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常用换热器清洗技术及选用

2019-10-30 15:39:48浏览:9 来源:清洗联盟   

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常用换热器清洗技术及选用

换热器主要用来使两种不同温度的物料进行 热交换,达到加热或冷却的目的[1]。90% 以上的 换热设备都存在着或多或少的污垢问题,也由此 产生一系列危害: 污垢的产生,直接导致了传热热 阻的增加,随着垢层的加厚,有效换热面积随之减 小,直接恶化了换热性能; 结垢层的存在使换热表 面流通截面积减小,增加了物料流动阻力,从而增 加了动力设备的耗功率; 在换热表面积聚过多的 污垢,导致了换热表面局部温度过高,致使换热面 机械性能有所下降,结垢严重时还会导致换热表 面局部腐蚀甚至穿孔,严重影响了换热设备的使 用寿命以及安全运行。因而为了保证生产效率和 生产的安全进行,人们只能定期对换热设备进行 清洗,而清洗周期也会逐年缩短,这也间接导致了 换热器运行成本的增加,为此针对不同的换热器 类型和污垢种类合理选择清洗方法,以保证清洗 效果和清洗经济性显得尤为重要。笔者对常见的 换热器污垢类型和清洗方法做了总结,并给出了 基本的选用原则。 

1 污垢的种类及特性分析 了解污垢的种类及其形成特性是实施清洗过 程的必要准备。有助于迅速找到合理的清洗方 案,实现快捷高效地清洗,减少人力、物力的浪费, 节约生产和维护成本。 

1. 1 污垢的种类 不同的换热器结构、不同的流体介质所形成 的污垢不同。Epstein N 提出的按照引起污垢沉 积的主要物理、化学过程的分类方式可将污垢 分为析晶污垢、颗粒污垢、化学反应污垢、腐蚀污 垢、微生物黏泥污垢、凝固污垢及其他污垢等类 型。也有人按照污垢随时间的增长特性分类,如 线性增长型、降率型及渐进线型等。由于笔 者主要针对换热器清洗部分进行研究,因此只对 6 种类型的污垢进行特性分析。 

1. 2 污垢的特性 

1. 2. 1 析晶污垢 析晶污垢是生产过程中流动介质包含的某些 溶解的无机盐呈现过饱和状态从而在换热面上析 出的晶体沉积物。常见的析晶污垢有水垢和锈 垢。一般的无机盐类溶解度随着温度的增加而增 加,这类无机盐常常在冷却面上结晶; 另一类无机 盐( 反常溶解度的微溶和难溶的无机盐) 的溶解 度则随着温度的增加而降低,这类无机盐往往在 加热面上析出晶体。析晶污垢一般硬度比较大, 粘度比较小。 

1. 2. 2 颗粒污垢 颗粒污垢的产生主要是悬浮在换热器中的固 体颗粒相互积聚: 较大固体颗粒主要靠重力在水 平换热面上沉淀积聚; 通过其他机制形成的胶体 粒子在水平和非水平换热面上的积聚。 

1. 2. 3 化学反应污垢 化学反应污垢是换热器中介质发生化学反应 产生的沉积物,换热面材料不会参与该反应。有 机物的裂化和聚合反应产生的积聚物就是典型的 化学反应污垢,这类污垢的粘度一般比较大,采用 化学清洗的方*****取得较好的效果。 

1. 2. 4 腐蚀污垢 腐蚀污垢的产生是换热介质与换热面发生反 应的结果。换热面被换热介质腐蚀,粗糙度增大, 使其他潜在的污垢更容易附着在换热面上。换热 面的腐蚀程度取决于介质的组分、介质的酸碱度 和换热器中流体的温度。 

1. 2. 5 微生物黏泥污垢 换热器中往往含有微生物以及供其生长的营 养,这些微生物的生长、繁殖和排泄物在换热器的 管壁上形成有机物膜,这种膜状的沉积层被称为 微生物黏泥污垢。由于微生物的生长跟温度 有很大的关系,所以控制温度可以有效抑制这种 污垢的生成。 

1. 2. 6 凝固污垢 凝固污垢是指多组分流体在相对过冷的换热 环境下发生相变,从而在换热面凝结形成的污垢。 这里的相对过冷主要指相对于流体中的组分,不 同的组分使其产生凝固的温度点也不相同,因此 换热器中温度场的分布是凝固污垢产生的一个主 要因素。 虽然以上的污垢类型和产生时的物理、化学 过程不相同,但是这些污垢的产生因素却会发生 交集,因此换热器中的结垢往往是多种过程的共 同作用。这些过程的混合交叉使换热器换热 面上形成的污垢成为了多种污垢的混合体。 

