印刷电路板式换热器的可靠、稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种微通道板式换热器过滤系统及方法，该系统能够避免固体杂质进入微通道内部形成堵塞，保证换热器可靠、稳定运行。

为达到上述目的，本发明所述的微通道板式换热器过滤系统包括高温介质过滤段及低温介质过滤段；

高温介质过滤段包括第一高温介质主管道、第二高温介质主管道及第一过滤系统，第一高温介质主管道的出口与第一过滤系统的入口相连通，第二高温介质主管道的入口与第一过滤系统的出口相连通，第二高温介质主管道的出口与微通道板式换热器的换热器高温介质入口相连通；

低温介质过滤段包括第一低温介质主管道、第二低温介质主管道及第二过滤系统，其中，第一低温介质主管道的出口与第二过滤系统的入口相连通，第二低温介质主管道的入口与第二过滤系统的出口相连通，第二低温介质主管道的出口与微通道板式换热器的换热器低温介质入口相连通。

所述第一过滤系统包括第一过滤器及第二过滤器，其中，第一高温介质主管道的出口与第一过滤器的入口及第二过滤器的入口相连通，第二高温介质主管道的入口与第一过滤器的出口及第二过滤器的出口相连通。

所述第二过滤系统包括第三过滤器及第四过滤器，第一低温介质主管道的出口与第三过滤器的入口及第四过滤器的入口相连通，第二低温介质主管道的入口与第三过滤器的出口及第四过滤器的出口相连通。

还包括第一差压变送器、第二差压变送器、第三差压变送器及第四差压变送器；

第一差压变送器的高压取压口与第一过滤器的入口相连通，第一差压变送器的低压取压口与第一过滤器的出口相连通；

第二差压变送器的高压取压口与第二过滤器的入口相连通，第二差压变送器的低压取压口与第二过滤器的出口相连通；

第三差压变送器的高压取压口与第三过滤器的入口相连通，第三差压变送器的低压取压口与第三过滤器的出口相连通；

第四差压变送器的高压取压口与第四过滤器的入口相连通，第四差压变送器的低压取压口与第四过滤器的出口相连通。

第一差压变送器的高压取压口与第一过滤器的入口通过第一引压管相连通，第一差压变送器的低压取压口与第一过滤器的出口通过第二引压管相连通；

第二差压变送器的高压取压口与第二过滤器的入口通过第三引压管相连通，第二差压变送器的低压取压口与第二过滤器的出口通过第四引压管相连通；

第三差压变送器的高压取压口与第三过滤器的入口通过第五引压管相连通，第三差压变送器的低压取压口与第三过滤器的出口通过第六引压管相连通；

第四差压变送器的高压取压口与第四过滤器的入口通过第七引压管相连通，第四差压变送器的低压取压口与第四过滤器的出口通过第八引压管相连通。

第一引压管上设置有第一根部阀；第二引压管上设置有第二根部阀；第三引压管上设置有第三根部阀；第四引压管上设置有第四根部阀；第五引压管上设置有第五根部阀；第六引压管上设置有第六根部阀；第七引压管上设置有第七根部阀；第八引压管上设置有第八根部阀。

第一引压管连通有第一放空管道；第三引压管连通有第二放空管道；第五引压管连通有第三放空管道；第七引压管连通有第四放空管道，第一放空管道上设置有第一放空阀；第二放空管道上设置有第二放空阀；第三放空管道上设置有第三放空阀；第四放空管道上设置有第四放空阀。

第一高温介质主管道的出口通过第一高温介质过滤管道与第一过滤器的入口相连通；第一高温介质主管道的出口通过第二高温介质过滤管道与第二过滤器的入口相连通；

第一低温介质主管道的出口经第一低温介质过滤管道与第三过滤器的入口相连通，第一低温介质主管道的出口经第二低温介质过滤管道与第四过滤器的入口相连通。

第一高温介质过滤管道上设置有第一截断阀，第一过滤器的出口处设置有第二截断阀；第二高温介质过滤管道上设置有第三截断阀，第二过滤器的出口处设置有第四截断阀；第一低温介质过滤管道上设置有第五截断阀；第三过滤器的出口处设置有第六截断阀；第二低温介质过滤管道上设置有第七截断阀；第四过滤器的出口处设置有第八截断阀。

