板式換熱器以其重量輕、占地面積小、換熱效率高、組裝靈活等特點,在工業(yè)及民用市場上起到了越來越重要的作用。但由于板式換熱器間隙窄,流通橫截面積小,高溫水或帶有纖維和顆粒物的介質(zhì)通過時,很容易結(jié)垢或產(chǎn)生堵塞,使板式換熱器的換熱效率降低,影響了換熱器的安全正常運行。因此,如何對板式換熱器進(jìn)行快速有效清洗,防止水垢和堵塞的形成,將成為確保安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行的重要課題。
一、板式換熱器結(jié)垢堵塞的主要原因及其危害
供熱領(lǐng)域中,由于水處理設(shè)備運行不當(dāng),未達(dá)到軟化要求的軟化水直接補入系統(tǒng)中,使水中的可溶性鈣、鎂鹽遇熱分解為碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀物黏結(jié)在換熱器的受熱面上,形成了堅硬的水垢。由于水垢的導(dǎo)熱性能差,造成了換熱器換熱效率的降低以及系統(tǒng)阻力的增加,從而影響了供熱的效果,給供熱單位造成了嚴(yán)重的能源浪費。
工業(yè)系統(tǒng)中,帶有顆粒物和纖維的流體進(jìn)入換熱器,當(dāng)換熱器流速設(shè)計不合理或者流道寬度小于允許寬度時,顆粒物和纖維就會慢慢沉積在換熱器流道底部,造成換熱器流通不暢阻力增加,嚴(yán)重時換熱器不再換熱,嚴(yán)重影響系統(tǒng)工藝運行。
二、板式換熱器民用結(jié)垢和工藝堵塞的清洗方式
2.1.清洗劑的選擇
清洗劑的選擇,目前采用的是酸洗,它包括有機酸和無機酸。有機酸主要有:草酸、甲酸等。無機酸主要有:鹽酸、硝酸等。根據(jù)換熱器結(jié)垢和工藝、材質(zhì)和水垢成分分析得出:
1)換熱器流通面積小,內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,清洗液若產(chǎn)生沉淀不易排放。
2)換熱器材質(zhì)為鎳鈦合金,使用鹽酸為清洗液,容易對板片產(chǎn)生強腐蝕,縮短換熱器的使用壽命。
通過反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn),選擇甲酸作為清洗液效果最佳。在甲酸清洗液中加入緩沖劑和表面活性劑,清洗效果更好,并可降低清洗液對板片的腐蝕。
通過對水垢樣本的化學(xué)試驗研究表明,甲酸能夠有效地清除水垢。通過酸液浸泡試驗,發(fā)現(xiàn)甲酸能有效地清除附在板片上的水垢,同時它對換熱器板片的腐蝕作用也很小。
2.2.清除水垢的基本原理
1)溶解作用:酸溶液容易與鈣、鎂碳酸鹽水垢發(fā)生反應(yīng),生成易溶化合物,使水垢溶解。
2)剝離作用:酸溶液能溶解金屬表面的氧化物,破壞與水垢的結(jié)合,從而使附著在金屬氧化物表面的水垢剝離,并脫落下來。
3)氣掀作用:酸溶液與鈣、鎂、碳酸鹽水垢發(fā)生反應(yīng)后,產(chǎn)生大量的二氧化碳。二氧化碳?xì)怏w在溢出過程中,對于難溶或溶解較慢的水垢層,具有一定的掀動力,使水垢從換熱器受熱表面脫落下來。
4)疏松作用:對于含有硅酸鹽和硫酸鹽混合水垢,由于鈣、鎂、碳酸鹽和鐵的氧化物在酸溶液中溶解,殘留的水垢會變得疏松,很容易被流動的酸溶液沖刷下來。
2.1.清洗水垢的工藝要求
1)酸洗溫度:提升酸洗溫度有利于提高除垢效果,如果溫度過高就會加劇酸洗液對換熱器板片的腐蝕,通過反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn),酸洗溫度控制在60℃為宜。
2)酸洗液濃度:根據(jù)反復(fù)試驗得出,酸洗液應(yīng)按甲酸81.0%、水17.0%、緩沖劑1.2%、表面活性劑0.8%的濃度配制,清洗效果極佳。
3)酸洗方法及時間:酸洗方法應(yīng)以靜態(tài)浸泡和動態(tài)循環(huán)相結(jié)合的方法進(jìn)行。酸洗時間為先靜態(tài)浸泡2h,然后動態(tài)循環(huán)3 ̄4h。在酸洗過程中應(yīng)經(jīng)常取樣化驗酸洗濃度,當(dāng)相鄰兩次化驗濃度差值低于0.2%時,即可認(rèn)為酸洗反應(yīng)結(jié)束。
