化工企業(yè)換熱器結(jié)垢成因及應(yīng)對措施

劉博(南京福邦特東方化工有限公司，江蘇 南京 210048)

1 換熱器的技術(shù)原理

換熱器在化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，主要用于加熱、預(yù)熱、過熱、蒸發(fā)以及制冷等操作，其工作原理是將熱流體的部分熱量向冷流體傳遞，確保工業(yè)生產(chǎn)過程中所需要的流體能夠達(dá)到預(yù)期溫度。當(dāng)前化工企業(yè)常用的換熱器換熱形式主要分為蓄熱式換熱、流體連接式換熱、表面式換熱、直接接觸式換熱與復(fù)合型換熱等多種類型。

2 換熱器出現(xiàn)結(jié)垢的具體原因

2.1 析出污垢

大部分換熱器在換熱過程中都是以水為載熱體，水溫身高或流體濃度較高時，原本溶于水中的鈣離子與鎂離子等，會析出微溶于水的鈣鹽與鎂鹽，并附著于換熱器的表面，最終形成水垢，緊貼在換熱器表面，難以清除。

2.2 微粒污垢

灰塵、炭黑及砂粒等懸浮于流體系統(tǒng)中的固體顆粒，在換熱器的表面凝聚形成的污垢，稱之為微粒污垢。

2.3 化學(xué)反應(yīng)污垢

在流體和加熱表面之間，出現(xiàn)氧化與聚合反應(yīng)所產(chǎn)生的沉淀物，附著于換熱器表面，稱之為化學(xué)反應(yīng)污垢。

2.4 腐蝕污垢

因為流體自身存在的腐蝕性、或其中含有存在腐蝕性特點的雜質(zhì)，導(dǎo)致?lián)Q熱器表面被腐蝕，所形成的腐蝕物沉淀于換熱器的表面，稱之為腐蝕污垢。

2.5 生物污垢

流體中存在的微生物群體和其所產(chǎn)生的排泄物、化學(xué)污染

物和泥漿等成分，共同粘附在換熱器表面，形成膠狀沉淀物，此稱之為生物型污垢。

2.6 凝固污垢

弱換熱器的自身溫度過低，清潔液體或多組分溶液的高溶解分解凝固沉淀所形成的污垢，稱之為凝固污垢。

3 化工企業(yè)換熱器清除結(jié)垢的具體措施

3.1 化學(xué)清洗

應(yīng)用化學(xué)清洗液，與換熱器表面存在的結(jié)垢進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到促進(jìn)污垢溶解、脫離和剝離的目的。化學(xué)清洗模式無需對換熱器進(jìn)行拆解，使得清洗流程大大簡化，清洗難度大幅下降。但如果未能合理選擇化學(xué)清洗液，很可能出現(xiàn)換熱器表面被腐蝕破壞的情況。化學(xué)清洗劑一般分為三類：第一，以溶解方式去除表面污垢；第二，以表面活性劑去除表面污垢；第三，以化學(xué)反應(yīng)的形式去除表面污垢。常用的清洗方法分為三種：第一，循環(huán)法。應(yīng)用水泵使得清洗液在換熱器表面循環(huán)清洗。第二，浸漬法。讓清洗液充滿換熱器表面，靜置一段時間后，污垢能夠自由脫離；第三，浪涌法。在換熱器設(shè)備中充滿清洗液，每隔一段時間，從底部放出部分清洗液，再將所放出的清洗液裝回設(shè)備內(nèi)，實現(xiàn)攪拌清洗的目的。在進(jìn)行化學(xué)清洗時，其溶液一般維持0.8～1.2 m/s的流速，達(dá)到增加溶液湍流程度的目的。對于不同污垢，需要合理選擇對應(yīng)的化學(xué)清洗液。例如水垢，可使用5%的硝酸溶液。純堿形成的結(jié)垢，可使用5%的鹽酸溶液。但不應(yīng)當(dāng)使用能夠?qū)Π迤a(chǎn)生腐蝕的化學(xué)液體進(jìn)行清洗。嚴(yán)格禁止以鹽酸清洗不銹鋼金屬板片[1]。

3.2 物理清洗

該清洗方式，是通過應(yīng)用機械外力和能量，達(dá)到粉碎污垢、從換熱器表面剝離污垢的目的。高效、安全、環(huán)保和無腐蝕是物理清洗方式的主要特點。但由于物理清洗方式難以作用于微小的區(qū)域，導(dǎo)致清洗結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的設(shè)備內(nèi)部時，可能會出現(xiàn)清潔死角。當(dāng)前PIG清管技術(shù)、電場除垢技術(shù)及超聲波除垢等都屬于較為常見的物理清洗方式。

3.3 應(yīng)用高壓水噴射清洗

借助柱塞泵所形成的高壓水流，通過特殊噴嘴后，向結(jié)垢層噴射，具有效率高、清除徹底等優(yōu)勢，但存在裝機容器較大、耗水量較多的缺點。

3.4 超聲波除垢

該除垢方式主要應(yīng)用超聲波生產(chǎn)，改變流體中結(jié)垢物質(zhì)的化學(xué)性能及物理形態(tài)，使得結(jié)垢最終分散、粉碎、松散并脫落，達(dá)到清潔換熱器表面的目的。當(dāng)前超聲波除垢原理主要是空化、活化、剪切及抑制效應(yīng)。

3.5 管道內(nèi)部移動式除垢機具

當(dāng)前的管道內(nèi)部移動式除垢機具具有質(zhì)量好、除垢效率高等特點，適宜被應(yīng)用于輸送化工液體或水的管道的除垢。根據(jù)驅(qū)動形式進(jìn)行區(qū)分，可以將此類設(shè)備分為壓縮空氣驅(qū)動、電力驅(qū)動和液力驅(qū)動等多種形式。

