化工企業換熱器結垢成因及應對措施

劉博(南京福邦特東方化工有限公司，江蘇 南京 210048)

1 換熱器的技術原理

換熱器在化工企業的生產過程中，主要用于加熱、預熱、過熱、蒸發以及制冷等操作，其工作原理是將熱流體的部分熱量向冷流體傳遞，確保工業生產過程中所需要的流體能夠達到預期溫度。當前化工企業常用的換熱器換熱形式主要分為蓄熱式換熱、流體連接式換熱、表面式換熱、直接接觸式換熱與復合型換熱等多種類型。

2 換熱器出現結垢的具體原因

2.1 析出污垢

大部分換熱器在換熱過程中都是以水為載熱體，水溫身高或流體濃度較高時，原本溶于水中的鈣離子與鎂離子等，會析出微溶于水的鈣鹽與鎂鹽，并附著于換熱器的表面，最終形成水垢，緊貼在換熱器表面，難以清除。

2.2 微粒污垢

灰塵、炭黑及砂粒等懸浮于流體系統中的固體顆粒，在換熱器的表面凝聚形成的污垢，稱之為微粒污垢。

2.3 化學反應污垢

在流體和加熱表面之間，出現氧化與聚合反應所產生的沉淀物，附著于換熱器表面，稱之為化學反應污垢。

2.4 腐蝕污垢

因為流體自身存在的腐蝕性、或其中含有存在腐蝕性特點的雜質，導致換熱器表面被腐蝕，所形成的腐蝕物沉淀于換熱器的表面，稱之為腐蝕污垢。

2.5 生物污垢

流體中存在的微生物群體和其所產生的排泄物、化學污染

物和泥漿等成分，共同粘附在換熱器表面，形成膠狀沉淀物，此稱之為生物型污垢。

2.6 凝固污垢

弱換熱器的自身溫度過低，清潔液體或多組分溶液的高溶解分解凝固沉淀所形成的污垢，稱之為凝固污垢。

3 化工企業換熱器清除結垢的具體措施

3.1 化學清洗

應用化學清洗液，與換熱器表面存在的結垢進行反應，達到促進污垢溶解、脫離和剝離的目的。化學清洗模式無需對換熱器進行拆解，使得清洗流程大大簡化，清洗難度大幅下降。但如果未能合理選擇化學清洗液，很可能出現換熱器表面被腐蝕破壞的情況。化學清洗劑一般分為三類：第一，以溶解方式去除表面污垢；第二，以表面活性劑去除表面污垢；第三，以化學反應的形式去除表面污垢。常用的清洗方法分為三種：第一，循環法。應用水泵使得清洗液在換熱器表面循環清洗。第二，浸漬法。讓清洗液充滿換熱器表面，靜置一段時間后，污垢能夠自由脫離；第三，浪涌法。在換熱器設備中充滿清洗液，每隔一段時間，從底部放出部分清洗液，再將所放出的清洗液裝回設備內，實現攪拌清洗的目的。在進行化學清洗時，其溶液一般維持0.8～1.2 m/s的流速，達到增加溶液湍流程度的目的。對于不同污垢，需要合理選擇對應的化學清洗液。例如水垢，可使用5%的硝酸溶液。純堿形成的結垢，可使用5%的鹽酸溶液。但不應當使用能夠對板片產生腐蝕的化學液體進行清洗。嚴格禁止以鹽酸清洗不銹鋼金屬板片[1]。

3.2 物理清洗

該清洗方式，是通過應用機械外力和能量，達到粉碎污垢、從換熱器表面剝離污垢的目的。高效、安全、環保和無腐蝕是物理清洗方式的主要特點。但由于物理清洗方式難以作用于微小的區域，導致清洗結構相對復雜的設備內部時，可能會出現清潔死角。當前PIG清管技術、電場除垢技術及超聲波除垢等都屬于較為常見的物理清洗方式。

3.3 應用高壓水噴射清洗

借助柱塞泵所形成的高壓水流，通過特殊噴嘴后，向結垢層噴射，具有效率高、清除徹底等優勢，但存在裝機容器較大、耗水量較多的缺點。

3.4 超聲波除垢

該除垢方式主要應用超聲波生產，改變流體中結垢物質的化學性能及物理形態，使得結垢最終分散、粉碎、松散并脫落，達到清潔換熱器表面的目的。當前超聲波除垢原理主要是空化、活化、剪切及抑制效應。