一种微通道板式换热器过滤方法包括以下步骤：

高温介质经第一高温介质主管道进入到第一过滤系统过滤，再经第二高温介质主管道从微通道板式换热器的换热器高温介质入口进入到微通道板式换热器中；

低温介质经第一低温介质主管道进入到第二过滤系统中进行过滤，再经第二低温介质主管道从微通道板式换热器的换热器低温介质入口进入到微通道板式换热器中。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的微通道板式换热器过滤系统及方法在具体操作时，高温介质通过第一过滤系统进行过滤后进入到微通道板式换热器的换热器高温介质入口中，低温介质通过第二过滤系统过滤后进入到微通道板式换热器的换热器低温介质入口中，从而避免固体杂质进入微通道内部形成堵塞，保证换热器可靠、稳定运行，系统简单，操作便捷，造价低廉。

进一步，第一过滤系统包括第一过滤器及第二过滤器，第一过滤器与第二过滤器采用一备一用的设置，第二过滤系统包括第三过滤器及第四过滤器，其中，第三过滤器与第四过滤器采用一备一用的设置，当任一过滤器堵塞后只需切换、隔离、泄压后即可进行堵塞滤网在线清理及恢复，无需停运设备，对整个工艺系统的正常连续运转无不利影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为微通道板式换热器、1a为换热器高温介质入口、1b为换热器高温介质出口、1c为换热器低温介质入口、1d为换热器低温介质出口、2为高温介质过滤段、2a为第一高温介质过滤管道、2b为第二高温介质过滤管道、2c为第一高温介质主管道、2d为第二高温介质主管道、3为低温介质过滤段、3a为第一低温介质过滤管道、3b为第二低温介质过滤管道、3c为第一低温介质主管道、3d为第二低温介质主管道、4a为第一截断阀、4b为第三截断阀、5a为第一过滤器、5b为第二过滤器、6a为第二截断阀、6b为第四截断阀、7a为第一放空管道、7b为第二放空管道、8a为第一放空阀、8b为第二放空阀、9a为第一引压管、9b为第三引压管、10a为第一根部阀、10b为第三根部阀、11a为第一差压变送器、11b为第二差压变送器、12a为第二引压管、12b为第四引压管、13a为第二根部阀、13b为第四根部阀、14a为第五截断阀、14b为第七截断阀、15a为第三过滤器、15b为第四过滤器、16a为第六截断阀、16b为第八截断阀、17a为第三放空管道、17b为第四放空管道、18a为第三放空阀、18b为第四放空阀、19a为第五引压管、19b为第七引压管、20a为第五根部阀、20b为第七根部阀、21a为第三差压变送器、21b为第四差压变送器、22a为第六引压管、22b为第八引压管、23a为第六根部阀、23b为第八根部阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的微通道板式换热器过滤系统包括高温介质过滤段2及低温介质过滤段3；其中，高温介质过滤段2包括第一高温介质主管道2c、第二高温介质主管道2d及第一过滤系统，第一高温介质主管道2c的出口与第一过滤系统的入口相连通，第二高温介质主管道2d的入口与第一过滤系统的出口相连通，第二高温介质主管道2d的出口与微通道板式换热器1的换热器高温介质入口1a相连通；低温介质过滤段3包括第一低温介质主管道3c、第二低温介质主管道3d及第二过滤系统，其中，第一低温介质主管道3c的出口与第二过滤系统的入口相连通，第二低温介质主管道3d的入口与第二过滤系统的出口相连通，第二低温介质主管道3d的出口与微通道板式换热器1的换热器低温介质入口1c相连通。