3.6 機械清洗

該清洗模式是應(yīng)用機械設(shè)備，施加大于結(jié)垢附著力的力，使得結(jié)垢能夠從換熱器表面脫離。該清洗方式可以有效去除化學(xué)方法所無法處理的硬質(zhì)垢及碳化污垢，但應(yīng)用此清潔方式，需要清理5～10遍，才能夠達(dá)到預(yù)期效果，整體清潔效率較低、質(zhì)量較差。當(dāng)前機械清洗模式最常應(yīng)用于直管清洗中。第一，提前準(zhǔn)備好水源及空壓機，將換熱器水管上的短接頭拆除；第二，將換熱器封頭的緊固螺栓拆除，旋轉(zhuǎn)封頭180°，將傳熱管露出；第三，在傳熱管中插入尼龍刷，確保尼龍刷自帶的氣堵完全進(jìn)入；第四，在傳熱管口插入氣槍口，確保氣槍水平端持，讓氣槍口上的密封墊片被壓緊；第五，將氣槍上的氣閥打開，通過壓縮空氣推動尼龍刷向前行走，在尼龍刷到達(dá)傳熱管的另一端后，關(guān)閉氣閥；第六，重復(fù)上一步驟，從換熱器的另一端，將尼龍刷推回，如此往復(fù)三遍以上；第七，使用0.3 MPa的水流對傳熱管進(jìn)行沖洗；第八，對后續(xù)所需清洗的傳熱管，重復(fù)上述步驟，確保所有傳熱管都被清洗完畢；第九，對傳熱管內(nèi)部的管壁顏色進(jìn)行檢查，如可以直觀看到銅材質(zhì)的本色，則可確認(rèn)為清洗符合要求；第十，擰回封頭，并對封頭的密封墊片進(jìn)行檢查，確保洗完好且平整，緊固換熱器封頭的螺栓，鏈接上換熱器水管的短接頭；第十一，對作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行清理[2]。在使用機械清洗方式清洗不銹鋼片時，不應(yīng)當(dāng)使用碳鋼刷子進(jìn)行清洗，避免促進(jìn)板片腐蝕。在清洗完畢后，需要用清水沖洗并擦干，妥善放置，避免變形。

3.7 微生物清洗模式與工藝

該模式主要借助微生物分解換熱器表面所附著的油污結(jié)垢，并且將其轉(zhuǎn)化為無毒無害的水溶性物質(zhì)。該清洗模式能夠?qū)⒂袡C物、油污等附著物徹底分解，所以其本質(zhì)上屬于環(huán)保型清潔技術(shù)。目前主要有兩種清洗工藝如表1所示。

4 換熱器結(jié)垢的預(yù)防措施

在運行換熱器時，為滿足生產(chǎn)工藝需求，需要流速進(jìn)行調(diào)整，從而使得實際使用條件與設(shè)計條件之間存在巨大差異，對此應(yīng)當(dāng)通過合理設(shè)置旁路系統(tǒng)，盡可能確保換熱器處于設(shè)計流速和溫度狀態(tài)下運行，以提高其穩(wěn)定運行時間，延緩污垢的形成；應(yīng)用參數(shù)控制時，進(jìn)口物料條件可能出現(xiàn)調(diào)整，所以需要對流體中的結(jié)垢物質(zhì)含量、顆粒大小與流體pH值定期測試；針對結(jié)垢機理的不同，需要合理應(yīng)用不同添加劑，達(dá)到清除或抑制結(jié)垢的目的。如：結(jié)晶改良劑、分散劑、生物滅劑及抑制劑、緩釋劑、絮凝劑、化學(xué)反應(yīng)抑制劑和燃燒系統(tǒng)中抑制積碳等結(jié)垢的添加劑等；隨著流體中結(jié)構(gòu)物質(zhì)濃度的增加，結(jié)垢速度也會顯著加快，對此可以采取過濾、凝聚和沉淀的方式去除顆粒污垢。應(yīng)用離子交換或化學(xué)處理的方式切除結(jié)疤類物質(zhì)。使用磁場、超聲波、紫外線、電廠和輻射等達(dá)到殺滅流體中細(xì)菌的目的，其中超聲波能夠?qū)ι镂酃笇崿F(xiàn)有效抑制；要加強控制換熱器的水質(zhì)，定期檢查系統(tǒng)中的水及軟化罐中的軟化水情況，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，才可應(yīng)用于換熱器工作；化工企業(yè)在新增設(shè)備后，需要將供熱系統(tǒng)和換熱器分離，確定了其循環(huán)工作一段時間后，再將換熱器與之連接，避免管網(wǎng)中存在的雜質(zhì)進(jìn)入換熱器中；換熱器工作過程中，除了學(xué)校對供熱系統(tǒng)的過濾器以及除污器定期清理以外，還需要持續(xù)保持供熱管網(wǎng)的清潔，避免出現(xiàn)堵塞換熱器的情況[3]。

5 結(jié)語

在化工企業(yè)生產(chǎn)中，換熱器是其中極為重要的設(shè)備之一，在生產(chǎn)過程中作用重大。所以要求相關(guān)技術(shù)人員必須深入研究對換熱器的研究，應(yīng)用正確的換熱器使用和維護(hù)方法，確保其能夠持續(xù)保持高效運行。同時需要積極學(xué)習(xí)和了解行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，通過引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備設(shè)施的方式，升級現(xiàn)有的熱水器設(shè)備，以有效提升換熱器的工作效率，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的同時，降低對于相關(guān)能源的消耗量，提高生產(chǎn)效益，促進(jìn)企業(yè)的綠色、健康發(fā)展。