4)鈍化處理:酸洗結(jié)束后,板式換熱器表面的水垢和金屬氧化物絕大部分被溶解脫落,暴露出嶄新的金屬,極易腐蝕,因此在酸洗后,對換熱器板片進(jìn)行鈍化處理。
2.4.清洗水垢的具體步驟
1)沖冼:酸洗前,先對換熱器進(jìn)行開式?jīng)_洗,使換熱器內(nèi)部沒有泥、垢等雜質(zhì),這樣既能提高酸洗的效果,也可降低酸洗的耗酸量。
2)將清洗液倒入清洗設(shè)備,然后再注入換熱器中。
3)酸洗:將注滿酸溶液的換熱器靜態(tài)浸泡2h,然后連續(xù)動態(tài)循環(huán)3 ̄4h,其間每隔0.5h進(jìn)行正反交替清洗。酸洗結(jié)束后,若酸液pH值大于2,酸液可重復(fù)使用,否則,應(yīng)將酸洗液稀釋中和后排掉。
4)堿洗:酸洗結(jié)束后,用NaOH,Na3PO4,軟化水按一定的比例配制好,利用動態(tài)循環(huán)的方式對換熱器進(jìn)行堿洗,達(dá)到酸堿中和,使換熱器板片不再腐蝕。
5)水洗:堿洗結(jié)束后,用清潔的軟化水,反復(fù)對換熱器進(jìn)行沖洗0.5h,將換熱器內(nèi)的殘渣徹底沖洗干凈。
6)記錄:清洗過程中,應(yīng)嚴(yán)格記錄各步驟的時間,以檢查清洗效果。
在工業(yè)系統(tǒng)例如電廠和大量污水處理中,由于換熱器非常大,水質(zhì)很臟,換熱器會出現(xiàn)經(jīng)常性的堵塞和結(jié)垢,此時換熱器再拆開處理就變得非常困難。解決的辦法主要是系統(tǒng)反向沖洗和內(nèi)置過濾器。
常規(guī)反向沖洗系統(tǒng)是在換熱器進(jìn)出口管道上安裝反向沖洗閥,沖洗閥口徑要和系統(tǒng)管路相匹配,當(dāng)系統(tǒng)運行阻力大于設(shè)計阻力一倍時,可以判斷換熱器發(fā)生了堵塞,此時應(yīng)停止換熱器運行,關(guān)閉換熱器進(jìn)出口閥門,換熱器出口沖洗閥接至少0.2MPA壓力清水,打開換熱器出口和進(jìn)口清洗閥,清水從換熱器進(jìn)口清洗閥流出,當(dāng)流出的水從渾濁變清澈后,可以重新接入洗垢用的清洗劑,對換熱器進(jìn)行去垢處理。
還有一種辦法是在換熱器水質(zhì)比較臟的一側(cè),例如開式循環(huán)水側(cè),在換熱器的進(jìn)口通徑中,裝入和換熱器通徑大小一致的內(nèi)置濾網(wǎng),開式水進(jìn)入換熱器前,會先經(jīng)過內(nèi)置濾網(wǎng)過濾,然后才會進(jìn)行換熱。運行一段時間后,就可從換熱器背板盲法蘭處,打開盲法蘭,把內(nèi)置濾網(wǎng)抽出,進(jìn)行沖洗或更換濾網(wǎng),此種工藝也同樣不用拆開換熱器就可以進(jìn)行清洗,節(jié)約了時間和資源,也不會影響工藝生產(chǎn)。
但是要說明的是,無論是反向沖洗還是內(nèi)置過濾裝置,對換熱器的堵塞和結(jié)垢都只是起了延緩作用,而不能真正解決換熱器的堵塞和結(jié)垢,要想延長換熱器堵塞時間,最主要還是要從換熱器初始設(shè)計時就要選擇更加合理不宜堵塞的板型。要想完全去除換熱器的水垢,還是要把換熱器拆開進(jìn)行酸洗和堿洗處理。
最后,換熱器拆開清洗結(jié)束后,要對換熱器進(jìn)行打壓試驗,合格后方可使用。
三、防止板式換熱器結(jié)垢的措施
1)運行中嚴(yán)把水質(zhì)關(guān),必須對系統(tǒng)中的水和軟化罐中的軟化水進(jìn)行嚴(yán)格的堵塞水質(zhì)化驗,合格后才能注入管網(wǎng)中。
2)在供熱系統(tǒng)中,除污器和過濾器應(yīng)當(dāng)進(jìn)行不定期的清理外,還應(yīng)當(dāng)保持管網(wǎng)中的清潔,以防止換熱器堵塞。
3)采用合理的過濾裝置,確保進(jìn)入換熱器的水質(zhì)顆粒物含量已經(jīng)低于板式換熱器對于顆粒物直徑的要求。
綜上所述,選擇合理的方式對換熱器進(jìn)行清洗和防堵塞,是換熱器生產(chǎn)正常運行的重要保證。