2 常用清洗技术比较 

在换热器清洗过程中会面临各种清洗难题, 难题的产生一方面制约着企业经济效益的提高, 另一方面也促进了清洗技术的发展,各种清洗方 法层出不穷。但很多清洗技术针对性比较强,不 适合用来广泛推广。目前,常用的换热器清洗技 术有高压水清洗、机械清洗和化学清洗,这 3 类清 洗技术对换热器的清洗有很强的普适性。 

2. 1 高压水清洗 高压水射流清洗技术是一种通过高压水发生 装置,利用水的机械能和物性来清除换热器污垢 的清洗技术。相对于传统的水射流清洗,高压水 射流清洗技术更能合理地利用水的物性,具有强 大的打击力度,清洗效果更好,并且应用更加广 泛。 高压水清洗的优点: a. 速度快,效率高。通过高压水射流的剪 切冲刷等一系列的破碎作用,换热面上的硬污垢 被瞬间击碎并被水流携带走,比传统的其他清洗 方法速度快几倍至几十倍。 b. 费用低,耗水少。高压水射流清洗一般 都采用自来水作为清洗介质,由于高压水射流拥 有较大的动能,完全有能力把换热器清洗干净,所 以不需要添加任何的辅助磨料和清洗药品。高压 水射流清洗车的清洗喷嘴直径一般小于 2mm,属 于细射流喷射,耗水少。 c. 不腐蚀设备,不污染环境。高压水射 流清洗以自来水作为清洗介质,利用水的物性对 换热器污垢进行切削、击碎,整个过程完全是一种 物理现象,对换热器材料不会发生化学腐蚀性的 伤害。 d. 应用的范围比较广。高压水射流清洗喷 头小巧灵活,可以做二维和三维的自动旋转,清洗 具有遍历性,对设备和污垢没有特殊的要求,对形 状和结构复杂的部位亦可清洗,应用比较广泛。 e. 安全性高。可以在易燃、易爆的环境中 使用。 f. 清洗质量比较好。高压水的射流压力小 于金属的抗压强度,能轻易破坏坚硬的污垢层而 不会损伤换热器材料,清洗后能看到材料的金属 本色。 g. 高压水射流清洗适用于完全堵塞的管 子,对于一些人力无法清洗和存在危险的工程清 洗具有较好的清洗效果并且易于实现机械化和自 动化。 高压水清洗的主要缺点: 在清洗过程中,高压 水产生的强大冲击力使被清洗设备发生振动,产 生较大的噪声污染; 同时对粘度较大的污垢清洗 效果也不是十分理想。 

2. 2 机械清洗 机械清洗是一种利用机械工具,采用刮擦、振 动等方式进行设备清洗的技术。机械清洗的原理 和操作比较简单,其优点有: 对粘度和硬度大的污 垢清洗效果较好; 不会对换热器产生腐蚀; 对清洗装置的损耗小; 无污染; 安全性高。 机械清洗的主要缺点有: 必须将设备解体; 清 洗时间长,费用较高; 不利于杂物的迅速排出,效 率低; 有时需要系统中断运行后才可以进行; 清洗不够彻底且容易刮伤管壁。

 2. 3 化学清洗 化学清洗是一种借助于化学药剂,通过化学 反应或者化学原理( 如相似相溶原理) 进行化学 转化、溶解以降低换热面与污垢之间的粘附力,进 而清除换热面上污垢的清洗技术。化学全清 洗过程主要是浸透、分散和溶解的过程。 化学清洗的优点: a. 不必对设备进行拆解,尤其对于不能拆 开的管壳式换热设备,化学清洗具有机械清洗所 无法比拟的优点。 b. 能清洗到换热面的各个角落和细小的间 隙,清洗比较彻底,不会产生未完全溶解的垢粒, 导致形成新的污垢核心。 c. 清洗方式比较柔和,不会对换热器材料产 生物理性的损伤,这是机械清洗无法做到的。 d. 清洗后进行防锈、钝化等防腐处理,可防 止设备清洗后的锈蚀。 e. 不需要过多的人力物力而且可以现场清 洗或在线清洗,劳动强度较低。 f. 清洗后的废液可以通过蒸馏或回炼的方 式回收,亦可以加入破乳剂进行分离,有效降低排 放污染。 g. 一般不受时间和空间的制约,大大减少 停工检修的工作量。 化学清洗的局限性具体表现为: 一般需要建 立一个流体的循环体系,不适用于被污垢严重堵 塞的设备; 清洗过程中对各方面因素的考虑十分 严格,稍有不慎则会造成设备发生意想不到的腐 蚀; 清洗后的废液需经过处理后排放; 成本比较 高。 

