板式换热器清洗方法探讨

2018-03-29苗勇虎吴礼云

山西冶金 2018年4期

苗勇虎，吴礼云

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北曹妃甸 063200）

换热器分为管式及板式换热器，板式换热器以其具有质量轻、占地面积小、换热效率高、拆装灵活等特点，广泛应用于石油、化工、工业、电力、冶金、暖通空调等行业。但是由于换热板间隙小，极易造成积垢堵塞，影响换热效率，因此选择合理的清洗方法对板式换热器维护就显得至关重要。

1 板式换热器的简介

板式换热器是用金属薄板通过模具压制成具有一定波纹形状的换热板片，加密封胶垫组装而成的一种换热器。板式换热器由固定压紧板、上导杆和下导杆、活动压紧板、压紧螺栓、换热板片及密封胶条构成。冷媒与热媒分别流经换热板片两侧间隙通道进行换热,具有众多优点的同时也存在缺点。

1.1 换式换热器的优点

1）传热效率高。板片的特殊波纹结构，使流体在较低流速下即可获得较高的传热系数，通常是传统管壳式换热器的3～5倍。板式换热器的流道窄，板片是波形，截面变化复杂，使流体的流动方向和流速不断变化，增加了流体的扰动，因而能在很小的流速下达到紊流，具有较高的传热系数。

2）占用空间小。板式换热器单位体积内的换热面积为管壳式换热器的2～5倍。

3）清洗方便。较管式换热器，板式换热器把夹紧螺栓松开卸掉后，即可拆卸板片，便于彻底清洗及维修。

1.2 板式换热器的缺点

1）密封性较差，易漏泄。密封胶条是板式换热器中一个重要的辅助零件，主要防止流体在板间流动时泄露；胶条材料的选择要考虑其耐温、耐压和化学稳定性，以及弹性等性质。

2）运行压力受一定限制。受换热板片的强度及密封胶条的密封效果制约，运行压力一般不超过1MPa。

3）换热板片间隙狭小，易堵塞，不适用于含悬浮物的流体，流阻较管壳式为大。

4）换热板片薄，反复拆装易变性、开裂，造成泄露。

2 板式换热器结垢原因及影响

板式换热器在运行过程中，板片间造成结垢的主要是水垢及污垢，水垢是水中的钙镁碳酸盐遇热后分解为碳酸钙和氢氧化镁沉淀物，这些沉淀物比较坚硬，难以清除；污垢一般是由颗粒细小的泥砂、藻类等杂物，这类垢体积较大、质地疏松稀软，较易清除。积垢使得板式换热器换热能力大大降低，造成热能的严重浪费，影响换热器的正常运行。

3 板式换热器清洗方法的选择

3.1 日常在线反冲洗

日常运行中板式换热器板片间隙内附着的松散泥砂及藻类杂质，在未形成坚硬的结垢前，进行周期性反冲洗，预防性维护，减少形成污堵造成流速降低，降低结垢的速率[1]。以某海水淡化处理厂蒸馏水板式换热器为例，在线反冲洗操作步骤如下。

1）关闭板式换热器海水侧进出水阀门。

2）将板式换热器海水侧进水滤筒进行拆卸。

3）将海水进水侧泄水管连接到板换压紧板滤筒兰盘上，连接外排管路。

4）打开海水出水侧阀门，对板片进行反冲洗。

在线反冲洗注意事项：避免超压反冲洗，防止将密封垫片冲出密封槽；反复多次冲洗；检查滤筒有破损及时更换。

3.2 不拆解离线药剂清洗

在线反冲洗后无明显效果时，需要将板式换热器离线药剂清洗，适用于易溶解结垢，如碳酸盐水垢。

3.2.1 清洗剂的选择

清洗剂普遍采用有机酸和无机酸两大类。有机酸主要有：甲酸、草酸、柠檬酸等；无机酸主要有：盐酸、硝酸、氢氟酸等。根据板式换热器结构、工艺、板片材质及水垢成分的分析选择。

3.2.2 不拆解离线药剂清洗步骤

以某海水淡化处理厂蒸馏水板式换热器为例。通过板式换热器厂家试验证明，采用30%柠檬酸（工业、医用、食品级均可）作为清洗液（注：30%的柠檬酸对钛材和NBR橡胶均无腐蚀）。将酸液加温至40～50℃最佳，进行单侧通道的循环反冲洗[1]。

1）制作药剂箱，将板式换热器海水出口阀门、海水进口阀门、耐酸泵、药剂箱用PVC管道连接，形成回路，利用一定压力的水对换热器进行连续的开式冲洗，尽可能将换热器内的泥垢等杂质冲洗干净，既能提高酸洗的效果，也可降低酸洗的耗酸量。水冲洗及试压的目的是去除系统中的泥砂及疏松污垢，并在模拟清洗状态下对临时接管处泄漏情况进行检查。