具体的，所述第一过滤系统包括第一过滤器5a及第二过滤器5b，其中，第一高温介质主管道2c的出口与第一过滤器5a的入口及第二过滤器5b的入口相连通，第二高温介质主管道2d的入口与第一过滤器5a的出口及第二过滤器5b的出口相连通；所述第二过滤系统包括第三过滤器15a及第四过滤器15b，第一低温介质主管道3c的出口与第三过滤器15a的入口及第四过滤器15b的入口相连通，第二低温介质主管道3d的入口与第三过滤器15a的出口及第四过滤器15b的出口相连通。

本发明还包括第一差压变送器11a、第二差压变送器11b、第三差压变送器21a及第四差压变送器21b；第一差压变送器11a的高压取压口与第一过滤器5a的入口相连通，第一差压变送器11a的低压取压口与第一过滤器5a的出口相连通；第二差压变送器11b的高压取压口与第二过滤器5b的入口相连通，第二差压变送器11b的低压取压口与第二过滤器5b的出口相连通；第三差压变送器21a的高压取压口与第三过滤器15a的入口相连通，第三差压变送器21a的低压取压口与第三过滤器15a的出口相连通；第四差压变送器21b的高压取压口与第四过滤器15b的入口相连通，第四差压变送器21b的低压取压口与第四过滤器15b的出口相连通。

其中，第一差压变送器11a的高压取压口与第一过滤器5a的入口通过第一引压管9a相连通，第一差压变送器11a的低压取压口与第一过滤器5a的出口通过第二引压管12a相连通；第二差压变送器11b的高压取压口与第二过滤器5b的入口通过第三引压管9b相连通，第二差压变送器11b的低压取压口与第二过滤器5b的出口通过第四引压管12b相连通；第三差压变送器21a的高压取压口与第三过滤器15a的入口通过第五引压管19a相连通，第三差压变送器21a的低压取压口与第三过滤器15a的出口通过第六引压管22a相连通；第四差压变送器21b的高压取压口与第四过滤器15b的入口通过第七引压管19b相连通，第四差压变送器21b的低压取压口与第四过滤器15b的出口通过第八引压管22b相连通。

另外，第一引压管9a上设置有第一根部阀10a；第二引压管12a上设置有第二根部阀13a；第三引压管9b上设置有第三根部阀10b；第四引压管12b上设置有第四根部阀13b；第五引压管19a上设置有第五根部阀20a；第六引压管22a上设置有第六根部阀23a；第七引压管19b上设置有第七根部阀20b；第八引压管22b上设置有第八根部阀23b，其中，第一引压管9a连通有第一放空管道7a；第三引压管9b连通有第二放空管道7b；第五引压管19a连通有第三放空管道17a；第七引压管19b连通有第四放空管道17b，第一放空管道7a上设置有第一放空阀8a；第二放空管道7b上设置有第二放空阀8b；第三放空管道17a上设置有第三放空阀18a；第四放空管道17b上设置有第四放空阀18b。

第一高温介质主管道2c的出口通过第一高温介质过滤管道2a与第一过滤器5a的入口相连通；第一高温介质主管道2c的出口通过第二高温介质过滤管道2b与第二过滤器5b的入口相连通；第一低温介质主管道3c的出口经第一低温介质过滤管道3a与第三过滤器15a的入口相连通，第一低温介质主管道3c的出口经第二低温介质过滤管道3b与第四过滤器15b的入口相连通，其中，第一高温介质过滤管道2a上设置有第一截断阀4a，第一过滤器5a的出口处设置有第二截断阀6a；第二高温介质过滤管道2b上设置有第三截断阀4b，第二过滤器5b的出口处设置有第四截断阀6b；第一低温介质过滤管道3a上设置有第五截断阀14a；第三过滤器15a的出口处设置有第六截断阀16a；第二低温介质过滤管道3b上设置有第七截断阀14b；第四过滤器15b的出口处设置有第八截断阀16b。

