欢迎来到工业设备清洗全产业链平台 - 清洗联盟平台! 客服热线:400-0530-897 APP客户端下载

换热器清洗技术

2019-10-14 09:03:27浏览:11 来源:清洗联盟   

联系在线客服,免费下载本资料文档,若您需要下载其他网络资源,也可求助客服哦~ 点击联系客服

换热器清洗技术


1 概述

换热器是一种结构紧凑、高效的换热设备,被广 泛应用于冶金、石油 、制药、船舶 、纺织化工、医药 、食 品等行业, 是实现加热、冷却 、热回收 、快速灭菌等用 途的优良设备。但是, 由于换热器长期运行 ,用来冷 却或加热侧纯净程度的不同以及工艺介质本身性质 的差异导致换热器结垢已成必然 ,同时因换热器本 身结构特点及规格型号的不同 ,导致结垢程度也不 一样, 结垢后使内部通道截面变小甚至堵塞, 造成换 热器换热效率降低, 从而影响生产的正常进行和设 备的安全 。因此, 换热器应定期进行清洗, 除掉污 垢 ,以保证换热器的高效换热和生产的正常进行 。 在结垢严重 、成分复杂的情况下 ,一般普通的物理方 法不易清洗 ,且拆洗过程费时费力, 本文针对换热器 着重研究了化学清洗的工艺 ,此工艺简单, 费用相对 物理清洗可能较高 , 但省时省力 , 处理效果相对较 好 ,应用很多 。

2 换热器结垢分析及清洗

2.1 结垢原因

结垢原因主要有 3种情况 :1)因为常用换热换热器大多是以水为载热体的换热系统 ,由于某些 盐类在温度升高及浓度较高时从水中析出, 附着于 换热管表面 ,形成水垢 ,随着使用时间及频率的增加 积垢层逐渐变厚 、变硬, 紧紧地附着于换热管表面 上 ;2)如同水垢一样,换热器的另一侧流体由于物质 本身的性质可能出现非水垢类固体析出物, 长期不 处理会越来越多积累在换热管面;3)当流体所含的 机械杂质有机物较多而流体的流速又较小时, 部分 机械杂质或有机物也会在换热器内沉积, 形成疏松、 多孔或胶状污垢 。

2.2 结垢种类

对于常用的换热器而言 。根据结垢机理, 我们 一般将结垢分为以下几类 : (1)类析晶结垢 :如水冷却系统, 由于水中过饱 和的钙、镁盐类由于温度 、pH等变化而从水中结晶 沉积在换热器表面,而形成了水垢; (2)粒结垢 :流体中悬浮的同体颗粒在换热面 上的积聚; (3)化学反应结垢 :由于化学反应而造成的同 体沉积 ; (4)腐蚀结垢:换热介质腐蚀换热面 ,产生腐蚀 产物沉积于受热面上而形成污垢; (5)生物结垢:对于常用的冷却水系统来讲 ,工 业水巾往往含有微生物及其所需的营养 ,这些微生 物群体繁殖 ,其群体及其排泄物同泥浆等在换热表 面形成生物垢; (6)凝同结垢 :在过冷的换热面上 , 纯液体或 多组分溶液的高溶解组分凝同沉积 。以上的分类 只是表明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, 因此换 热面上的实际污垢, 常常是多种污垢混合在一起 的 。

2.3 影响结垢因素

影响结垢的因素有很多,如流体速度 、流体流动 状态、流体组分的组成和含量以及换热器的结构等 都对污垢的形成有一定的影响 ,从应用角度考虑 ,我 们只有找出主要因素才能使结垢问题得到有效解 决 。对于某一流体而言 , 影响换热器结垢的主要因 素有以下几个方面: (1)流体的流动速度:在换热器中, 流速对污垢 的影响应该同时考虑其对污垢沉积和污垢剥蚀的影 响 ,对于各类污垢, 由于流速增大引起剥蚀率的增大 较污垢沉积的速率更为显著 , 所以污垢增长率随着 流速的增大而减小 。但是在换热器的实际运行中 , 流速的增加将增大能耗, 所以, 流速也不是越高越 好 ,应就能耗和污垢两个方面来综合考虑 。 (2)传热壁面的温度 :温度对于化学反应结垢 和盐类析晶结垢有着重要的作用 , 流体温度的增 加一般会导致化学反应速度和结晶速度的增大 , 从而对污垢的沉积量产生影响 , 导致污垢增长率 升高 。 (3)换热面材料和表面质量:对于常用的碳钢 、 不锈钢而言 ,腐蚀产物的沉积会影响结垢;而如果采 用耐蚀性能良好的石墨或陶瓷等非金属材料 ,则不 易发生结垢 。换热面材料的表面质量会影响污垢的 形成和沉积 ,表面粗糙度越大, 越有利于污垢的形成 和沉积 。

