热交换器结垢的原因及处理方法

热交换器结垢的原因及处理方法
换热器在化工生产中占有重要地位，而换热器机组结垢腐蚀，导致传热不够而被迫停车清洗或者换热器的更换，严重时会影响安全生产的进行，更会增加企业运行的成本.
1结垢原因
1.1颗粒污垢
悬浮于流体的固体微粒在换热表面上的积聚，一般是由颗粒细小的泥沙尘土不溶性盐类胶状物油污等组成
当含有这些物质的水流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，形成垢下腐蚀，为某些细菌生存和繁殖提供温床当防腐措施不当时，最终导致换热表面腐蚀穿孔而泄漏
1.2生物污垢
除海水冷却装置外，一般生物污垢均指微生物污垢循环水系统中最常见的微生物主要是铁细菌真菌和藻类
铁细菌能把溶于水中的Fe2+ 转化为不溶于水的Fe2O3 的水合物，在水中产生大量铁氧化物沉淀以及建立氧浓差腐蚀电池，腐蚀金属
且循环水系统中的藻类常在水中形成金属表面差异腐蚀电池而导致沉积物下腐蚀块状的还会堵塞换热器中的管路，减少水的流量，从而降低换热效率
1.3结晶污垢
在冷却水循环系统中，随着水分的蒸发，水中溶解的盐类（如重碳酸盐）的浓度增高，部分盐类因过饱和而析出，而某些盐类则因通过换热器传热表面时受热分解产生沉淀这些水垢由无机盐组成结晶致密，被称为结晶水垢
1.4腐蚀污垢
具有腐蚀性的流体或者流体中含有腐蚀性的杂质对换热表面腐蚀而产生的污垢腐蚀程度取决于流体中的成分温度及被处理流体的pH 值等因素
通常，冷却管中的污垢冷却管一般为紫铜管和黄铜管，金属腐蚀主要是较高温度下(40～50)的氧腐蚀，污垢以铜或铜合金腐蚀产物和钙镁沉淀物为主，从而造成大量腐蚀污垢
1.5凝固污垢
流体在过冷的换热面上凝固而形成的污垢例如当水低于冰点而在换热表面上凝固成冰温度分布的均匀与否对这种污垢影响很大
2金属腐蚀
换热器大多数是金属质地，而在自然界中大多数金属常以矿石的形式，即金属化合物的形式存在，而腐蚀则是一种金属回复到自然状态的过程
换热器的腐蚀主要是指板片的腐蚀与水质不纯大气对水的污染管内壁面状况以及水流速大小等因素均有着密切关系
2.1化学腐蚀
金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程
2.2电化学腐蚀
金属表面与电解质溶液因发生电化学作用而产生的电化学腐蚀是最普遍最常见的腐蚀电化学腐蚀通常又以应力腐蚀破裂点蚀(小孔腐蚀)缝隙腐蚀等局部腐蚀的形式出现
2.3应力腐蚀
产生应力腐蚀必须具备特定的腐蚀环境和足够大的拉伸应力CL-是造成应力腐蚀的另一个主要因素Cl- 半径小，穿透力极强，很容易穿透保护膜内极小的孔隙，破坏局部钝化膜而进入裂缝尖端生成HCl，产生自加速催化加速腐蚀过程，同时H+ 在尖端析出，渗入裂缝前缘，可使金属脆化
温度是引起应力腐蚀破裂的重要因素，温度愈高时引起腐蚀的Cl- 浓度越低，也就愈易发生应力腐蚀破裂
2.4生物腐蚀
主要是与冷却水系统的循环水等介质接触的金属表面上易引起生物腐蚀生物腐蚀的原因是由于生物体会以有机缓蚀剂为食物，生物代谢产生酸，破坏金属耐腐蚀保护层，生物新陈代谢耗氧，造成金属表面O2 浓度不均而引起氧浓差腐蚀
3换热器防腐蚀的六项措施
3.1合理的工艺设计
设计时，将蒸汽放在管程侧，避免高速气体流经壳程壳程有较大流量介质时，可以设计多个壳程入口，缓冲压力，另外应设置防冲板，减少高速流体对设备造成的冲刷腐蚀为避免残留液和沉积物的滞留，焊接时尽量采用双面对接焊和连续焊，避免搭接焊和点焊在焊接工艺中应根据实际经验，引起应力腐蚀破裂的应力主要是残余应力，而残余应力主要是由冷加工以及焊接引起的内应力所构成
对冷加工件和焊接件进行热处理，有助于消除残余应力，从而也有助于防止应力腐蚀的产生常采用应力退火热处理消除残余应力或其他消除残余应力的方法，如水压试验振动时效及锤击等
另外，管束起吊必须采用尼龙带，保证金属表面平整无划痕能够顺利入壳
3.2耐腐蚀材料
采用耐蚀材料(如双目不锈钢哈氏合金钛钛合金铜等)，这些材料耐腐蚀性强，可以提高换热器的使用寿命，但这些高耐腐蚀性的材料价格昂贵，制造成本高，一次性投入的成本大，企业一般难以接受，推广困难
3.3电化学保护法
电化学保护方法不但可以防止应力腐蚀断裂, 而且在保护参数选用得当的条件下即使产生了裂纹仍可使其停止扩展可采用牺牲阴/阳极保护或表面喷涂耐蚀金属的方法
阴极保护：
利用外加直流电源，使金属表面上的阳极变为阴极而受到保护这种方法消耗电量大，费用高，采用极少
阳极保护法：
把被保护的设备接以外加电源的阳极，使金属表面生成钝化膜，从而达到保护碳钢换热器的造价低，但耐腐蚀性差
通过采用牺牲阳极保护技术可以提高换热器的使用寿命，但这一技术的保护作用仅限
于管子入口处的有限长度内, 管内深处难以实现阴极保护，所以牺牲阳极保护法在换热器上的应用受到了很大限制
3.4添加缓蚀剂法
在腐蚀性介质中，加入少量的某些物质，而这些物质能使金属的腐蚀**降低，甚至停止，这类物质称为缓蚀剂图6是使用缓蚀剂前后的对比，缓蚀剂的加入应以不影响生产工艺和产品质量为原则
可以通过除去介质中的溶解氧和氧化剂以控制应力腐蚀降低介质中Cl- 的质量浓度，严格控制介质中硫的质量浓度也是控制应力腐蚀的有效措施
3.5防腐蚀涂层法
在金属表面，通过一定的涂覆方法，覆盖一层耐腐蚀的涂料保护层，以避免金属表面与腐蚀介质的直接接触
这种技术方法最为经济有效，最初用于防止气体介质腐蚀，所用涂料大部分为有机高分子混合物溶液现在人们逐渐向防油及防溶剂涂料高温涂料重防腐涂料及特殊环境用涂料方向发展
3.6换热器运行
换热器开车时，现将冷流体充满容器，关闭入口，再将热流体题缓慢注入，尽量使导入流体而形成的管子与壳体之间的热膨胀差为最小
停车后，用干燥压缩空气将换热器中所有的流体排除，这样可以将应力降到最小，避免应力腐蚀在开车过程中，上下水阀保持全开状态，避免流速减慢，介质中杂质沉淀在管式表面造成结垢后腐蚀
1）维持设计条件由于在设计换热器时，采用了过余的换热面积，在运行时，为满足工艺需要，需调节流速和温度，从而与设计条件不同，然而应通过旁路系统尽量维持设计条件（流速和温度）以延长运行时间，推迟污垢的发生。

