在線清洗對(duì)管殼式換熱器傳熱性能的影響

董開(kāi)岳

摘要：由于管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)勢(shì)，通常被用作溴化鋰制冷機(jī)組中的吸收器和冷凝器。然而，管殼式換熱器也存在著諸多缺點(diǎn)，當(dāng)換熱管內(nèi)形成污垢后，會(huì)增大流體的流動(dòng)阻力和熱阻，影響換熱器傳熱性能和制冷機(jī)組的性能系數(shù)。傳統(tǒng)清洗管內(nèi)污垢的方法無(wú)法避免長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)換熱器傳熱性能帶來(lái)的不利影響。而膠球在線清洗可在不停機(jī)的情況下，自動(dòng)清洗管殼式換熱器管內(nèi)的污垢，不僅節(jié)省了勞動(dòng)力成本，而且能延長(zhǎng)換熱器的使用壽命。由于膠球在線清洗系統(tǒng)可以及時(shí)清除附著在換熱管表面的污垢，使換熱管表面始終保持清潔和高效換熱狀態(tài)，在制冷、化工、電力等行業(yè)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：膠球在線清洗;污垢熱阻;投球率;啟停比

引言

換熱器是大型壓縮機(jī)機(jī)組中不可缺少的換熱裝置，它的高效運(yùn)行是壓縮機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行的必要條件，也是壓縮器內(nèi)工藝氣體的溫度在安全范圍內(nèi)的保證。在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，換熱器的換熱效率和壽命與多種因素密切相關(guān)。其中，換熱管內(nèi)外介質(zhì)的組成對(duì)換熱管束的腐蝕有顯著的影響[4]。某煉化公司一臺(tái)水煤氣壓縮機(jī)換熱器，管內(nèi)介質(zhì)為水煤氣，管外介質(zhì)為循環(huán)水。換熱器殼程溫度在30℃～120℃，管程工作溫度在20℃～40℃，工作壓力在0.2MPa～1.2MPa。該換熱器的換熱管管束在短期內(nèi)（<6個(gè)月）便發(fā)生泄漏。導(dǎo)致泄漏的原因很多，本文從多方面分析泄漏的原因。在分析的基礎(chǔ)上，對(duì)介質(zhì)的組成、換熱管束的清洗以及后續(xù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)提出相應(yīng)的措施，以保證換熱器工作效率及使用壽命。

1管殼式換熱器內(nèi)部垢質(zhì)分析

由于管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)勢(shì)，通常被用作溴化鋰制冷機(jī)組中的吸收器和冷凝器。然而，管殼式換熱器也存在著諸多缺點(diǎn)，當(dāng)換熱管內(nèi)形成污垢后，會(huì)增大流體的流動(dòng)阻力和熱阻，影響換熱器傳熱性能和制冷機(jī)組的性能系數(shù)。某企業(yè)研究了流速、溫度、濃度、材料表面和其他因素對(duì)減少結(jié)垢和顆粒沉積的影響[1]。傳統(tǒng)清洗管內(nèi)污垢的方法無(wú)法避免長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)換熱器傳熱性能帶來(lái)的不利影響。而膠球在線清洗可在不停機(jī)的情況下，自動(dòng)清洗管殼式換熱器管內(nèi)的污垢，不僅節(jié)省了勞動(dòng)力成本，而且能延長(zhǎng)換熱器的使用壽命[2][3]。由于膠球在線清洗系統(tǒng)可以及時(shí)清除附著在換熱管表面的污垢，使換熱管表面始終保持清潔和高效換熱狀態(tài)，在制冷、化工、電力等行業(yè)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。將管道式與端蓋式兩種膠球在線清洗裝置安裝在離心式冷水機(jī)組上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。運(yùn)行結(jié)果表明，該技術(shù)可顯著降低冷凝器的端溫差，提高電制冷冷水機(jī)組的能效比。研究表明，將膠球在線裝置用于發(fā)電廠凝汽器的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，可降低凝汽器端溫差5.2.℃左右[4][5]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了膠球在線清洗系統(tǒng)用于電制冷冷水機(jī)組的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。

2管殼式換熱器在線清洗優(yōu)化措施

2.1優(yōu)化清洗工藝的選擇

打開(kāi)四個(gè)換熱器面板，因?yàn)橄到y(tǒng)中溶劑含有大量雜質(zhì)，設(shè)備中存在大量污物，附著在換熱器板上，板通道嚴(yán)重堵塞。抓取樣品的一部分并檢查其視覺(jué)特征：顏色為灰色和黑色，產(chǎn)生焦化，紋理堅(jiān)硬，含有大量的油和焦炭。根據(jù)第一次清洗經(jīng)驗(yàn)，一般采用物理清洗方法，高壓噴水沖洗。這種清洗對(duì)焦粉、油泥等有很好的清洗效果它們不附著在板面上，但對(duì)于附著在板面上的硬污物，甚至堵塞的通道，都不能有效加固，不能達(dá)到清洗效果，也不能滿(mǎn)足技術(shù)要求?；瘜W(xué)清洗劑的選用是化學(xué)清洗的關(guān)鍵，不要損傷熱置換板，還要有效溶解污物清洗。通過(guò)對(duì)樣品的分析，我們知道樣品的主要成分是FeS2。通過(guò)浸漬樣品的溶解試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)硫化鐵鈍化劑可以有效地軟化粘土樣品，便于清洗。

