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換熱器發生結垢的原因分析和處理方法

 

　　換熱器是工廠車間應用廣泛的熱交換設備，工廠每年因處理換熱器的結垢而耗資巨大，問題嚴重時還會影響安全生產的進行。根據結垢層沉積的機理，可將污垢分為顆粒污垢、結晶污垢、化學反應污垢、腐蝕污垢、生物污垢等。

1) 顆粒污垢：懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚。這種污垢也包括較大固態微粒在水平換熱面上因重力作用形成的沉淀層，即所謂沉淀污垢和其他膠體微粒的沉積。

2) 結晶污垢：溶解于流體中的無機鹽在換熱表面上結晶而形成的沉積物，通常發生在過飽和或冷卻時。典型的污垢如冷卻水側的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結垢層。

3) 化學反應污垢：在傳熱表面上進行化學反應而產生的污垢，傳熱面材料不參加反應，但可作為化學反應的一種催化劑。

4) 腐蝕污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質對換熱表面腐蝕而產生的污垢。通常，腐蝕程度取決于流體中的成分、溫度及被處理流體的 pH 值。

5) 生物污垢：除海水冷卻裝置外，一般生物污垢均指微生物污垢。其可能產生粘泥，而粘泥反過來又為生物污垢的繁殖提供了條件，這種污垢對溫度很敏感，在適宜的溫度條件下，生物污垢可生成可觀厚度的污垢層。

6) 凝固污垢：流體在過冷的換熱面上凝固而形成的污垢。例如當水低于冰點而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均勻與否對這種污垢影響很大。

　　防止結垢的技術應考慮以下幾點： 1) 防止結垢形成 ;2) 防止結垢后物質之間的粘結及其在傳熱表面上的沉積 ;3) 從傳熱表面上除去沉積物。

　　防止結垢采取的措施包括以下幾個方面：

1 設計階段應采取的措施

　　在換熱器的設計階段，考慮潛在污垢時的設計，應考慮如下 6 個方面： 1) 換熱器容易清洗和維修 ( 如板式換熱器 );2) 換熱設備安裝后，清洗污垢時不需拆卸設備，即能在工作現場進行清洗 ;3) 應取最少的死區和低流速區 ;4) 換熱器內流速分布應均勻，以避免較大的速度梯度，確保溫度分布均勻 ( 如折流板區 );5) 在保證合理的壓力降和不造成腐蝕的前提下，提高流速有助于減少污垢 ;6) 應考慮換熱表面溫度對污垢形成的影響。

2 運行階段污垢的控制

1) 維持設計條件 由于在設計換熱器時，采用了過余的換熱面積，在運行時，為滿足工藝需要，需調節流速和溫度，從而與設計條件不同，然而應通過旁路系統盡量維持設計條件 ( 流速和溫度 ) 以延長運行時間，推遲污垢的發生。 2) 運行參數控制 在換熱器運行時，進口物料條件可能變化，因此要定期測試流體中結垢物質的含量、顆粒大小和液體的 pH 值。 3) 維修措施良好 換熱設備維修過程中產生的焊點、劃痕等可能加速結垢過程形成，流速分布不均可能加速腐蝕，流體泄漏到冷卻水中，可為微生物提供營養，對空氣冷卻器周圍空氣中灰塵缺少排除措施，能加速顆粒沉積和換熱器的化學反應結垢的形成。用不潔凈的水進行水壓試驗，可引起腐蝕污垢的加速形成。 4) 使用添加劑 針對不同類型結垢機理，可用不同的添加劑來減少或消除結垢形成。如生物滅劑和抑制劑、結晶改良劑、分散劑、絮凝劑、緩蝕劑、化學反應抑制劑和適用于燃燒系統中防止結垢的添加劑等。 5) 減少流體中結垢物質濃度 通常，結垢隨著流體中結垢物質濃度的增加而增強，對于顆粒污垢可通過過濾、凝聚與沉淀來去除 ; 對于結疤類物質，可通過離子交換或化學處理來去除 ; 紫外線、超聲、磁場、電場和輻射處理紫外線對殺死細菌非常有效，超強超聲可有效抑制生物污垢，現在的研究還有磁場、電場和輻射處理裝置，結論有待進一步研究。

3 化學或機械清洗技術

　　化學清洗技術是一種廣泛應用的方法，有時在設備運行時，也能進行清洗，但其主要缺點是化學清洗液不穩定，對換熱器和連結管處有腐蝕。機械清洗技術通常用在除去殼側的污垢，先將管束取出，沉浸在不同的液體中，使污垢泡軟、松動，然后用機械方法除去垢層。

4 機械在線除垢技術

1) 使用磨粒 在流體中加入固體顆粒來摩擦換熱器表面，以清除污垢，但對換熱器表面易產生腐蝕。 2) 海綿膠球連續除垢主要應用于電站凝汽器中冷卻水側的污垢清除，海綿膠球在換熱器管內通過泵打循環，膠球比管子直徑略大，通過管子的每只膠球輕微地壓迫管壁，在運動中擦除沉積物。 3) 自動刷洗 換熱器管道刷洗設施由 2 個外罩和 1 個尼龍刷組成，外罩安裝在每根管的兩端，改變水流方向可使刷子沿管道前后推進刷洗。水流換向可使刷子沿管道前推刷洗。水流換向由壓縮空氣驅動并定時控制聯結在管道上的四通閥來完成。