2）运行参数控制
在换热器运行时，进口物料条件可能变化，因此要定期测试流体中结垢物质的含量、颗粒大小和液体的pH 值。

1）维修措施良好
换热设备维修过程中产生的焊点、划痕等可能加速结垢过程形成，流速分布不均可能加速腐蚀，流体泄漏到冷却水中，可为微生物提供营养，对空气冷却器周围空气中灰尘缺少排除措施，能加速颗粒沉积和换热器的化学反应结垢的形成。

用不洁净的水进行水压试验，可引起腐蚀污垢的加速形成。

4）使用添加剂针对不同类型结垢机理，可用不同的添加剂来减少或消除结垢形成。

如生物灭剂和抑制剂、结晶改良剂、分散剂、絮凝剂、缓蚀剂、化学反应抑制剂和适用于燃烧系统中防止结垢的添加剂等。

5）减少流体中结垢物质浓度通常，结垢随着流体中结垢物质浓度的增加而增强，对于颗粒污垢可通过过滤、凝聚与沉淀来去除；对于结疤类物质，可通过离子交换或化学处理来去除；紫外线、超声、磁场、电场和辐射处理紫外线对杀死细菌非常有效，超强超声可有效抑制生物污垢，现在的研究还有磁场、电场和辐射处理装置，结论有待进一步研究。

3 化学或机械清洗技术
化学清洗技术是一种广泛应用的方法，有时在设备运行时，也能进行清洗，但其主要缺点是化学清洗液不稳定，对换热器和连结管处有腐蚀。

机械清洗技术通常用在除去壳侧的污垢，先将管束取出，沉浸在不同的液体中，使污垢泡软、松动，然后用机械方法除去垢层。

4 机械在线除垢技术
1）使用磨粒在流体中加入固体颗粒来摩擦换热器表面，以清除污垢，但对换热器表面易产生腐蚀。

2）海绵胶球连续除垢
主要应用于电站凝汽器中冷却水侧的污垢清除，海绵胶球在换热器管内通过泵打循环，胶球比管子直径略大，通过管子的每只胶球轻微地压迫管壁，在运动中擦除沉积物。

3）自动刷洗换热器管道刷洗设施由2 个外罩和1 个尼龙刷组成，外罩安装在每根管的两端，改变水流方向可使刷子沿管道前后推进刷洗。

水流换向可使刷子沿管道前推刷洗。

水流换向由压缩空气驱动并定时控制联结在管道上的四通阀来完成。