淺論循環(huán)水流速對(duì)換熱器的影響及應(yīng)對(duì)措施

華文鋒

摘要：通過對(duì)影響煤化工換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行的原因分析，重點(diǎn)探討循環(huán)水流速對(duì)換熱器的重要影響，加強(qiáng)換熱器循環(huán)水流速監(jiān)控，保證正常流速是保持換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行重要措施。

關(guān)鍵詞：流速;換熱器;影響;措施;

1引言

在煤化工生產(chǎn)中，為了工藝需要，常常需要把低溫液體加熱或把高溫液體冷卻，多數(shù)需要通過循環(huán)水傳遞熱量來實(shí)現(xiàn)。維護(hù)好可運(yùn)行二至三年才大修，提高生產(chǎn)效率。因此，換熱器在化工生產(chǎn)中具有非常重要的地位，保持換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行意義重大。

2影響換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行的原因

2.1循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)不合格造成換熱器運(yùn)行時(shí)間短

目前，煤化工行業(yè)循環(huán)水換熱器存在的主要問題是腐蝕、結(jié)垢、黏泥沉積問題，這也是循環(huán)水處理最終要解決的問題。換熱器一旦出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕、結(jié)垢、就會(huì)造成列管堵塞、或造成腐蝕泄漏進(jìn)而循環(huán)水被工藝介質(zhì)污染，就需要停車檢修，很大程度上影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.2循環(huán)水流速對(duì)列管式換熱器的影響

針對(duì)列管式換熱器，分水走管程和水走殼程兩種，主要包括流速和進(jìn)出水溫度兩項(xiàng)指標(biāo)。國標(biāo)GB/T50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)間冷開式循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)作了以下規(guī)定：循環(huán)冷卻水在管程換熱器的流速應(yīng)大于1m/s;循環(huán)冷卻水在殼程換熱器的流速應(yīng)大于0.3m/s;設(shè)備傳熱面冷卻水側(cè)壁溫不宜高于70℃，冷卻水出水溫度宜小于45℃。有關(guān)研究證明當(dāng)管程流速小于1m/s或殼程小于0.3m/s的換熱器普遍存在污垢和垢下腐蝕的問題。通常換熱器的進(jìn)出水溫差宜控制在6-10℃比較合適，換熱效果會(huì)好。出水溫度過高會(huì)造成結(jié)垢或阻垢藥劑失效，因此加強(qiáng)對(duì)換熱器流速和溫度監(jiān)控意義非常大。

2.2.1檢測(cè)并拆檢換熱器進(jìn)行流速影響分析

為查找循環(huán)水流速對(duì)換熱器的影響，我們?cè)诖笮耷皟蓚€(gè)月抽取了客戶6臺(tái)列管式換熱器作為重點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)分析，分水走管程式和殼程式各3臺(tái)，并對(duì)換熱器進(jìn)行了編號(hào)。換熱器冷卻水進(jìn)出水溫差均在6-10℃范圍內(nèi)，出水溫度均在45℃以下的范圍。并連續(xù)對(duì)兩個(gè)月的流速進(jìn)行了記錄，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)換熱器在流速達(dá)標(biāo)的狀況下，流速數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)不太明顯，當(dāng)流速越低時(shí)變化趨勢(shì)越快，流速下降率越高。因隨后到達(dá)大修周期，我們繼續(xù)跟蹤了客戶對(duì)換熱器的拆檢清洗工作。發(fā)現(xiàn)編號(hào)1、3、5、6號(hào)流速偏低的換熱器結(jié)垢現(xiàn)象明顯，水走管程式列管因結(jié)垢變窄，水走殼程式列管外壁附垢明顯。而編號(hào)2、4流速達(dá)標(biāo)的換熱器無明顯結(jié)垢現(xiàn)象。結(jié)合這些檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)流速低容易形成結(jié)垢，也會(huì)加速形成結(jié)垢。流速的判定標(biāo)準(zhǔn)：水走管程式以列管內(nèi)的水流速為準(zhǔn)，水走殼程式以列管內(nèi)的水流速為準(zhǔn)。

當(dāng)前，化工行業(yè)普遍使用超聲波流量計(jì)對(duì)換熱器流量流速進(jìn)行檢測(cè)，它的主要原理是超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息，通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速，從而換算出流量。換熱器流速的計(jì)算常用進(jìn)出水流量除以換熱器中水通過的總截面積，得到單位面積的流速。通常用以下公式：

V=H/（N*￠1/n）;（水走管程）①

V=H/（S-N*￠2）;（水走殼程）②

公式中V：流速;H：換熱器進(jìn)（出）水流量;N：列管數(shù)量，n為程數(shù);￠1：?jiǎn)蝹€(gè)列管內(nèi)徑面積;￠2：?jiǎn)蝹€(gè)列管外徑面積;S：換熱器筒體截面內(nèi)徑面積。