3.5 管道內部移動式除垢機具

當前的管道內部移動式除垢機具具有質量好、除垢效率高等特點，適宜被應用于輸送化工液體或水的管道的除垢。根據驅動形式進行區分，可以將此類設備分為壓縮空氣驅動、電力驅動和液力驅動等多種形式。

3.6 機械清洗

該清洗模式是應用機械設備，施加大于結垢附著力的力，使得結垢能夠從換熱器表面脫離。該清洗方式可以有效去除化學方法所無法處理的硬質垢及碳化污垢，但應用此清潔方式，需要清理5～10遍，才能夠達到預期效果，整體清潔效率較低、質量較差。當前機械清洗模式最常應用于直管清洗中。第一，提前準備好水源及空壓機，將換熱器水管上的短接頭拆除；第二，將換熱器封頭的緊固螺栓拆除，旋轉封頭180°，將傳熱管露出；第三，在傳熱管中插入尼龍刷，確保尼龍刷自帶的氣堵完全進入；第四，在傳熱管口插入氣槍口，確保氣槍水平端持，讓氣槍口上的密封墊片被壓緊；第五，將氣槍上的氣閥打開，通過壓縮空氣推動尼龍刷向前行走，在尼龍刷到達傳熱管的另一端后，關閉氣閥；第六，重復上一步驟，從換熱器的另一端，將尼龍刷推回，如此往復三遍以上；第七，使用0.3 MPa的水流對傳熱管進行沖洗；第八，對后續所需清洗的傳熱管，重復上述步驟，確保所有傳熱管都被清洗完畢；第九，對傳熱管內部的管壁顏色進行檢查，如可以直觀看到銅材質的本色，則可確認為清洗符合要求；第十，擰回封頭，并對封頭的密封墊片進行檢查，確保洗完好且平整，緊固換熱器封頭的螺栓，鏈接上換熱器水管的短接頭；第十一，對作業現場進行清理[2]。在使用機械清洗方式清洗不銹鋼片時，不應當使用碳鋼刷子進行清洗，避免促進板片腐蝕。在清洗完畢后，需要用清水沖洗并擦干，妥善放置，避免變形。

3.7 微生物清洗模式與工藝

該模式主要借助微生物分解換熱器表面所附著的油污結垢，并且將其轉化為無毒無害的水溶性物質。該清洗模式能夠將有機物、油污等附著物徹底分解，所以其本質上屬于環保型清潔技術。目前主要有兩種清洗工藝如表1所示。

4 換熱器結垢的預防措施

在運行換熱器時，為滿足生產工藝需求，需要流速進行調整，從而使得實際使用條件與設計條件之間存在巨大差異，對此應當通過合理設置旁路系統，盡可能確保換熱器處于設計流速和溫度狀態下運行，以提高其穩定運行時間，延緩污垢的形成；應用參數控制時，進口物料條件可能出現調整，所以需要對流體中的結垢物質含量、顆粒大小與流體pH值定期測試；針對結垢機理的不同，需要合理應用不同添加劑，達到清除或抑制結垢的目的。如：結晶改良劑、分散劑、生物滅劑及抑制劑、緩釋劑、絮凝劑、化學反應抑制劑和燃燒系統中抑制積碳等結垢的添加劑等；隨著流體中結構物質濃度的增加，結垢速度也會顯著加快，對此可以采取過濾、凝聚和沉淀的方式去除顆粒污垢。應用離子交換或化學處理的方式切除結疤類物質。使用磁場、超聲波、紫外線、電廠和輻射等達到殺滅流體中細菌的目的，其中超聲波能夠對生物污垢實現有效抑制；要加強控制換熱器的水質，定期檢查系統中的水及軟化罐中的軟化水情況，確保其符合相關標準，才可應用于換熱器工作；化工企業在新增設備后，需要將供熱系統和換熱器分離，確定了其循環工作一段時間后，再將換熱器與之連接，避免管網中存在的雜質進入換熱器中；換熱器工作過程中，除了學校對供熱系統的過濾器以及除污器定期清理以外，還需要持續保持供熱管網的清潔，避免出現堵塞換熱器的情況[3]。

5 結語

在化工企業生產中，換熱器是其中極為重要的設備之一，在生產過程中作用重大。所以要求相關技術人員必須深入研究對換熱器的研究，應用正確的換熱器使用和維護方法，確保其能夠持續保持高效運行。同時需要積極學習和了解行業先進技術，通過引進先進技術及設備設施的方式，升級現有的熱水器設備，以有效提升換熱器的工作效率，在提高產品質量和生產效率的同時，降低對于相關能源的消耗量，提高生產效益，促進企業的綠色、健康發展。