需要说明的是，本发明通过过滤器拦截、捕捉固体杂质，滤净传热介质；截断阀的作用为隔离过滤器，实现并联过滤管路的切换；差压变送器的作用为测量过滤器压降以判断其堵塞程度；根部阀的作用为隔离差压变送器，以方便检修；放空阀的作用为将过滤管路中介质放空，为拆装过滤器做好准备。

过滤器的材料及结构由工艺设计确定，过滤器的有效过滤面积为所相连管道横截面积的三倍以上，有效过滤面积越大过滤效果越好，但过滤器尺寸及造价也会增加，第一过滤器5a及第二过滤器5b的滤网孔径应不大于微通道板式换热器1的热侧微通道当量直径的三分之一，第三过滤器15a及第四过滤器15b的滤网孔径应不大于微通道板式换热器1的冷侧微通道当量直径的三分之一，滤网孔径越小对固体颗粒的拦截能力越强，能够捕捉到更小的固体颗粒，但滤网清理周期缩短，检修工作量增加。

本发明所述的微通道板式换热器过滤方法包括以下步骤：

高温介质经第一高温介质主管道2c进入到第一过滤系统过滤，再经第二高温介质主管道2d从微通道板式换热器1的换热器高温介质入口1a进入到微通道板式换热器1中；

低温介质经第一低温介质主管道3c进入到第二过滤系统中进行过滤，再经第二低温介质主管道3d从微通道板式换热器1的换热器低温介质入口1c进入到微通道板式换热器1中。

具体的，高温介质过滤段2的工作过程为：打开第一截断阀4a和第二截断阀6a、关闭第三截断阀4b和第四截断阀6b，此时第一过滤器5a投用，第二过滤器5b备用，高温介质流经第一高温介质主管道2c、第一高温介质过滤管道2a、第一截断阀4a、第一过滤器5a、第二截断阀6a、第二高温介质主管道2d后进入换热器高温介质入口1a，第一过滤器5a投用时，打开第一根部阀10a及第二根部阀13a，并关闭第一放空阀8a，利用第一差压变送器11a持续监视第一过滤器5a的进出口压差，当第一差压变送器11a检测得到的压差示值超出第一过滤器5a设计压降10倍以上时，则表明第一过滤器5a中的滤网堵塞严重，需要切换过滤器并处理堵塞滤网；切换过滤器时，先打开第三截断阀4b及第四截断阀6b，关闭第一截断阀4a和第二截断阀6a，此时第二过滤器5b投用，第一过滤器5a被隔离，高温介质流经第一高温介质主管道2c、第二高温介质过滤管道2b、第三截断阀4b、第二过滤器5b、第四截断阀6b、第二高温介质主管道2d后进入换热器高温介质入口1a，第二过滤器5b投用时，打开第三根部阀10b及第四根部阀13b，并关闭第二放空阀8b；第一过滤器5a被隔离后，打开第一放空阀8a，将第一截断阀4a和第二截断阀6a之间的管道泄压至常压，泄压完成后将第一过滤器5a拆下，清洗或更换滤网后回装，此时第一过滤器5a恢复为备用状态；第二过滤器5b投用、第一过滤器5a备用时，利用第二差压变送器11b持续监视第二过滤器5b的进出口压差，当第二差压变送器11b的压差示值超出第二过滤器5b设计压降10倍以上时，则表明第二过滤器5b中的滤网堵塞严重，需要重复前述过程切换过滤器并处理堵塞滤网。