2.2化學(xué)清洗和處置碎石的方法

拆下?lián)Q熱器板，檢查沉積情況，如果換熱器板狀況嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗。使用化學(xué)方法清洗和去除污垢，選擇清洗液至關(guān)重要?；瘜W(xué)清洗清洗方法適用于各種鋼。對(duì)于不銹鋼熱交換器板，使用稻草酸溶液清洗熱交換器板具有最佳的除污效果，不僅保護(hù)不銹鋼熱交換器內(nèi)的帶和板，而且降低工作強(qiáng)度。由于草酸和熱交換器板沉積的化學(xué)反應(yīng)，沉積轉(zhuǎn)化為溶解性材料，從而消除熱交換器板沉積。如果熱交換器板產(chǎn)生大量擠壓，則必須嚴(yán)格按照《用戶(hù)指南》中的安裝和拆卸步驟拆卸熱交換器板。將拆下的換熱器板放入水槽約50c處，加入葉酸溶液的5%用于浸泡，8～10小時(shí)打濕后取出脂肪酸溶液。搖晃--大約3小時(shí)后用4%的磷酸鈉溶液，取下熱交換器板，用高壓水槍吹它，碎石就會(huì)脫落干凈。一旦熱交換器板干燥，即可重新安裝及使用。

2.3鹽酸清洗方法

鹽酸清洗方法具備應(yīng)用成本低、應(yīng)用范圍廣的特征，因此在需要化學(xué)清理方法中都存在鹽酸清洗方式。鹽酸清洗方法具備剝離、溶解以及輸送的價(jià)值作用。鹽酸因?qū)τ趽Q熱器中的碳鋼以及不銹鋼區(qū)域也會(huì)帶來(lái)基礎(chǔ)腐蝕，因此在利用鹽酸清洗過(guò)程中需要增添一定量的緩蝕劑，降低鹽酸清洗基本腐蝕帶來(lái)的負(fù)面影響。在進(jìn)行鹽酸清洗液配置過(guò)程中，需要佩戴好相應(yīng)的防護(hù)用具，注意鹽酸配置濃度，確保鹽酸清洗的效果。

2.4循環(huán)水日常管理

循環(huán)水管理素有“三分藥劑，七分管理”之說(shuō)。在循環(huán)水正常運(yùn)行后，在升溫、蒸發(fā)和冷卻的過(guò)程中，水質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。因此，日常運(yùn)行主要根據(jù)水質(zhì)變化情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，每天定時(shí)分析和上報(bào)。與此同時(shí)，還要對(duì)容器的腐蝕速度和結(jié)垢進(jìn)行測(cè)定。將一定規(guī)格的金屬掛片安裝在循環(huán)水出口管線上的引出管中，一個(gè)月后取出稱(chēng)重。根據(jù)掛片的失重情況，可判斷腐蝕速度。根據(jù)《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GN50050-2007）規(guī)定，冷熱設(shè)備碳鋼管關(guān)閉的腐蝕速度<0.075mm/a。采用監(jiān)測(cè)換熱器法，模擬換熱器的操作條件，用飽和蒸汽作介質(zhì)。運(yùn)行一個(gè)月后取下測(cè)算腐蝕率和黏附速率，污垢熱阻反映結(jié)構(gòu)情況。要求達(dá)到《工業(yè)循環(huán)水冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GN50050-2007）規(guī)定：換熱設(shè)備水側(cè)管壁的年污垢熱阻<3.44×10-4m2·k/w;水面污垢沉積速率≤20mg/cm2·月。

2.5機(jī)械清洗

換熱器的機(jī)械清洗方法主要是利用高壓射流方法進(jìn)行清洗。這種清洗手段多應(yīng)用于化學(xué)清洗方法應(yīng)用后，對(duì)于換熱器中的碳化污垢層進(jìn)行清洗處理。機(jī)械性清洗處理方法對(duì)于換熱器設(shè)備的磨損率相對(duì)較小，同時(shí)機(jī)械清洗的經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較低。在機(jī)械清洗工作開(kāi)展前，工作人員需要先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)工作，在得到合適的水壓清洗范圍后開(kāi)展高壓射流清洗工作，避免過(guò)高或過(guò)低出現(xiàn)，清洗效果不理想或是損壞設(shè)備的問(wèn)題。機(jī)械清洗方法適用于管內(nèi)、管外以及外殼內(nèi)壁等區(qū)域的清洗工作，在對(duì)碳鋼以及不銹鋼材料進(jìn)行機(jī)械清洗過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制水中Cl-濃度，將清洗水壓控制在5070MPa之中，避免機(jī)械清晰過(guò)程中出現(xiàn)不必要的財(cái)產(chǎn)損失。

2.6超聲波除垢法

該方法是在管程或殼程上外加一個(gè)超聲波發(fā)生裝置，通過(guò)超聲波的作用，減少污垢在設(shè)備表面的附著作用，從而大大緩解污垢的附著速度，甚至不產(chǎn)生結(jié)垢。這種方法效果好對(duì)保證設(shè)備的長(zhǎng)周期動(dòng)行有很大優(yōu)勢(shì)，適用范圍廣，不受結(jié)構(gòu)形式的限制等。缺點(diǎn)是一次投入高，有一定的運(yùn)行成本，超聲波的設(shè)置有一定難度，超聲波存在衰減問(wèn)題等。目前該方法還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析可知，本文中換熱管材質(zhì)合格，造成換熱管束短時(shí)期失效的主要原因是循環(huán)水水質(zhì)的問(wèn)題。因此，針對(duì)該問(wèn)題提出了解決方案。首先對(duì)腐蝕嚴(yán)重的換熱管清洗。其次，對(duì)循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行阻垢緩蝕處理。在正常運(yùn)行后，分別對(duì)換熱管的腐蝕和循環(huán)水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控。保證換熱器在設(shè)計(jì)工況下進(jìn)行運(yùn)行的同時(shí)，定期進(jìn)行清洗以使換熱器達(dá)到高效換熱并延長(zhǎng)使用壽命。

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