摘要：本文自動化論文針對目前換熱器結垢嚴重的問題進行了研究，指出了結垢的機理與危害，針對不同類型的結垢提出了相應的防治措施，同時對污垢清洗技術進行了簡要的說明，對解決換熱器結垢這一問題有一定的作用。
　　主題詞：換熱器，結垢，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.備經(jīng)常遇到的問題。綜觀當今工業(yè)界，結垢造成的浪費和損失是很嚴重。由于許多換熱設備相對比較落后，污垢造成的實際損失還可能更高些。由于換熱設備中溫度梯度的存在，使換熱面上的污垢形成機制更為復雜，污垢所帶來的危害更為強烈，所以備受科學界和工程技術人員的廣泛關注。是涉及國民經(jīng)濟眾多產業(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備的影響
　　1.1.1污垢的定義。換熱設備污垢是指流體中的組分或雜質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。這層物質是“不需要”的多余物質，它通常以混合物的形態(tài)存在。污垢是熱的不良導體，其熱導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污垢對換熱設備及其系統(tǒng)的影響。結垢對換熱設備的影響主要有兩個方面，一是由于污垢層具有很低的導熱系數(shù)，從而增加了傳熱熱阻，降低了換熱設備的傳熱效率。二是當換熱設備表面有結垢層形成時，換熱設備中流體通道的過流面積將減少，導致流體流過設備時的阻力增加，從而消耗更多的泵功率，使生產成本增加。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i、o分別表示管內和管外。
　　（1）初投資費用增加在設計階段，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由于設計時選取了比實際污垢小的污垢熱阻值，從而造成換熱設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，因而經(jīng)濟損失更大。
　　（2）操作費用增加由于結垢層的形成，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、影響結垢的因素
　　從應用角度看，影響因素有操作參數(shù)、流體性質和換熱器設計等參數(shù)3種。
　　2.1操作參數(shù)。（1）流體速度:某些結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。因此總結垢速率可能隨流速增加而降低;（2）換熱面溫度:對化學反應結垢及負溶解性鹽類的析出結垢有顯著的影響;（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。流體性質及其溶解或夾帶物性質對結垢有較大影響。
　　2.3換熱器參數(shù)。（1）材料:某些結垢過程中表面材料可能存在一定催化作用;（2）換熱表面的構造:眾多微小凸起增加了表面的吸收能力和化學活性，促進了污垢微粒的沉積;（3）換熱器構型:螺旋板換熱器比管殼式換熱器結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設計階段應采用措施。毫無疑問，在換熱設備的設計階段，掌握一些污垢形成的機理是極為重要的，特別是可能產生污垢的機理，如顆粒污垢、化學反應污垢或生物污垢等。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計，應運用如下原則:①換熱器容易清洗和維修。②換熱設備安裝后，清洗污垢時不需拆卸設備，即能在工業(yè)現(xiàn)場進行清洗。③應取最少的死區(qū)和低流速區(qū)。
　　3.2運行階段污垢控制。
　　（1）維持設計條件由于在設計換熱器時，采用了過余的換熱面積，在運行時，為滿足工藝需要，需調節(jié)流速和溫度，從而與設計條件不同，然而應通過旁路系統(tǒng)盡量維持設計條件(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垢物質的含量、顆粒大小和液體的pH值。
　　（3）維修措施良好換熱設備維修過程中產生的焊.點、劃痕等可能加速結垢過程形成，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反應結垢的形成。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，換熱設備的良好維修對防結污垢是十分必要的。
　　（4）使用添加劑針對不同類型結垢機理。可用不同的添加劑來減少或消除結垢形成。如生物滅劑和抑制劑、結晶改良劑、分散劑、絮凝劑、緩蝕劑、蠶合劑、化學反應抑制劑和適用于燃燒系統(tǒng)中防止結垢的添加劑等。
　　3.3清洗技術
　　3.3.1化學清洗技術。化學清洗技術是一種廣泛應用的方法，有時在設備運行時，也能進行清洗，但其主要缺點是化學清洗液不穩(wěn)定，對換熱器和連結管處有腐蝕。
　　3.3.2機械清洗技術。機械清洗通常用在除去殼側的污垢，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：
　　（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，但對換熱表面易產生腐蝕。
　　（2）海綿膠球連續(xù)除垢系統(tǒng)主要應用于電站凝汽器中冷卻水側的污垢清除，海綿膠球在換熱器管內通過膠球泵打循環(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動并定時控制聯(lián)結在管道上的四通閥來完成。
　　盡管傳熱結垢的研究已取得了不少成果，但需要解決的間題仍很多。大量準確污垢熱阻值的缺乏，是換熱器設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，以便設計時選用更準確的污垢熱阻值。另外，新的防結垢技術正在不斷推出，如用新型的處理表面技術來減少結垢，表面等離子處理技術、復合鍍層低能表面技術以及電場防結垢技術研究，為防結垢提供了新途徑。