摘要：本文自動化論文針對目前換熱器結(jié)垢嚴重的問題進行了研究，指出了結(jié)垢的機理與危害，針對不同類型的結(jié)垢提出了相應(yīng)的防治措施，同時對污垢清洗技術(shù)進行了簡要的說明，對解決換熱器結(jié)垢這一問題有一定的作用。
　　主題詞：換熱器，結(jié)垢，防治措施
　　1、論文前言
　　污垢是一種極為普遍的現(xiàn)象，廣泛存在于各種傳熱過程中，是許多換熱設(shè).備經(jīng)常遇到的問題。綜觀當(dāng)今工業(yè)界，結(jié)垢造成的浪費和損失是很嚴重。由于許多換熱設(shè)備相對比較落后，污垢造成的實際損失還可能更高些。由于換熱設(shè)備中溫度梯度的存在，使換熱面上的污垢形成機制更為復(fù)雜，污垢所帶來的危害更為強烈，所以備受科學(xué)界和工程技術(shù)人員的廣泛關(guān)注。是涉及國民經(jīng)濟眾多產(chǎn)業(yè)和部門的一個急需解決的問題。
　　1.1污垢的定義及其對換熱設(shè)備的影響
　　1.1.1污垢的定義。換熱設(shè)備污垢是指流體中的組分或雜質(zhì)在與之相接觸的換熱表面上逐漸積聚起來的那層固態(tài)物質(zhì)。這層物質(zhì)是“不需要”的多余物質(zhì)，它通常以混合物的形態(tài)存在。污垢是熱的不良導(dǎo)體，其熱導(dǎo)率一般只有碳鋼的數(shù)十分之一，不到不銹鋼的1/10。一旦換熱面上有了污垢，按串聯(lián)熱阻的觀點，流體與換熱壁面之間的傳熱熱阻（為簡單，換熱面以平面計)就增加為R=+（1-1）式中：污垢熱阻，即污垢層形成的附加熱阻，㎡•K/W;R：總傳熱熱阻，㎡•K/W；α：傳熱系數(shù)，W/㎡•K。
　　1.1.2污垢對換熱設(shè)備及其系統(tǒng)的影響。結(jié)垢對換熱設(shè)備的影響主要有兩個方面，一是由于污垢層具有很低的導(dǎo)熱系數(shù)，從而增加了傳熱熱阻，降低了換熱設(shè)備的傳熱效率。二是當(dāng)換熱設(shè)備表面有結(jié)垢層形成時，換熱設(shè)備中流體通道的過流面積將減少，導(dǎo)致流體流過設(shè)備時的阻力增加，從而消耗更多的泵功率，使生產(chǎn)成本增加。通常，為了補償由于污垢而引起的換熱效率降低，在設(shè)計換熱器時，要選取過余的換熱面積作為補償，將污垢熱阻折算在總傳熱系數(shù)中:
　　=++++式中，為基于管外表面的總傳熱系數(shù)，W/㎡•K；A為管壁面積，為平均管壁面積，㎡；為污垢熱阻，為管壁熱阻，㎡•K/W；α為對流傳熱系數(shù)，W/㎡•K；下標(biāo)i、o分別表示管內(nèi)和管外。
　　（1）初投資費用增加在設(shè)計階段，選用過余換熱面積而增加的費用，即為增加的初投資，挾是合理的費用投資，而過多的費用增加有2個因素:①由于設(shè)計時選取了比實際污垢高的污垢熱阻值，過多換熱面積的投資造成浪費，即增加了換熱器的初投資。②由于設(shè)計時選取了比實際污垢小的污垢熱阻值，從而造成換熱設(shè)備在運行較短的一段時間后，出現(xiàn)換熱不足，要增加新的換熱器來并聯(lián)運行，這部分費用也使初投資費用增加。其間還有可能造成停產(chǎn)，因而經(jīng)濟損失更大。
　　（2）操作費用增加由于結(jié)垢層的形成，流體流動阻力增大，造成泵功率增大，因而操作費用增加。此外，換熱器需經(jīng)常清洗，也使運行費用增加。
　　2、影響結(jié)垢的因素
　　從應(yīng)用角度看，影響因素有操作參數(shù)、流體性質(zhì)和換熱器設(shè)計等參數(shù)3種。
　　2.1操作參數(shù)。（1）流體速度:某些結(jié)垢將隨流速增加而增加，但同時也引起沉積物卸脫速率的增加。因此總結(jié)垢速率可能隨流速增加而降低;（2）換熱面溫度:對化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢及負溶解性鹽類的析出結(jié)垢有顯著的影響;（3）換熱面污垢熱阻一般將已隨流體主體溫度的增加而增大。
　　2.2流體性質(zhì)。流體性質(zhì)及其溶解或夾帶物性質(zhì)對結(jié)垢有較大影響。
