1、1换热设备污垢影响因素分析及其清除【摘 要】:在各种传热过程中,热设备的长时间使用会导致污垢的产生,是许多换热设备经常遇到的问题。本文主要分析了污垢的产生原因，介绍了污垢对换热设备及其系统的影响，探讨了清除换热设备中污垢的方法。 【关键词】：换热设备；污垢；影响因素；清除 中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号： 引言 在传热过程中，污垢的产生很常见，是许多换热设备经常遇到的问题。给当今工业界造成了很大的浪费和损失。由于我国目前使用的换热设备相对比较落后，污垢造成的损失很大。为了避免污垢造成的损失，就要解决文章中所述问题。大量准确污垢热阻值的缺乏，是换热器设计过高或过低的原因。对一些高
2、性能的换热器，如螺旋折流板式换热器，以便设计时选用更准确的污垢热阻值。另外，新的防结垢技术正在不断推出，如用新型的处理表面技术来减少结垢，表面等离子处理技术、复合镀层低能表面技术以及电场防结垢技术研究，为防结垢提供了新途径。一、污垢的定义及其对换热设备的影响 1、污垢的定义。换热设备污垢是由于流体中的组分或杂质，在与之相接触的换热表面导致固态物质逐渐积聚起来。这层固态物质是的多余2物质，它通常以混合物的形态存在。由于污垢是热的不良导体，其热导率一般只有碳钢的数十分之一，小于不锈钢的 1/10。一旦换热面上有了污垢，按物理学串联热阻的观点，流体与换热壁面之间的传热热阻就变大了，这样就会造成热浪费
3、。 2、污垢对换热设备及其系统的影响。结垢对换热设备的影响主要有两个方面：一是由于污垢层导热性能很差，从而增大了其传热热阻，导致换热设备传热效率的降低。二是当换热设备表面有污垢层形成时，换热设备中流体通道的过流面积将减少，导致流体流过设备时的阻力增加，从而消耗更多的电功率，使生产成本增加。因此，通常为了补偿由于污垢而引起的换热效率降低，在设计换热器时，要选取多余的换热面积作为补偿，将污垢热阻折算在总传热系数中。 二、污垢及其对换热器传热和压降的影响 1、热污垢（由于温度梯度的存在而引发的）是指一段时间内发生在传热表面上的隔热型污垢物的积累。这层固体增加了额外的传热热阻，同时也增加了流体流动的阻
4、力。而且污垢沉淀物的导热性能一般要比换热表面所用金属的差。污垢是一种极其复杂的现象，涉及到传热、质量传递和动量传递。在换热器中，液体被加热时生成污垢，或者液体被降温时生成污垢，然而也存在其他一些例子。 我们首先来定性分析传热表面上污垢的影响。附着在一次侧或者二次侧的流体污垢层（沉淀物）会增加热流体到冷流体的热阻，因为热传导必须通过这一热导率极低的污垢层，这就会大大降低换热器的传热系数 K；同时，污垢所产生的最重要的物理结果是流动截面积减小或者被堵3塞，从而使通道内的水力流通直径减小，就会造成换热器的固有阻力（P）增加, P 的增加会导致流体泵功的增加。因此，液体中的污垢会对传热产生有害的影响，
5、同时使水泵的功率有所增加。 2、污垢生成原因 液侧的污垢生成机理大概有六种：沉淀或者结晶污垢；颗粒污垢；化学反应污垢；腐蚀污垢；生物污垢；凝固固化污垢。 三、影响结垢的因素 从应用角度看，影响因素有操作参数、流体性质和换热器设计等参数 3 种。 1、操作参数。 流体速度:某些结垢将随流速增加而增加，但同时也引起沉积物卸脱速率的增加。因此总结垢速率可能随流速增加而降低； 换热面温度:对化学反应结垢及负溶解性盐类的析出结垢有显著的影响； 换热面污垢热阻一般将已随流体主体温度的增加而增大。 2、流体性质。流体性质及其溶解或夹带物性质对结垢有较大影响。 3、换热器参数。材料:某些结垢过程中表面材料可能