2.4 一般换热器清洗的部位

因为换热器大多是以水或蒸汽为载热体的换热 系统, 故在清洗时划分为水 (蒸汽)侧及介质侧 ,最为 普遍常见的换热器是列管式换热器 , 主要清洗其管 程或壳程。

2.5 结垢不清洗的危害及影响

2.5.1 结垢使设备热交换效率大幅下降, 能源消耗 大幅增加,生产成本上升 热交换设备中结生的污垢 ,随着化学成分的不 同 ,其导热系数也有较大的差异 。污垢的导热系数 一般在为 0.4 ~ 0.6kcal/(m· h· ℃)之间 即 0.464 ~ 0.696W/(m· K), 仅为钢铁导热系数的 1 / 40 ~ 1/80。是铜导热系数的 1 /300。也就是说, 1mm 厚水垢的传热能力和 40 ~ 80mm厚钢板 、300mm厚 铜板差不多 。 由于污垢的导热系数极小, 结垢会严重影响热 交换设备的传热性能 , 使生产能源消耗量大幅度上 升 。国内外大量热工试验结果表明, 设备传热表面 积结 1mm厚水垢 , 热交换设备就会多消耗 8% ~ 10%的能源 。也就是说 , 1mm厚的水垢 ,可以使燃煤 锅炉多烧 10%的煤炭, 从而导致工业产品生产成本 费用大幅度上升 。

2.5.2 结垢使换热设备热传导工况恶化, 传热面超 温过热 ,引发鼓疱 、裂纹、爆管等安全事故 由于污垢的传热能力级差 ,设备传热面结垢后, 高温侧的温度不能被快速传导到低温介质中, 使传 热面金属壁温持续上升并达到蠕变温度 。当金属壁 温达到或超过蠕变温度后 , 金属的机械性能 (如韧 性 、塑性 )明显恶化 , 抗拉强度、抗压强度大幅度下 降 ,很容易被高温烧损变形 。在设备带压运行的状 态下, 过热管壁因耐压强度大幅下降而出现鼓疱 、裂 纹 、泄漏甚至爆管的运行安全事故 。根据国内部分 省市技术监督部门的统计 , 锅炉事故中因结垢和水 质引起的事故占到了 60%以上 。

2.5.3 结垢会引发垢下腐蚀损伤, 造成设备穿孔泄 漏 ,缩短设备使用寿命 热交换设备传热面结生的水垢, 其密度、厚度和 化学组成通常呈不均匀状态 , 这种不均匀的污垢覆 盖 ,造成了金属表面电化学不均匀性, 很容易引发电 化学腐蚀反应。结垢还会使水中的某些腐蚀成分如 H + 、OH - 、Cl - 、Mg 2 + 、S 2 -等在垢下金属面富集并产 生化学腐蚀反应 。腐蚀的结果是局部金属被损伤减 薄 ,腐蚀可以达到穿透设备钢板, 使设备泄漏、破损 甚至达到失效的程度, 从而使设备维修费用增加。 腐蚀严重时 ,会使设备提前报废 。

2.5.4 结垢会使生产工艺不稳 , 影响产品品质, 引 发质量事故 热交换设备结垢后,由于传热效率下降, 会导致 设备的加热或冷却工况恶化 , 进而影响到生产工艺 过程, 仪表指示失灵 ,温度压力指标偏离工艺设计要 求 ,设备运行参数发生改变, 生产工艺不稳 ,最终使 产品的产量和质量下降, 次品率增加 。严重时还可 能中断生产 ,造成计划外停产。