2.2.2利用監(jiān)測(cè)換熱器進(jìn)行流速影響分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證流速對(duì)換熱器的影響，公司又利用監(jiān)測(cè)換熱器進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，對(duì)兩種同樣的監(jiān)測(cè)換熱器在相同的飽和蒸汽介質(zhì)壓力下，進(jìn)出水水溫、溫差均符合標(biāo)準(zhǔn)，流速分別在0.5米/秒，1米/秒的條件下，連續(xù)運(yùn)行兩個(gè)月，發(fā)現(xiàn)流速低的有明顯結(jié)垢和物質(zhì)粘附現(xiàn)象。并通過稱重計(jì)算粘附速率分別為19mg/（cm2﹒月）、10mg/（cm2﹒月）、流速低的粘附速率較高，未達(dá)標(biāo);反之流速高的，粘附速率低。國標(biāo)規(guī)定粘附速率不高于15mg/（cm2﹒月）。通過以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)再次證明，換熱器內(nèi)循環(huán)水流速低容易產(chǎn)生結(jié)垢，并且粘附速率較快。針對(duì)進(jìn)出水溫差對(duì)換熱器的影響，我們同樣采用監(jiān)測(cè)換熱器進(jìn)行簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，并調(diào)節(jié)蒸汽介質(zhì)壓力，不同進(jìn)出水溫差和相同流速條件下，發(fā)現(xiàn)溫差大，出水溫度高結(jié)垢傾向明顯。通過實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證了低流速，進(jìn)出水溫差大對(duì)換熱器會(huì)產(chǎn)生較大結(jié)垢影響。

3保持換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要措施

3.1加強(qiáng)對(duì)換熱器流速和溫度的日常監(jiān)控

為保持換熱器正常運(yùn)行，至少應(yīng)每月對(duì)換熱器流速進(jìn)行兩次檢測(cè)，掌握流速變化趨勢(shì)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)出水閥門，進(jìn)出水量使其符合標(biāo)準(zhǔn)流速，保持良好的運(yùn)行工況。建立臺(tái)賬收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，加強(qiáng)進(jìn)數(shù)據(jù)分析。同時(shí)，采取一些必要的措施穩(wěn)定流速和溫度。另外還要加強(qiáng)日常檢查維護(hù)，避免因其它原因造成水溫過高，形成結(jié)垢、腐蝕，或藥劑失效。最后，在投用前還要做好換熱器的清洗和預(yù)膜工作，為延長(zhǎng)使用周期打好基礎(chǔ)。

3.2加強(qiáng)對(duì)循環(huán)水日常指標(biāo)的管理

保持換熱器的長(zhǎng)周期運(yùn)行，間接上要加強(qiáng)對(duì)循環(huán)水水質(zhì)的管理。首先要對(duì)濁度、堿度和鈣硬、PH值、總鐵等影響結(jié)垢腐蝕主要指標(biāo)的管控，通過加酸堿、調(diào)節(jié)補(bǔ)排水濃縮倍數(shù)來控制離子濃度。其次，要保證阻垢緩蝕劑的藥劑效果，實(shí)現(xiàn)加藥量和藥劑濃度的在線監(jiān)控。再次，要防止工藝介質(zhì)泄露造成水體污染滋生微生物，造成堵塞或垢下腐蝕。

3.3加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)換熱器的日常檢查

監(jiān)測(cè)換熱器是模擬生產(chǎn)中的關(guān)鍵換熱器操作參數(shù)，是模擬用的小型換熱器，通過觀察和定期檢測(cè)監(jiān)測(cè)試片腐蝕結(jié)垢情況判斷生產(chǎn)換熱器的腐蝕結(jié)垢狀況。

4效果檢查

我們對(duì)出現(xiàn)問題的換熱器進(jìn)行了大修清洗，投入使用后進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控，使之保持正常運(yùn)行工況，持續(xù)幾個(gè)月的時(shí)間觀察，發(fā)現(xiàn)流速無明顯下降趨勢(shì)。同時(shí)加強(qiáng)水質(zhì)管控，保持穩(wěn)定合格的循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)。隨后對(duì)換熱器進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)未出現(xiàn)結(jié)垢腐蝕現(xiàn)象。

結(jié)語

從影響換熱器長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素分析可見，循環(huán)水流速和溫度對(duì)換熱器的正常運(yùn)行有重要影響，本文重點(diǎn)分析流速低對(duì)列管換熱器的影響，加強(qiáng)換熱器流速監(jiān)控的措施及意義。它帶來的直接效應(yīng)是延長(zhǎng)換熱器運(yùn)行周期，減少換熱器停車檢修頻次、節(jié)約清洗維修費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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