6、存在一定催化作用；换热表面的构造:众多微小凸起增加了表面的吸收能力和化学活性，促进了污垢微粒的沉积；换热器构型:螺旋板换热器比管壳式换热器结垢的可能性要低得多，原因是前者为高速和高湍动度流动。翅片管换热器中的翅片高度对污垢的形成影响不大，但翅片密度是一重要影响因素。 四、采取措施 41、 污垢的防止和减缓 理想化的情况是，能够将换热器设计成减小或者小初污垢的设备。例如，换热管本身具有自洁能力的换热管（前面提到的来复线管） ，这就能起到很好的减缓甚至是防止结垢。用垫片密封的板式换热器也可以很方便的拆开清洗（但是对清洗人员的专业水平要求较高） 。板式钎焊换热器不适用于有污垢的环境下，除非能够进行化
7、学清洗或者热浴。管壳式换热器在设计过程中，对于污垢率较高的环境下，建议选用可抽芯式，同时，经过多年考察论证，水平布置的换热器要比垂直布置的更易清洗，同时，壳侧的几何布局应当保证不出现或者少出现死水区及低流速区。壳侧的正方形布局或者旋转正方形布局要比圆形或者半圆形及其他布局更易清洗。 2、设计阶段应采用措施。毫无疑问，在换热设备的设计阶段，掌握一些污垢形成的机理是极为重要的，特别是可能产生污垢的机理，如颗粒污垢、化学反应污垢或生物污垢等。此外，掌握系统参数对污垢形成的影响也是极有帮助的，如流体的流速和温度对污垢形成的影响。这些知识可凭经验而来。但较为理想的是通过实验或分析已有换热器的性能而获得这
8、些信息。 3、运行阶段污垢控制 （1）维持设计条件由于在设计换热器时，采用了过余的换热面积，在运行时，为满足工艺需要，需调节流速和温度，从而与设计条件不同，然而应通过旁路系统尽量维持设计条件(流速和温度)，以延长运行时间，推迟污垢的发生。 5（2）使用添加剂针对不同类型结垢机理。可用不同的添加剂来减少或消除结垢形成。如生物灭剂和抑制剂、结晶改良剂、分散剂、絮凝剂、缓蚀剂、蚕合剂、化学反应抑制剂和适用于燃烧系统中防止结垢的添加剂等。 （3）控制参数在换热器运行时，进口物料条件可能变化，因此要定期测试流体中结垢物质的含量、颗粒大小和液体的 pH 值。 4、清洗技术 （1）化学清洗技术。化学清洗技术
9、是一种广泛应用的方法，有时在设备运行时，也能进行清洗，但其主要缺点是化学清洗液不稳定，对换热器和连结管处有腐蚀。 （2）机械清洗技术。机械清洗通常用在除去壳侧的污垢，先将管束取出，沉浸在不同的液体中，使污垢泡软、松动，然后用机械方法除去垢层。机械在线除垢技术：使用磨粒在流体中加入固体颗粒来摩擦换热表面，以清除污垢，但对换热表面易产生腐蚀。海绵胶球连续除垢系统主要应用于电站凝汽器中冷却水侧的污垢清除，海绵胶球在换热器管内通过胶球泵打循环，胶球比管子直径略大.通过管子的每只胶球轻微地压迫管壁，在运动中擦除沉积物。自动刷洗系统换热器管道刷洗设施由 2个外罩和 1 个尼龙刷组成，外罩安装在每根管的两端
10、，改变水流方向可使刷子沿管道前后推进刷洗。水流换向由压缩空气驱动并定时控制联结在管道上的四通阀来完成。 结束语 污垢使得换热器的传热热阻增加，同时还会造成压降的增加。它是6一个瞬态的过程，从热力设计的角度考虑，控制污垢的过程是非常复杂的，无法用一个综合的通用的概念来定义这一问题，一般情况下，污垢的影响可以用过负荷设计来消除（通过适当增加理想清洁工况时所对应的传热面积） ，但是在市场竞争激烈的今天，好多厂家往往不会考虑这些因素。 参考文献： 1杨善让,等.换热设备污垢与对策M.北京:科学出版社,2004,4. 2张少峰,刘燕.换热设备防除垢技术M.北京:化学工业出版社,2003,8:1-14,102-110. 3田峻,张楠.换热器污垢的清洗及检验J.科技信息,2008(17).