3 清洗方法

根据清洗方法的不同 ,主要清洗方法为物理清 洗和化学清洗。利用力学 、声学、光学 ,电学、热学的 原理, 依靠外来能量的作用 ,如机械摩擦 ,超声波 、负 压 、高压冲击 ,紫外线 , 蒸汽等去除物体表面污垢的 方法叫物理清洗;依靠化学反应的作用 ,利用化学药 品或其它溶剂清除物体表面污垢的方法叫化学清 洗 。如用各种无机或有机酸去除物体表面的锈迹 、 水垢, 用氧化剂去除物体表面的色斑, 用杀菌剂 、消 毒剂杀灭微生物并去除霉斑等。物理清洗和化学清 洗都存在着各自的优缺点 , 又具有很好的互补性 。 在实际应用过程中 ,通常都是把两者结合起来使用 , 以获得更好的清洗效果。

4 清洗剂的选择

工业清洗剂的选用原则为:(1)良好的去污能 力 ;(2)对清洗对象无不良影响 ;(3)质量稳定 ;(4) 价格低廉。 国内外工业清洗剂品种繁多 ,但没有万能型的 清洗剂 ,一般均为专用型 ,应针对清洗对象的材质 、 清洗要求的不同 , 污垢的不同等 , 最好应作工艺试 验 ,才能选用 。但在选用时应综合考虑并研究分析 以下几点: (1)清洗剂的主要成分; (2)清洗剂各项物理性能 ; (3)清洗剂的主要特征及注意事项 ; (4)清洗剂的适用范围 (主要用途, 污垢对象 等 ); (5)清洗剂的清洗条件,方法与实施可能性; (6)排液与废液处理方法 ; (7)清洗剂的成本; (8)有关清洗的法规等。

4.1 换热器清洗的药剂选择

清洗换热器时首先确定好清洗部位 , 确定好换 热器材料,取样分析后 ,根据换热器材质及结垢程度 选择试剂,对于碳钢材质以碳酸盐垢及铁锈为主时, 一般选择盐酸做主酸洗液效果较好 ,出于安全考虑 也可选择有机酸氨基磺酸做为主洗酸剂 ;对于不锈 钢来说一般选择硝酸为最佳清洗酸剂 ,同样出于安 全角度考虑式根据实际情况也可选择酸性温和的氨 基磺酸作为主洗酸剂。在一些特殊情况下, 主要是 指清洗材料可能存在缺陷或者比较薄或者其他的特 殊情况时,就要慎重考虑,比如清洗铜材料换热器时 候 ,一定要注意是哪种铜材质。黄铜尤其要注意 ,黄 铜主要成分为铜 , 其次锌的含量相当高, 为了防止 “脱锌”现象发生 ,对酸洗液选择尽可能浓度较低,一 般缓蚀剂同时保护铜、锌两种金属效果较差。故在 操作过程中采取温和清洗方式, 即低浓度、短时间、 小流速 ,常温清洗比较好 。一般缓蚀剂选择 Lan826即可, 对于其他助剂, 如表面活性剂 、黏泥剥离 剂 、发泡剂等可根据清洗剂选择原则结合具体情况 选择, 此处不再叙述。

5 清洗前准备工作

1)了解换热器的结构规格 。材质 、容积 、性能、 介质、工艺条件 、使用情况和清洗范围等 ,查看设备 有无变形、堵塞、泄漏等异常情况。 2)掌握设备的结垢腐蚀程度。采集垢样并进 行垢样化学成份的全分析和溶垢试验 。 3)查看公用工程条件状况, 具体:水、电 、蒸汽、 氮气等规格及数量能否满足清洗需要 ,接点位置及 距离泵站距离。 4)废液的处理要求及排放地点 。 5)清洗现场有无交叉作业 , 地面状况、照明情 况 ,清洗泵站和清洗原料的具*****置摆放 。 6)根据具体清洗现场状况确定清洗过程中是 否需要特殊工具仪器 。 7)根据分析和实验结果。选择合适的化学清 洗工艺条件 。 8)进行清洗系统的设计 。根据具体情况 , 把被 清洗部分与其它部位隔开 ;寻找合适的清洗荆进出 口和排污口设计临时的连接管线和监测管线。 9)根据所确定的清洗工艺和系统设计, 进行备 料 。包括清洗设备和材料 、化学药品、分析监测仪器 和操作工具及安全防护用品等 。

