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冷却器结垢原因及其解决方案

  在化工企业生产中,列管式冷却器作为最为典型的间壁式冷却器,其由壳体、管束、管板、折流挡板和封头等部分组成。列管式冷却器制造过程中可以利用多种材料,由于其传热面积大,传热效果好,而且结构较为简单,所以利用非常广泛。列管式冷却器在使用过程中,由于其传热面积大,所以也极易在传热表面形成沉积物堆积而发生结垢现象,使表面的热阻升高,影响了热量的传递速度。而且一旦出现结垢的情况,则会导致流通面积减小,介质在流动过程中受到较大的阻力,从而增加其运行过程中的能耗。目前很多化工生产企业都是由于列管式冷却器在使用中存在结垢问题,而影响了使用效果,从而造成经济上的损失。列管式冷却器在运行过程中为了有效的避免和减少结垢问题所带来的影响,则需要从设计及清理方法上来进行预防和解决,及时进行维护和保养,有效的提高列管式冷却器的传热能力,增加企业的收益。
  1、列管式冷却器结垢的原因
  列管式冷却器最易结垢的部位为管束的内外壁,当该位置形成污垢层后,则会导致冷却器热传递能力下降,甚至会导致介质的流道受到阻塞。流体的性质、流速、速度、状态及冷却器的参数等都会导致污垢的发生。
  1.1 流体的性质。列管冷却器其主要是以水为其载热体,水作为冷却器的流体,其性质不仅指水本身的性质,也包括水中夹带着的各种物质。所以当水在加温过程中,其内所含有的离子或是某些盐类会随着温度的升高而发生结晶,这些结晶会附着在换热管的表面,形成水垢,在水垢刚形成阶段,其还会较为松软,但随着时间的推移、传热效果的恶化,则会使水垢中的结晶开始失去,垢层开始变硬,并在换热管表面形成一层牢固的硬壳。
  1.2 流体的流速。在列管冷却器运行中,流体的流速并不是越快越好,因为当流速增加时,可能会导致结垢的增加,但也会引起沉积物脱卸的速率增加,所以当流速增加时,可能总结垢的速率反而会降低。当处于运行中的列管冷却器,其流速增加时,不仅冷却器的系数会变大,而且所带来的磨损也会增大,使能耗增大,所以对于列管冷却器流体的流速的控制,需要从能耗和污垢两个方面进行综合考虑。
  1.3 冷却器的表面材料对于污垢的形成具有较大的影响。如果表面材料选择不当,则会在污垢形成过程中起到助推的作用。目前冷却器表面材料可以选择的种类较多,如铜合金、碳钢、不锈钢、石墨、陶瓷等、这些材料有的对结垢具有抑制作用,同时非金属材料则不易发生结垢,但其导热性能相比于金属材料则要差一些。所以在进行冷却器表面材料选择时,则需要综合多方面因素进行考虑。另外,冷却器表面构造上存在着一些微小的凸起,这会导致对吸收能力和化学活性增加,极易导致污垢发生沉积。
  2、列管式冷却器结垢的具体解决方案
  2.1 设计阶段 列管式冷却器结垢的防治措施,需要在设计阶段就进行充分的考虑,以减少运行阶段污垢的形成。设计时需要从以下几个方面进行综合考虑,需要能够在现场进行清洗,减少清洗进对设备的折卸,减少死区和低流速区,确保内流速的均匀、温度分布的均匀性,在保证合理压力及不会产生腐蚀的情况下,利用提高流速来减少污垢的形成,设计时还需要对冷却器表面温度进行考虑,以减少污垢的形成。
  2.2 运行阶段
  2.2.1 维持设计条件 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。
  2.2.2 运行参数控制 在冷却器运行时,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。
  2.2.3 维修措施良好 换热设备维修过程中产生的焊点、划痕等可能加速结垢过程形成。
  2.2.4 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。
  2.2.5 减少流体中结垢物质浓度 通常,结垢随着流体中结垢物质浓度的增加而增强,对于颗粒污垢可通过过滤、凝聚与沉淀来去除;对于结疤类物质,可通过离子交换或化学处理来去除;紫外线、超声、磁场、电场和辐射处理紫外线对杀死细菌非常有效。
  2.3 污垢的清理
  2.3.1 机械清理
  机械清理对于管内污垢的清除还是具有较好效果的,对于管束发生轻微堵塞时,则需要利用不锈钢筋和低碳钢的圆盘从一头捅入,另一头拉的方法来清除污垢,而专用清管刷则可以用来清除轻薄的积垢。而对于管内结垢严重的情况,则需要利用软金属桶管来进行清理,对于管口发生堵塞的情况,则需要利用手工进行铲、削、刮和刷等方法来进行处理。机械清理能够很好的清除污垢,但其处理效率低,工作量大,而且容易对换热管造成伤害。
  2.3.2 高压水冲洗清理
  高压水冲洗清理一是一种强力清洗法,通常用于清洗列管式冷却器的管内垢层。它利用高压清洗泵打出的高压水,通过专用清洗枪直接将高压水射在需清洗部位,这种方法比人工清理和机械清理效果好,效率高但,对于设备存在结垢严重、垢层紧硬的冷却器,此方法并不可取。
  2.3.3 化学清理
  化学除垢是使用化学药品在列管冷却器内进行循环,以溶解并消除污垢。喷淋法、浸泡法、强制循环法是在实际清洗中最基本的化学除垢法。实际应用中通常是两种方法混合使用,可以在不伤及金属和镀层的条件下对设备进行清洗,从而清理掉其他方法不容易去除的污垢。化学除垢法清理污垢对大型的冷却器十分有利,不经拆卸列管冷却器就可以清理污垢。
  2.3.4 超声波除垢
  超声波除垢就是利用超声波的空化效应、活化效应、剪切效应和抑制效应除垢,成本低廉,操作简易,是一种新型的冷却器清洗技术,也是日后防垢技术的发展方向。
  2.3.5 混合清理
  对于在一些恶劣的环境条件下工作的某些列管冷却器,例如焦化厂的煤气冷却器,在污垢中由于含有煤粉、碳渣及油性物质等,如果单纯地采用某种方法除垢效果不理想的,可采用先进行化学清洗,再高压水洗的方式进行除垢。
  3、结束语
  冷却器在运行时,导致其结垢形成的较多,为确保冷却器的使用寿命及传热效率,需要分析具体结垢原因,以便采取有效措使冷却器结垢的问题得到处理。

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