3 清洗技术的选用 

3. 1 高压水清洗 

用来清洗换热器的高压水清洗机一般选用大 型清洗机,射流压力为 50 ~ 140MPa,流量在 50 ~ 60L /min 之间。射流的具体压力和流量以实 际的清洗对象和污垢类型为选用原则。高压水清 洗不受换热器结构的影响,而且可以清洗形状复 杂的表面,因此,从结构上讲高压水射流清洗技术 适用于清洗所有形式的换热器。从污垢方面看高 压水清洗不仅能够把人力无法清除的硬垢和软垢 全部除去,而且能够使清洗后的管板管口十分清 晰,甚至达到了重现金属光泽的程度。但是对于 粘度较大的污垢,高压水清洗效果不是很理想。 

3. 2 机械清洗 

机械清洗技术的方法可分为两类: 一类是强 力清洗法,如喷砂清洗、强力清洗管等。这类方法 主要用于硬污垢和严重堵塞的换热器清洗; 另一 类就是软机械清洗,如刮刀或钢丝刷除垢以及海 绵胶球清洗。这种方法主要用于硬度比较小或粘 度比较大的换热器污垢的清洗。机械清洗可以除 去软垢、硬垢,甚至可处理严重堵塞的管路。 机械冲蚀的除垢方法对化学法不易除去的碳 化物污垢或硬质垢的清除是有效的,但清洗换热 器时需要把设备解体,因此机械清洗的方法适用 于清洗浮头换热器或 U 形管换热器的管间部分。 对于堵塞不算严重的管道,可以采用在线机 械清洗的方法,利用与水密度比较相近的橡胶球 或其他物体,依靠它们在换热器管中均匀运动,压 靠管壁,擦除换热器中的污垢。这种方法适用于 颗粒污垢、生物黏泥污垢等硬度比较小的污垢。 

3. 3 化学清洗 化学清洗主要通过化学反应以及相似相容原 理来达到换热器清洗的目的。包括酸洗、有机螯 合剂溶剂清洗及大环聚醚化合物溶液清洗等。 化学清洗易清除射孔和产层结垢,且停工时间比 较短。 化学清洗的选用可以归结为以下几点: 首先, 根据换热器的结构类型和工作环境选择化学清洗 方式( 在线清洗、喷淋法清洗及泵循环正反向化 学清洗等) ; 其次,根据换热器材料,选用清洗主 剂、缓蚀剂( 必须以不腐蚀管材为原则) ; 最后,根 据污垢的类型确定化学清洗剂配方。 化学清洗剂配方的选用方法如下: a. 对污垢类型比较单一的酸溶性无机盐类 污垢,可以采用无机酸进行溶解。 b. 对于换热器污垢中包含水垢、砂砾和凝 固油垢的混合类污垢,化学除垢剂中需分别加入 溶垢剂和渗透剂。溶垢剂的作用主要用来溶解水 垢; 渗透剂用来溶油。溶垢剂和渗透剂对换热器 混合污垢进行层层剥蚀,直到全部溶解。砂砾分 散到清洗溶液中被携带走。在除垢剂中加入缓蚀剂可以对金属管材起到腐蚀防护的作用。 c. 对由弱酸根离子形成的弱酸弱碱盐类污 垢采用酸洗的方法效果比较好。对由强酸根离子 形成的强酸弱碱盐类污垢采用酸洗的方法已经不 能满足工业的需要,解决这类问题的方法有两种, 一种是把污垢转化为可以被螯合剂除去的化合 物; 另一种方法就是把污垢转化为易溶于酸或 水的物质。 d. 对于比较复杂的污垢类型,可以采用转 化、溶解的方法进行化学清洗。清洗的配方主要 是转化剂和溶解剂,经过多级的清洗处理,达到大 部分污垢被完全溶解的目的。对于化学组分十分 复杂的换热器污垢,也可以采用多种化学药剂混 合使用的方法,各药剂之间不能发生反应,在清洗 过程中独自发挥作用。 

4 结束语 

换热器各种常用的清洗方法各有优劣,针对 不同类型的换热器,不同的清洗环境要具体问题 具体分析,合理选择清洗方法。各种清洗方法可 以结合使用,优势互补,达到快速、高效的清洗目 的。同时应将清洗技术与各种检测手段相结合, 通过实时检测易结垢换热设备的换热状态,通过 建立状态评估系统来判断换热设备的结垢状况, 从而确定换热设备是否需要清洗、选用哪种方式 清洗和待清洗的时间。在清洗的过程中亦可通过 检测技术实时捕捉清洗的状态和效果,以达到全 自动无人控制的效果。

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