6 清洗准备

因为换热器大多是以水或蒸汽作为载热体的 换热系统, 故在清洗时分为水 (蒸汽 )侧及介质侧, 最为普遍常见的是列管式换热器 , 主要清洗其管程 或壳程 。以下以某厂换热器清洗为例说明清洗过 程 。

6.1 换热器垢样成分 对换热器垢样样品进行实验 ,得知其垢样成分 为 :CaCO3 及 MgCO3:46%;硅 酸 盐:5%;Fe3 O4 : 18%;Fe2 O3 :15%;生物黏泥:10%;其它:6%。

6.2 药剂选择 根据化验结果进行换热器壳程清洗, 药剂选择 根据实际设备及结合文中药剂选用原则选择药剂 , 设备为碳钢 ,使用 4年以来未曾清洗过, 且换热器相 连外部碳钢材料表明腐蚀严重 ,故从安全考虑, 主酸 洗剂选择氨基磺酸 , 其他助剂详见以下清洗过程中 清洗工艺。

7 清洗过程

7.1 清洗系统的建立

本系统采用充满循环方式清洗, 加料清洗时 ,清 洗液从泵站出来进入换热器壳程后出来返回至泵 站 ,水冲洗时切换进出口反冲洗。

7.2 清洗前的准备工作

7.2.1 公用工程条件

水 :消防水或自来水 5m 3 /h;电 :380V 10kW; 220V100W;蒸汽:0.5MPa。

7.2.2 清洗前准备及确认工作

清洗范围:换热器壳程 (水 -蒸汽侧 );设备材 质 :换热器壳程碳钢 ,管程不锈钢;工艺条件 :壳程走 冷却水及加热蒸汽,设备壳程水总容积 1m 3 ;设备结 垢 :以无机盐垢 、生物泥 、铁锈为主 ;设备问题 :设备 使用 4年无堵塞泄漏现象 ,无重大障碍检修记录;清 洗现场 :现场药剂及操作设备存放布置方便, 无交叉 作业, 可方便清洗;安全要求 :严格遵守厂方安全管 理制度 ,严格清洗操作规范;废水处理 :甲方具备污 水处理系统 ,故协商由甲方处理清洗废液 。

7.3 化学清洗步骤及监控检测分析

根据检测结果及结合现场实际结垢程度, 尽可 能保证安全且能够达到清洗干净的目的 ,采用以氨 基磺酸为主 ,另适当添加表面活性剂、黏泥剥离剂、 发泡剂等药剂,配置清洗液 。 清洗操作程序为 :水冲洗 —酸洗 —水冲洗 —漂 洗 —钝化—水冲洗—检查清洗结果。

7.3.1 水冲洗

目的:酸洗前的水冲洗是为了掀去系统中的泥 沙和疏松的水垢等杂物。并且进行试压检漏。 操作:先以高位注满 , 同时调节系统压力, 达到 水压试漏的目的后, 从低位排放 。冲洗速度不低于 1.5m/s。直到冲出水清澈基本无杂质 ,并且全系统 无泄漏 ,冲洗结束 。 检测:目测清洁度即可或检测(出水浊度差小于 5mg/L时结束 )。

7.3.2 酸洗

操作:配好清洗液并蒸汽混合加热至 55℃,酸洗 液以一定流速循环流动, 流速一般控制在 0.05 ~ 0.5m/s,最高不超过 1m/s, 酸洗温度不大于 60℃。 每问隔 30min,分析测定酸质量分数和 Fe离子浓度 , 并挂腐蚀试片测量金属的腐蚀速度。当酸质量分数在 1.5%以上 。两次酸质量分数分 析结果的差值小于 0.2%或 pH基本无变化。铁离 子浓度最终稳定基本无变化 , 且无二氧化碳气泡产 生时, 酸洗即可结束。 清洗工艺:复配酸液 3% ~ 4%;缓蚀剂 0.2% ~ 0.3%;黏泥剥离剂 4% ~ 6%;温度 50 ~ 55℃。 分析项目:腐蚀挂片:清洗前后检测; 酸质量分数测定 :1 ~ 2次 /h(接近终点时至少 1h检测 2次);