低温介质过滤段3的操作步骤为：

首先打开第五截断阀14a和第六截断阀16a、关闭第七截断阀14b及第八截断阀16b，此时第三过滤器15a投用、第四过滤器15b备用，低温介质流经第一低温介质主管道3c、第一低温介质过滤管道3a、第五截断阀14a、第三过滤器15a、第六截断阀16a及第二低温介质主管道3d后进入换热器低温介质入口1c，当第三过滤器15a投用时，打开第五根部阀20a及第六根部阀23a，并关闭第三放空阀18a，利用第三差压变送器21a持续监视第三过滤器15a的进出口压差，当第三差压变送器21a的压差示值超出第三过滤器15a设计压降10倍以上时，则表明第三过滤器15a中的滤网堵塞严重，需要切换过滤器并处理堵塞滤网；切换过滤器时，先打开第七截断阀14b及第八截断阀16b，再关闭第五截断阀14a和第六截断阀16a，此时第四过滤器15b投用，第三过滤器15a被隔离，低温介质流经第一低温介质主管道3c、第二低温介质过滤管道3b、第七截断阀14b、第四过滤器15b、第八截断阀16b及第二低温介质主管道3d后进入换热器低温介质入口1c，第四过滤器15b投用时打开第七根部阀20b及第八根部阀23b，并关闭第四放空阀18b；第三过滤器15a被隔离后打开第三放空阀18a，将第五截断阀14a和第六截断阀16a之间的管道泄压至常压，泄压完成后将第三过滤器15a拆下，清洗或更换滤网后回装，此时第三过滤器15a恢复为备用状态；第四过滤器15b投用、第三过滤器15a备用时，利用第四差压变送器21b持续监视第四过滤器15b的进出口压差，当第四差压变送器21b的压差示值超出第四过滤器15b设计压降10倍以上时，则表明第四过滤器15b中的滤网堵塞严重，需要重复前述过程切换过滤器并处理堵塞滤网。

实施例一

超临界二氧化碳布雷顿循环中的回热器采用了微通道板式换热器型式，该换热器高、低温介质均为超临界二氧化碳，高温介质入口参数为8MPa、350℃，高温介质微通道当量直径为1.2mm，低温介质入口参数为20MPa、100℃，低温介质微通道当量直径为1mm，第一高温介质过滤管道2a、第二高温介质过滤管道2b和第一高温介质主管道2c及第二高温介质主管道2d为DN150规格的20#钢管，第一截断阀4a、第三截断阀4b、第二截断阀6a及第四截断阀6b为DN150规格的碳钢截止阀，第一过滤器5a及第二过滤器5b为采用法兰连接的50目不锈钢锥形滤网，其设计压降为0.04MPa，第一放空管道7a、第一引压管9a、第二引压管12a、第二放空管道7b、第三引压管9b及第四引压管12b为DN10规格的304不锈钢管，第一放空阀8a及第二放空阀8b为DN10规格的不锈钢截止阀，第一根部阀10a、第二根部阀13a、第三根部阀10b及第四根部阀13b为DN10规格的不锈钢针形阀，第一差压变送器11a及第二差压变送器11b的量程为0～2MPa，第一低温介质过滤管道3a、第二低温介质过滤管道3b、第一低温介质主管道3c及第二低温介质主管道3d为DN100规格的20#钢管，第五截断阀14a、第七截断阀14b、第六截断阀16a及第八截断阀16b为DN100规格的碳钢截止阀，第三过滤器15a及第四过滤器15b为采用法兰连接的60目不锈钢锥形滤网，其设计压降为0.03MPa，第三放空管道17a、第五引压管19a、第六引压管22a、第四放空管道17b、第七引压管19b及第八引压管22b为DN10规格的304不锈钢管，第三放空阀18a及第四放空阀18b为DN10规格的不锈钢截止阀，第五根部阀20a、第六根部阀23a、第七根部阀20b及第八根部阀23b为DN10规格的不锈钢针形阀，第三差压变送器21a及第四差压变送器21b的量程为0～1.5MPa。

在运行过程中，当第一差压变送器11a检测得到的压差示值超出0.4MPa时，则表明第一过滤器5a中的滤网堵塞严重；当第二差压变送器11b的压差示值超出0.4MPa时，则表明第二过滤器5b中的滤网堵塞严重。

第三差压变送器21a的压差示值超出0.3MPa时，则表明第三过滤器15a中的滤网堵塞严重；当第四差压变送器21b的压差示值超出0.3MPa时，则表明第四过滤器15b中的滤网堵塞严重。