2）将清洗液进口管接在板式换热器海水侧的出口方向，清洗液的出口接在板式换热器海水侧入口，反方向冲洗，先浸泡1～2 h，开始用泵打循环24 h，如果清洗液的温度加热不到40℃，循环清洗的时间要相应延长。按照化学清洗工艺，在循环过程中，每隔1 h要检测一次清洗槽内清洗液的浓度，清洗剂可以及时更新。使清洗液的浓度始终保持30%浓度，并根据测量数据添加清洗剂。

3）清洗结束后，排净系统内的酸液，充满新鲜水进行冲洗，去除残留在系统中的酸液及杂质，当出口的溶液pH值大于6时，进回液口浊度差较小时，即可结束水冲洗。

4）酸洗液中和处理及排放到药剂箱中，待加入片碱中和至pH值6～9后，方可使用罐车运输至指定地点排放。

5）清洗过程应做好记录，以便比较清洗前后的效果。清洗后要对板式换热器按规范进行打压试验，合格后换热器才能并网[2]。

3.3 拆解板片清洗

3.3.1 需要拆解板片清洗

1）换热能力降低，压降增加。当板片结垢严重、换热效率不能满足工艺需求，甚至堵塞时，上述两种方法无法解决，此时须拆解换热器并加以清洗。

2）发生可见泄露，无法紧固。当板片间发生泄露，通过检查板式换热器工作压力及紧固压紧螺栓仍存在泄漏情况，就需要拆解检修。

3.3.2 清洗药剂的选择

选择合适的清洗剂，要充分考虑到板片的材质及结垢的成分，例如：不锈钢片不得将表面上的钝化（保护）膜除去；油脂可以用能将水乳化的油溶液加以去除；有机物或脂类污垢可以用氢氧化钠除去，最高浓度1.5%，最高温度85℃。1.5%浓度相当于将3.75 L的φ（NaOH）为30%加入到100 L水中的浓度；盐垢可以用硝酸（HNO3）除去，最高浓度1.5%，最高温度65℃。1.5%浓度相当于将1.75 L的φ（HNO3）为62%加入到100 L水中浓度，硝酸还有利于形成不锈钢表面钝化膜。

3.3.3 拆解清洗操作步骤

板式换热器的拆解清洗工艺进行清洗，以某海水淡化板式换热器为例，该板式换热器板片选用纯钛材质，密封胶条选用丁晴橡胶NBR[3]，步骤如下：

1）拆卸。冷却与卸压，在拆卸板式换热器之前，必须使温度降至40℃以下，并卸压。冷却速度不得超过每分钟10℃，降压速度不得超过每分钟10×105Pa。在拆去换热器时必须保持在对角线上2个或者4个螺栓在原位上，然后将其余螺栓拆下。拆板片过程中将板片编号，以便于装配。

2）冲洗。将板式换热器板片拆卸下后，将板片用带有毛刷的高压清洗器加以清洗，或是软刷和清洗液或水，清除板片上疏松垢层，并冲洗板片上的浮泥及藻类杂质。并将密封胶条取下检查，不符合再用的胶条需更换。

3）浸泡。将拆下密封胶条的板片放入预制好的清洗液内浸泡12 h，如果板片上积垢或有机物甚厚，可适当延长浸泡时间，并检测清洗液的浓度及钙硬，待清洗液浓度及钙硬不再变化时，将板片捞出，用清水冲洗干净。

4）钝化。钝化预膜是在金属表面上形成能抑制金属溶解过程的电子导体膜，这层膜本身在介质中的溶解速度很小，以致它能使金属的阳极溶解速度保持在很小的数值上[4]。

5）装配。当钝化预膜完毕后，用水冲洗并使之干净，板片与密封垫片的检查，仔细检查每片板片与垫片，不得有缺陷和污物，必须将板片上污垢、浮泥去除干净。在装配板束之前清洗全部板片和密封垫，即使是沙子之类的异物也会导致泄露。如果经清洗并压紧至最小尺寸后板束还出现泄露，建议更换密封垫。板片的回装应按编号依次将其装回至板束中原来位置。

6）清洗废液的处理。清洗废液在清洗后向酸洗槽内加入片碱中和至pH值6～9后，方可使用槽罐车运输至指定地点排放。

4 板式换热器先进清洗方法

通过多次对某海水淡化厂的板式换热器的拆解清洗，并结合清洗效果发现，对板式换热器采用拆开清洗效果较好，并可以直接观察到清洗效果，但是板式换热器的拆装要耗费一定时间、人力和物力，反复拆装对板片造成变形、开裂，并且需要配备新的密封胶条，投入较大。可以探索新式免拆卸清洗剂，既可保护板片及垫片不受腐蚀老化，又可避免拆装造成板片变形及费财费力。