7.3.3 水冲洗

目的:酸洗后的水冲洗是用清水迅速将废液顶出。操作:切换进出管口 (高进低出 ), 顶压速度 ≥ 1.5m/s,高位注入。低位排放, 要求冲洗至透明, 无 悬浮杂质, pH4 ~ 5, ρ(Fe 2 + +Fe 3 + )<30mg/L,由于 酸洗过程中已将水垢、锈层除去 。金属界面又处于 十分活泼的状态 ,因此 ,冲洗时间越短越好 。 检测:目测清洁度 (清澈透明即可 ), 检测 pH> 4, ρ(Fe 2 + +Fe 3 +)<30mg/L,即可结束 。

7.3.4 漂洗 目的:清洗后金属界面处于十分活泼的状态 ,很 容易生锈,漂洗就是去除系统内新生浮绣 ,为下一步 钝化打好基础。 操作:高进低出 , 漂洗液反洗, 当酸浓度基本不 变 ,冲洗结束 。 清洗工艺:漂洗液 (柠檬酸 )质量分数:0.3%; pH:3 ~ 4;温度:80 ~ 85℃;时间 :4h;缓蚀剂质量分 数 :0.2%。 分析项目:检测酸浓度不变漂洗结束 。

7.3.5 钝化 钝化是对处于活性状态的金璃表面进行保护, 使其生成一层钝化膜 ,避免重新氧化产生二次浮锈。 用亚硝酸钠或磷酸兰钠均可作为钝化剂 ,最好的钝 化剂是亚硝酸钠 , 但是亚硝酸钠的大量排放会造成 环境污染。考虑这一因素 , 采用效果稍差的磷酸三 钠作钝化剂是较为合适的 。 目的:防止酸洗后处于活性状态的金璃表面再 次产生腐蚀 。 操作:漂洗液温度调整到钝化温度后 ,直接加入 钝化液钝化 ,达到钝化时间后结束。 清洗工艺:钝化液质量分数:2% ~ 3%;温度 :80 ~ 85℃;pH:9 ~ 11;时间 :8h;流速:0.1 ~ 0.3m/s或 钝化液均匀后浸泡。

7.3.6 水冲洗 钝化结束后 ,排出钝化液, 用清水冲洗至系统中 pH8 ~ 9。 清洗结束时, 除垢面积应达到原垢覆盖面积 80%以上, 表面清洁, 并形成良好的钝化膜, 无小孔 腐蚀。其腐蚀速度的平均值均在 6g/(m 2 · h)以下 , 满足 HG/T2387— 2007工业设备化学清洗质量标准 要求。

7.4 清洗验收及设备复位

1)联系厂方验收人员 ,现场验收清洗工作; 2)连接法兰,设备恢复到正常运行状态 。

7.5 废液处理及排放 (双方协商确定处理方) 由甲方进行处理 , 严格执行国标化学清洗废液 处理 GB8978— 1996《污水综合排放标准 》。

7.6 清洗质量标准 参考行业标准 HB/T2387— 2007 工业设备化学 清洗质量标准,要求: 1)除 垢率 及 洗净 率:除 垢 率及 洗净 率 > 90%; 2)腐蚀率 :碳钢腐蚀率 <6g/(m 2 · h);不锈 钢腐蚀率 <2g/(m 2 · h); 3)钝化率 :98%。

7.7 清洗评价 清洗完毕,打开上下连接管口 ,可直观的看到不 同洁净度的列管表面 ,管表面清洗干净,然 后进一步做钝化 ,膜均匀致密、光滑 、完整,清洗剂钝 化完好 。但也有清洗不尽完美之处 , 因列管排列紧 凑 ,列管夹缝还有少量絮状藻类杂物存在, 这种情况 可以准确地说藻类已经被剥离但没有被冲出 ,属于 挂壁现象,可在正常运行后随着水流慢慢带出系统 。


下一篇:

管壳式换热器的定期检查维护和清洗

上一篇:

国内外输油(气)管道清洗技术综述

打赏
免责声明
• 
本文仅代表作者个人观点,本站未对其内容进行核实,请读者仅做参考,如若文中涉及有违公德、触犯法律的内容,一经发现,立即删除,作者需自行承担相应责任。涉及到版权或其他问题,请及时联系我们 service@88xi.cn