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换热器的结垢与清洗

2020-03-25

换热器结垢的原因和类型主要有流体速度、流体性质、传热壁温和换热设备参数等;结垢的基本类型有结晶结垢、颗粒结垢、化学反应结垢、腐蚀结垢、生物结垢和凝固结垢等;常用的除垢方法有机械清洗、物理清洗和化学清洗学习清洗。

换热器是一种将热流体换热为冷流体的设备。它广泛应用于化工、炼油、电力等工业领域。污垢是一种非常普遍的现象,广泛存在于各种传热过程中。这是许多换热设备遇到的问题。

换热器的防垢清洗是一个亟待解决的问题。污垢沉积具有较高的热阻,大大降低了传热速率。有时污垢的存在会使传热面积增加100%。采用水质良好的淡水冷却,一年后污垢厚度达到2——3mm。而污垢热导率较低的是钢的1/30~1/50,严重影响换热器的换热效率。据garrett——price121统计,美国换热器结垢每年造成的损失高达80——100亿美元。污垢会引起垢下腐蚀,增加流体阻力,降低有效容积。换热器的污垢清洗问题亟待解决。

1、结垢的原因很多,如流体速度、流体性质、流体流动状态、换热设备参数等,对结垢的形成有一定的影响。分析影响结垢的因素是一项非常复杂的工作。

从应用的角度,找出了有效解决缩放问题的主要原因。对于特定的流体,热交换器中污垢的主要原因如下:

(1)流体的流速。流体的流速受传热传质和机械力的影响,对污垢的影响是非常复杂的。实际上,流速对不同类型污垢的影响是不同的,对不同类型换热设备的影响也是不同的。在换热器中,应考虑流速对污垢的影响。对于各种污垢,流速的增加比污垢沉积引起的侵蚀速率的增加更为显著,污垢的增长速率随流速的增加而减小。在实际运行中,流量的增加会增加能耗。流量越大,流量越大。综合考虑能耗和污垢。

(2)流体性质。流体的性质包括流体本身的性质和不溶于流体并被流体夹带的各种物质的性质。在冷却水系统中,水质特性对污垢沉积起着关键作用。含盐等物质时,由于温度和浓度的变化,可能发生结晶;含不溶性气体时,会影响金属表面的腐蚀;含微生物和营养物质时,会影响生物结垢。

(3)传热壁温。流体温度的传热系数决定了界面温度。化学反应速度取决于温度,生物结垢取决于温度,流体温度的升高一般会导致化学反应速度和生物结垢速度的提高,从而影响结垢的沉积并导致结垢增长速度的增加。

(4)换热设备参数。一是换热表面材料:结垢与材料之间有很大关系。结果表明,J,Cu合金材料对生物结垢有抑制作用。但是,对于其他常用的碳钢和不锈钢,结垢只受腐蚀产物沉积的影响,如果使用耐蚀性好的石墨陶瓷等非金属材料,就不容易结垢。

二是换热表面状态:换热表面材料的表面质量会影响污垢的形成和沉积,且表面粗糙度较大,有利于污垢的形成和沉积。

三是换热器结构:经验表明,普通板式换热器和螺旋板式换热器的抗垢性能优于管壳式换热器。

污垢的类型对于常用的换热器而言,根据结垢机理,一般将污垢分为以下几类:

(1)结晶结垢:是指溶解在过饱和流动液体中的无机盐结晶在换热器表面形成的结垢,称为结晶结垢。规模在工业设备中很常见。在水冷系统中,水的过饱和钙、镁盐温度、pH值等变化会从水中结晶并沉积在换热器表面,形成水垢。

(2)微粒型污垢:流体系统中悬浮的固体颗粒如砂粒、灰尘、炭黑,在换热面上的积聚而形成的污垢。

(3)化学反应污垢:加热表面与流体之间,由于自氧化和聚合反应即化学反应而造成的沉积物形成。

(4) 腐蚀性污垢:流体中含有腐蚀性杂质,腐蚀换热表面,产生沉积在换热表面的腐蚀产物,形成污垢。

(5) 生物结垢:是由微生物群落排泄物、化学污染物、污泥等成分附着在换热管壁上形成的粘性沉积物,称为生物结垢。

(6)凝固污垢:在过冷的换热面上,清洁液体或多组分溶液的高溶解组分凝固沉积而形成的污垢。以上的分类只是表明了某个过程对形成该类污垢是一个主要过程,结垢往往是多种过程的共同作用结果而且相互影响,换热面上的实际污垢中,常常是多种污垢混合在一起的。不过为了研究的简化,有必要先就单一污垢进行研究。