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换热器结垢因素及清洗方法

来源: 发布时间:2020-07-28 1840 次浏览

流体的流速通过对传热传质和机械力的影响来影响污垢,其影响过程非常复杂。事实上,流速对不同类型的污垢有

一、结垢原因

(1) 流体的流速。流体的流速通过对传热传质和机械力的影响来影响污垢,其影响过程非常复杂。事实上,流速对不同类型的污垢有不同的影响,不同类型换热设备对污垢的影响程度也不同。在换热器中,流速对污垢的影响应与对污垢沉积和污垢冲蚀的影响同时考虑。对于所有类型的污垢,流速增加引起的冲蚀速率的增加比污垢沉积速率的增加更为显著。因此,污垢的增长率随着流量的增加而减小。但在实际运行中,流量的增加会增加能耗。因此,流速越高越好。能耗和结垢应综合考虑。

(2) 流体特性。流体的性质包括流体本身的性质以及不溶于流体或被流体夹带的各种物质的性质。在冷却水系统中,水质特性对污垢的沉积起着关键作用。如果含有盐等物质,可能会因温度或浓度的变化而结晶;如果含有不溶性气体,会影响金属表面的腐蚀;如果含有微生物和营养素,也会对生物结垢产生影响。

(3) 传热壁的温度。流体的温度及其传热系数决定了界面温度。化学反应速度取决于温度,生物污染也取决于温度。流体温度的升高通常会导致化学反应速率和生物结垢速率的增加,从而影响污垢沉积量并导致污垢增长速率的增加。

(4) 换热设备参数。一是换热表面的材质:通常污垢的情况与材质有很大关系。研究发现,铜合金材料对生物污染有抑制作用。对于其他常用的碳钢和不锈钢,结垢只受腐蚀产物沉积的影响,如果使用耐腐蚀性好的石墨或陶瓷等非金属材料,则不易发生结垢。其次是换热表面的状态:换热表面材料的表面质量会影响污垢的形成和沉积。表面粗糙度越大,越有利于污垢的形成和沉积。第三种管壳式换热器的防垢性能优于常规换热器和管壳式换热器。

二、污垢的类型

对于常用的换热器,根据结垢机理,结垢一般分为以下几类:

(1) 结晶垢:是指无机盐溶解在过饱和流动液体中结晶形成的垢垢,沉积在换热器表面,称为结晶垢。秤是工业设备中最常见的秤。在水冷系统中,由于温度和pH值的变化,水中过饱和的钙、镁盐结晶沉积在换热器表面,形成水垢。

(2) 颗粒型污垢:悬浮固体颗粒如沙子、灰尘、炭黑在流体系统的换热面上积聚而形成的污垢。

(3) 化学反应污垢:加热表面与流体之间,由于自氧化和聚合反应即化学反应而造成的沉积物形成。

(4) 腐蚀型污垢:由于流体具有腐蚀性或含有腐蚀性杂质,腐蚀换热表面,产生腐蚀产物,沉积在换热表面形成污垢。

(5) 生物型结垢:是由微生物种群及其排泄物、化学污染物、泥浆等成分在换热管、管道等壁上形成的胶状沉积物,称为生物垢。

(6) 凝固污垢:清洗液或多组分溶液的高可溶性组分在过冷换热表面凝固沉积形成的污垢。

以上分类仅说明某一过程是形成这种结垢的主要过程。污垢往往是多个过程共同作用的结果,相互影响。在换热器表面的实际污垢中,通常有多种污垢混合在一起。

然而,为了简化研究,有必要首先研究单个污垢。

三、除垢措施

1.机械清洗

机械清洗是为了提供比污垢粘附力更大的力来去除附着在表面上的污垢。这种清洗方法可以去除用化学方法无法去除的碳化污垢和硬垢。机械清洗方法可分为以下两类:

(1) 强力清洁。强力清洗法是利用喷淋设备以极高的冲击力将介质喷入换热器的管程和壳程,达到除垢的目的。常见的强力清洗方法包括喷丸清理、高压水射流清洗、空气喷射清洗、喷砂清理和强力管道清洁剂。其中,高压水射流清洗多用于去除碳化污垢或硬垢,对于仅靠冲击无法去除、必须依靠加热使其松动的污垢,则采用蒸汽喷射清洗。

(2) 软机械清洗。这种清洗方法依靠插入物在管内的运动和与管内表面的接触来达到去除污垢的效果。

这种软机械清洗也称为在线机械清洗[7]。常用的方法有旋转螺旋法、液固流态化法、旋转拉杆法、螺旋弹簧振动法、海绵胶球在线清洗法等。海绵胶球法是将直径略大于管道内径的海绵球挤入管道内,以达到除垢的目的。你也可以用钢丝刷清理硬度较低的污垢。

2.化学清洗

化学清洗是利用化学清洗液产生一定的化学反应,使换热器传热管表面的水垢等沉积物溶解、剥落或剥落。

该方法清洗时间短,操作简单,除垢彻底。清洗是目前应用最广泛、最有效的方法之一。化学清洗可在现场进行。劳动强度低于机械清洗,清洗更彻底。可对机械清洗达不到的地方进行清洗,避免机械清洗对换热表面造成一定的机械损伤;对于不能拆卸的管壳式换热设备,可以不拆卸设备进行化学清洗,具有机械清洗无可比拟的优点。

清洗前,应了解清洗设备污垢的结构、材质、分布、厚度及其组成,合理选择主清洗剂、缓蚀剂、助剂选择合适的清洗剂用量、浓度、速度、温度和时间[8],最后进行清洗废液的处理和排放,避免对环境造成影响。

3.物理清洗

物理清洗是利用各种机械外力和能量对物体表面进行粉碎、分离和剥离,以达到清洁效果。常用的方法有超声波除鳞、清管清管技术、电场除鳞技术等,超声波除鳞利用超声波的空化、活化、剪切和抑制作用来达到除垢效果。超声波除垢技术的关键是选择合适的超声波功率和频率,以及清洗液的温度。

4.微生物清洗

随着水力停留时间的增加,COD去除率逐渐提高。当HRT>5min时,COD去除率基本稳定,COD去除率达到75%左右。在电化学反应器中,由于流体的流动和气体的搅拌作用,粒子的碰撞和生长机会大大增加。电浮选产生的气泡平均粒径为20~70μm,具有较大的比表面积,能为絮体提供更多的吸附和结合中心,使絮体内部有气体,更有利于絮体的漂浮。因此,在短时间内可获得满意的处理效果。

5.电流强度的影响

洗衣废水浊度、COD、MBAS去除率与电流强度的关系。随着电流强度的增大,这些指标的去除率逐渐提高。

根据法拉第电解定律,铝的电化学溶解和水的电解与所提供的电量(I/t)成正比。当通1F(26.8Ah)电时,理论上可以溶解9gAl3,同时释放0.0224Nm3H2和O2,远远大于DAF中的气体释放量。同时,增大电流强度可以获得更小的气泡,这对气浮分离过程非常有利。

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