　　2.3換熱器參數(shù)。（1）材料:某些結(jié)垢過程中表面材料可能存在一定催化作用;（2）換熱表面的構(gòu)造:眾多微小凸起增加了表面的吸收能力和化學(xué)活性，促進了污垢微粒的沉積;（3）換熱器構(gòu)型:螺旋板換熱器比管殼式換熱器結(jié)垢的可能性要低得多，原因是前者為高速和高湍動度流動。翅片管換熱器中的翅片高度對污垢的形成影響不大，但翅片密度是一重要影響因素。
　　3、 采取措施
　　3.1設(shè)計階段應(yīng)采用措施。毫無疑問，在換熱設(shè)備的設(shè)計階段，掌握一些污垢形成的機理是極為重要的，特別是可能產(chǎn)生污垢的機理，如顆粒污垢、化學(xué)反應(yīng)污垢或生物污垢等。此外，掌握系統(tǒng)參數(shù)對污垢形成的影響也是極有幫助的，如流體的流速和溫度對污垢形成的影響。這些知識可憑經(jīng)驗而來。但較為理想的是通過實驗或分析已有換熱器的性能而獲得這些信息。通常考慮潛在污垢時的設(shè)計，應(yīng)運用如下原則:①換熱器容易清洗和維修。②換熱設(shè)備安裝后，清洗污垢時不需拆卸設(shè)備，即能在工業(yè)現(xiàn)場進行清洗。③應(yīng)取最少的死區(qū)和低流速區(qū)。
　　3.2運行階段污垢控制。
　　（1）維持設(shè)計條件由于在設(shè)計換熱器時，采用了過余的換熱面積，在運行時，為滿足工藝需要，需調(diào)節(jié)流速和溫度，從而與設(shè)計條件不同，然而應(yīng)通過旁路系統(tǒng)盡量維持設(shè)計條件(流速和溫度)，以延長運行時間，推遲污垢的發(fā)生。
　　（2）控制參數(shù)在換熱器運行時，進口物料條件可能變化，因此要定期測試流體中結(jié)垢物質(zhì)的含量、顆粒大小和液體的pH值。
　　（3）維修措施良好換熱設(shè)備維修過程中產(chǎn)生的焊.點、劃痕等可能加速結(jié)垢過程形成，流速分布不均可能加速腐蝕。流體泄漏到冷卻水中，可為微生物提供營養(yǎng)(也可能起到殺死微生物的作用)，對空氣冷卻器周圍空氣中灰塵缺少排除措施，能加速顆粒沉積和換熱器的化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢的形成。用不潔凈的水進行水壓試驗，可引起腐蝕污垢的加速形成，因此，換熱設(shè)備的良好維修對防結(jié)污垢是十分必要的。
　　（4）使用添加劑針對不同類型結(jié)垢機理。可用不同的添加劑來減少或消除結(jié)垢形成。如生物滅劑和抑制劑、結(jié)晶改良劑、分散劑、絮凝劑、緩蝕劑、蠶合劑、化學(xué)反應(yīng)抑制劑和適用于燃燒系統(tǒng)中防止結(jié)垢的添加劑等。
　　3.3清洗技術(shù)
　　3.3.1化學(xué)清洗技術(shù)。化學(xué)清洗技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的方法，有時在設(shè)備運行時，也能進行清洗，但其主要缺點是化學(xué)清洗液不穩(wěn)定，對換熱器和連結(jié)管處有腐蝕。
　　3.3.2機械清洗技術(shù)。機械清洗通常用在除去殼側(cè)的污垢，先將管束取出，沉浸在不同的液體中，使污垢泡軟、松動，然后用機械方法除去垢層。機械在線除垢技術(shù)：
　　（1）使用磨粒在流體中加入固體顆粒來摩擦換熱表面，以清除污垢，但對換熱表面易產(chǎn)生腐蝕。
　　（2）海綿膠球連續(xù)除垢系統(tǒng)主要應(yīng)用于電站凝汽器中冷卻水側(cè)的污垢清除，海綿膠球在換熱器管內(nèi)通過膠球泵打循環(huán)，膠球比管子直徑略大.通過管子的每只膠球輕微地壓迫管壁，在運動中擦除沉積物。
　　（3）自動刷洗系統(tǒng)換熱器管道刷洗設(shè)施由2個外罩和1個尼龍刷組成，外罩安裝在每根管的兩端，改變水流方向可使刷子沿管道前后推進刷洗。水流換向由壓縮空氣驅(qū)動并定時控制聯(lián)結(jié)在管道上的四通閥來完成。
　　盡管傳熱結(jié)垢的研究已取得了不少成果，但需要解決的間題仍很多。大量準(zhǔn)確污垢熱阻值的缺乏，是換熱器設(shè)計過高或過低的原因。對一些高性能的換熱器，如螺旋折流板式換熱器，以便設(shè)計時選用更準(zhǔn)確的污垢熱阻值。另外，新的防結(jié)垢技術(shù)正在不斷推出，如用新型的處理表面技術(shù)來減少結(jié)垢，表面等離子處理技術(shù)、復(fù)合鍍層低能表面技術(shù)以及電場防結(jié)垢技術(shù)研究，為防結(jié)垢提供了新途徑。