化工企业换热器结垢成因及应对措施

刘博(南京福邦特东方化工有限公司，江苏 南京 210048)

1 换热器的技术原理

换热器在化工企业的生产过程中，主要用于加热、预热、过热、蒸发以及制冷等操作，其工作原理是将热流体的部分热量向冷流体传递，确保工业生产过程中所需要的流体能够达到预期温度。当前化工企业常用的换热器换热形式主要分为蓄热式换热、流体连接式换热、表面式换热、直接接触式换热与复合型换热等多种类型。

2 换热器出现结垢的具体原因

2.1 析出污垢

大部分换热器在换热过程中都是以水为载热体，水温身高或流体浓度较高时，原本溶于水中的钙离子与镁离子等，会析出微溶于水的钙盐与镁盐，并附着于换热器的表面，最终形成水垢，紧贴在换热器表面，难以清除。

2.2 微粒污垢

灰尘、炭黑及砂粒等悬浮于流体系统中的固体颗粒，在换热器的表面凝聚形成的污垢，称之为微粒污垢。

2.3 化学反应污垢

在流体和加热表面之间，出现氧化与聚合反应所产生的沉淀物，附着于换热器表面，称之为化学反应污垢。

2.4 腐蚀污垢

因为流体自身存在的腐蚀性、或其中含有存在腐蚀性特点的杂质，导致换热器表面被腐蚀，所形成的腐蚀物沉淀于换热器的表面，称之为腐蚀污垢。

2.5 生物污垢

流体中存在的微生物群体和其所产生的排泄物、化学污染

物和泥浆等成分，共同粘附在换热器表面，形成胶状沉淀物，此称之为生物型污垢。

2.6 凝固污垢

弱换热器的自身温度过低，清洁液体或多组分溶液的高溶解分解凝固沉淀所形成的污垢，称之为凝固污垢。

3 化工企业换热器清除结垢的具体措施

3.1 化学清洗

应用化学清洗液，与换热器表面存在的结垢进行反应，达到促进污垢溶解、脱离和剥离的目的。化学清洗模式无需对换热器进行拆解，使得清洗流程大大简化，清洗难度大幅下降。但如果未能合理选择化学清洗液，很可能出现换热器表面被腐蚀破坏的情况。化学清洗剂一般分为三类：第一，以溶解方式去除表面污垢；第二，以表面活性剂去除表面污垢；第三，以化学反应的形式去除表面污垢。常用的清洗方法分为三种：第一，循环法。应用水泵使得清洗液在换热器表面循环清洗。第二，浸渍法。让清洗液充满换热器表面，静置一段时间后，污垢能够自由脱离；第三，浪涌法。在换热器设备中充满清洗液，每隔一段时间，从底部放出部分清洗液，再将所放出的清洗液装回设备内，实现搅拌清洗的目的。在进行化学清洗时，其溶液一般维持0.8～1.2 m/s的流速，达到增加溶液湍流程度的目的。对于不同污垢，需要合理选择对应的化学清洗液。例如水垢，可使用5%的硝酸溶液。纯碱形成的结垢，可使用5%的盐酸溶液。但不应当使用能够对板片产生腐蚀的化学液体进行清洗。严格禁止以盐酸清洗不锈钢金属板片[1]。

3.2 物理清洗

该清洗方式，是通过应用机械外力和能量，达到粉碎污垢、从换热器表面剥离污垢的目的。高效、安全、环保和无腐蚀是物理清洗方式的主要特点。但由于物理清洗方式难以作用于微小的区域，导致清洗结构相对复杂的设备内部时，可能会出现清洁死角。当前PIG清管技术、电场除垢技术及超声波除垢等都属于较为常见的物理清洗方式。

3.3 应用高压水喷射清洗

借助柱塞泵所形成的高压水流，通过特殊喷嘴后，向结垢层喷射，具有效率高、清除彻底等优势，但存在装机容器较大、耗水量较多的缺点。

3.4 超声波除垢

该除垢方式主要应用超声波生产，改变流体中结垢物质的化学性能及物理形态，使得结垢最终分散、粉碎、松散并脱落，达到清洁换热器表面的目的。当前超声波除垢原理主要是空化、活化、剪切及抑制效应。

