根据调查,90%以上的换热设备都存在着不同程度的污垢问题,损失高达工业生产总值 0.3%。
冷却器在选型上对换热面积的富裕量和泵的能力均有所考虑。但由于设备结垢造成的流通方向变化,流道截面改变,流体介质的流态物性改变,机械杂质含量的变化以及腐蚀的危害等,均会造成冷却器管程不同程度的堵塞,壳程死角区域的增加。尤其在壳程,由于流道骤变形成涡流,使得沉积物大量聚积并结垢。冷换设备污垢基本形式有:(l)碳氢凝聚物沉积。在高温下,油品、有机介质、催化剂颗粒连同其它杂质等凝聚、附着、沉积在管壁上。(2)无机盐类的沉积。主要包括水垢和腐蚀产物等。(3)生物污垢粘附。主要由菌藻大量繁殖所致。
污垢对冷却器主要存在以下的危害:(1)无论结垢是否为腐蚀介质,都会加速金属的腐蚀,如异物附着管壁产生电位差后导致腐蚀。(2)传热表面结垢,传热效率下降。结垢严重会引起堵塞。(3)管内污垢使管内径变小,流量相应增大,压力损失增加。(4)由于结垢使导热性能下降,管壁温度升高形成局部过热,可能产生爆裂等事故。(5)结垢导致的经济损失,除了能量损耗外,也增加了设备维修与清洗用度。
目前冷却器除垢方法主要分为机械清理和化学清理两大类。机械清理包括喷水清洗、喷汽清洗、喷砂(丸)清洗、刮刀或钻头除垢、清洗塞、干冰清洗、空气爆破清洗、气脉冲清洗、声波清洗及电磁除垢等方法。化学清理包括循环法、浸渍法和喷淋法等方法。在线清理方法又分为在线机械清洗法和在线化学清洗法。下面对目前常用除垢方法,喷水清洗、海绵胶球在线清洗系统、管内插入物在线清洗和声波清洗作简要介绍:
(1)喷水清洗
据文献介绍,石化企业换热设备的清洗,除 10%不需要清洗外,采用高压水射流清洗的高达 80%,采用化学清洗的仅占 10%。喷水清洗一般由压力泵、调压装置、软管或硬管、喷头及控制装置等部件共同实现,是用高压水喷射或机械冲击的除垢方法。采用这种方法时水压一般为 20~50MPa。现在也有采用更高压力的 50~70Mpa,文献针对各种不同类型污垢给出了推荐工作压力。
对于硬垢,为加强压力水的清洗能力,也常常采用加热清洗介质、添加化学药品等增效技术。效果较为明显、应用较为广泛的有:
热水射流:是对作为水射流工作介质的水进行加热以提高清洗效果的方法,其常用介质温度在 60~80℃左右。同样的喷射压力和水流量,热水喷射的清洗能力要强许多,对于油污的清洗效果更好。此外,热水射流清洗还有杀菌消毒的功效。
水基清洗:指在清水中加入化学剂,也称水剂清洗。化学制剂能帮助减小表面张力,有利于去除表面垢层。如果添加的是长链聚合物类化学制剂,能够减小水流在管线中的摩擦阻力,增加水射流的直线段长度,适用于射程要求较大的场合。
空化射流:空化射流是指利用空化喷嘴在射流束内产生气泡,当射流冲击物体表面时发生溃灭,造成垢层的空蚀破坏,以提高水射流的清洗、切割和破碎的效果。据估计,空化喷嘴代替普通喷嘴,泵的压力可降低 1-2 个数量级。
(2)海绵胶球在线清洗系统
为了节省停工清洗的劳力和费用,延长运转周期、节约维修费用,现已研究出了各种在线机械清洗和在线化学清洗装置。胶球清洗,是用喷丸清洗器进行的。喷丸清洗器是由海绵球和将球推进需清洗的管子内部的流体喷枪组成,球为炮弹形,以半硬质发泡聚氨基脂的海绵体挤压而成,富有弹性。采用直径比管内径略大胶球进行清洗。胶球被循环水带进管内,被压缩变形与管内壁进行全周摩擦,这样胶球在循环水压力作用下流经管时,就把管内壁清洗一遍。
(3)管内插入物在线清洗
管内插入物是早期应用于强化传热的一种方法。近几年很多学者将管内插入物在线清洗方法作为研究方向它们的工作原理均是靠流体的作用下转动或振动达到除垢效果,而且都基于管式换热方式和水质较清洁情况下提出的,一方面对于换热面积大,传热管数量很多的污水
冷却器,其机械工艺复杂,难以实现,另一方面对于水质恶劣城市原生污水,很容易造成插入物的腐蚀,损坏,同时如果脱落的大块污物吸附在插入物上,易导致管道阻塞。
(4)声波清洗
声波清洗机就是以声波发生器发出的频振荡信号,通过声波转换器转换成高频机械振荡而传播到介质—清超声波清洗机洗溶剂中,声波在清洗液中疏密相同的向前辐射,使液体流动而产生数以万计的微小气泡对清洗物进行击打,从而达到清洗目的。而声波因为频率十分有限而被人们不断改进,慢慢演变成本现在的超声波清洗机,超声波清洗机继承了声波清洗的清洗原理,而因提高了频率使清洗效果变得十分明显。
以上除垢方法中,声波清洗和喷水清洗技术,属于非在线除垢,需要中断生产进行清洗;管内插入物和海绵胶球在线清洗技术只能应用于管内污垢清洗。现有除垢方法种类繁多,但因各种原因并不能直接用于热管冷却器除垢,因此应用现有除垢技术,并不能保证热管冷却器在非清洁水源领域正常使用。
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