3.5 管道内部移动式除垢机具

当前的管道内部移动式除垢机具具有质量好、除垢效率高等特点，适宜被应用于输送化工液体或水的管道的除垢。根据驱动形式进行区分，可以将此类设备分为压缩空气驱动、电力驱动和液力驱动等多种形式。

3.6 机械清洗

该清洗模式是应用机械设备，施加大于结垢附着力的力，使得结垢能够从换热器表面脱离。该清洗方式可以有效去除化学方法所无法处理的硬质垢及碳化污垢，但应用此清洁方式，需要清理5～10遍，才能够达到预期效果，整体清洁效率较低、质量较差。当前机械清洗模式最常应用于直管清洗中。第一，提前准备好水源及空压机，将换热器水管上的短接头拆除；第二，将换热器封头的紧固螺栓拆除，旋转封头180°，将传热管露出；第三，在传热管中插入尼龙刷，确保尼龙刷自带的气堵完全进入；第四，在传热管口插入气枪口，确保气枪水平端持，让气枪口上的密封垫片被压紧；第五，将气枪上的气阀打开，通过压缩空气推动尼龙刷向前行走，在尼龙刷到达传热管的另一端后，关闭气阀；第六，重复上一步骤，从换热器的另一端，将尼龙刷推回，如此往复三遍以上；第七，使用0.3 MPa的水流对传热管进行冲洗；第八，对后续所需清洗的传热管，重复上述步骤，确保所有传热管都被清洗完毕；第九，对传热管内部的管壁颜色进行检查，如可以直观看到铜材质的本色，则可确认为清洗符合要求；第十，拧回封头，并对封头的密封垫片进行检查，确保洗完好且平整，紧固换热器封头的螺栓，链接上换热器水管的短接头；第十一，对作业现场进行清理[2]。在使用机械清洗方式清洗不锈钢片时，不应当使用碳钢刷子进行清洗，避免促进板片腐蚀。在清洗完毕后，需要用清水冲洗并擦干，妥善放置，避免变形。

3.7 微生物清洗模式与工艺

该模式主要借助微生物分解换热器表面所附着的油污结垢，并且将其转化为无毒无害的水溶性物质。该清洗模式能够将有机物、油污等附着物彻底分解，所以其本质上属于环保型清洁技术。目前主要有两种清洗工艺如表1所示。

4 换热器结垢的预防措施

在运行换热器时，为满足生产工艺需求，需要流速进行调整，从而使得实际使用条件与设计条件之间存在巨大差异，对此应当通过合理设置旁路系统，尽可能确保换热器处于设计流速和温度状态下运行，以提高其稳定运行时间，延缓污垢的形成；应用参数控制时，进口物料条件可能出现调整，所以需要对流体中的结垢物质含量、颗粒大小与流体pH值定期测试；针对结垢机理的不同，需要合理应用不同添加剂，达到清除或抑制结垢的目的。如：结晶改良剂、分散剂、生物灭剂及抑制剂、缓释剂、絮凝剂、化学反应抑制剂和燃烧系统中抑制积碳等结垢的添加剂等；随着流体中结构物质浓度的增加，结垢速度也会显著加快，对此可以采取过滤、凝聚和沉淀的方式去除颗粒污垢。应用离子交换或化学处理的方式切除结疤类物质。使用磁场、超声波、紫外线、电厂和辐射等达到杀灭流体中细菌的目的，其中超声波能够对生物污垢实现有效抑制；要加强控制换热器的水质，定期检查系统中的水及软化罐中的软化水情况，确保其符合相关标准，才可应用于换热器工作；化工企业在新增设备后，需要将供热系统和换热器分离，确定了其循环工作一段时间后，再将换热器与之连接，避免管网中存在的杂质进入换热器中；换热器工作过程中，除了学校对供热系统的过滤器以及除污器定期清理以外，还需要持续保持供热管网的清洁，避免出现堵塞换热器的情况[3]。

5 结语

在化工企业生产中，换热器是其中极为重要的设备之一，在生产过程中作用重大。所以要求相关技术人员必须深入研究对换热器的研究，应用正确的换热器使用和维护方法，确保其能够持续保持高效运行。同时需要积极学习和了解行业先进技术，通过引进先进技术及设备设施的方式，升级现有的热水器设备，以有效提升换热器的工作效率，在提高产品质量和生产效率的同时，降低对于相关能源的消耗量，提高生产效益，促进企业的绿色、健康发展。