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板式换热器常见故障及处理
李华峰 陈 选
(山西关铝股份有限公司,山西运城 044001)
摘 要：板式换热器被广泛的应用于各行业领域,但是,由于板片间流通截面狭窄,水质不好形成水垢和污物沉积都容易造成板式换热器堵塞,密封垫片耐温性能差时,容易渗漏和影响使用寿命,形成水垢的主要原因是由于循环水硬度高,要保证板式换热器正常使用,必须保证软化水设备完好,循环水硬度符合标准。
关键词：板式换热器;结垢;清洗;运行;维护
中图分类号：TF066.2+1 文献标识码：B
文章编号：1671-8909(2007)09-0017-05
关铝集团电解分厂目前有3个热力站,内部换热设备均为汽-水板式换热器。板式换热器具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、热阻力损失小、操作简单、安装使用维护方便、投资成本低、应用范围广等优点,被广泛的应用于各行业领域。它主要由传热板片、密封胶垫、固定盖板、活动盖板、定位螺栓及压紧螺栓等组成,密封胶垫把流体密封在换热器内,且使加热与被加热介质分开,两种热介质在相邻的流道内以湍流状态互相逆流,进行充分的热交换。但是,由于板片间流通截面狭窄,水质不好形成水垢和污物沉积都容易造成板式换热器堵塞,密封垫片耐温性能差时,容易渗漏和影响使用寿命。
1 板式换热器的运行情况
如表1所示, 1号汽-水板式换热器安装在带箔锅炉房内,型号为ZZR-6,换热面积6 m2,负荷带箔分厂的采暖, 1997年投运至今,运行状况良好,至今尚未进行过清垢,传热板片、密封胶垫未进行过更换,而且未出现过渗漏现象。
2号汽-水板式换热器安装在生活区换热站,型号为ZTR-120,换热面积120 m2,负荷关铝生活区的采暖, 1999年投运以来,运行状况良好,至今清垢2次,平均清垢周期为3年,传热板片、密封胶垫未进行过更换,在每次清垢后,出现渗漏,主要原因是夹紧螺栓没有夹紧,再次夹紧后,运行正常。
3号汽-水板式换热器安装在7万t/a厂区换热站,型号为BR0. 35-12,换热面积12 m2,负荷电解分厂7万t/a厂区及3. 3万t/a厂前区的采暖,2001年投运至2005年,清垢2次,平均清垢周期为3年,传热板片、密封胶垫未进行过更换, 2006年运行中,清垢次数达4次,其中,最短清垢周期不足1月,因经常更换,至使密封胶垫及部分传热板片发生损坏,漏水严重,还出现汽-水介质混合现象,遂对密封胶垫及部分传热板片进行更换,影响正常运行。
2·板式换热器运行中常见故障及原因分析
2.1 板式换热器运行中常见故障
从板式换热器长期的运行中,我们总结出板式换热器在运行中常见的故障,见表2。
2.2 原因分析
从表1及表2中,可以看出,板式换热器运行中主要故障是因结垢导致热工性能下降,需要采取机械或化学方法清理水垢,影响换热板片及密封胶垫的使用寿命。
2.2.1 水垢产生的原因
清理下来的水垢有的厚度达5 mm,我们对其做了垢样检测,主要成分是碳酸盐,同时还有少量硫酸盐和氧化铁垢及泥垢。
水质硬度与板式换热器结垢关系比较如表3及图1, 1号板式换热器安装在带箔锅炉房内,其用水与蒸汽锅炉用水相同,符合蒸汽锅炉用水标准,水质硬度≤0. 03 mmol/L,所以,自从投运9年以来,板式换热器未结垢。2号板式换热器安装在生活区换热站内,其用水符合热水锅炉用水标准,水质硬度≤0. 6 mmol/L,自从投运7年以来,板式换热器结垢2次,结垢频率为0. 29次/a。3号板式换热器安装在7万t/a厂区换热站内, 2001-2005年,其用水符合热水锅炉用水标准,水质硬度≤0. 6 mmol/L,自从投运5年以来,板式换热器结垢2次,结垢频率为0. 49次/a,但是,在2006年运行中,因为软化器发生故障,水质硬度>4. 1 mmol/L,在1年内结垢4次,结垢频率达4次/a。
可见,板式换热器中水垢的产生主要是由于水的硬度而引起的,硬度越高,板式换热器结垢频率越高。少量的氧化铁垢及泥垢是由于系统管网铁的氧化及淤泥而导致。
2.2.2 水垢对板式换热器的危害
1)浪费蒸汽
水垢的导热性很差,其导热系数比金属小几十倍甚至近百倍。结垢后会使受热面传热情况恶化,降低传热效率,浪费蒸汽。
2)影响板式换热器安全运行
板式换热器正常运行时,蒸汽加热后,传热板片很快将热量传递给水,两者温差约为35℃左右。有水垢时,金属的热量由于受到水垢的阻挡,很难传递给水,因而金属温度急剧升高,强度显著下降。从而导致换热板片及密封胶垫过热变形,甚至破裂,影响板式换热器安全运行。
3)缩短板式换热器寿命
水垢附在传热板片上,很难清除。为了除垢需要经常停机清洗,因而增加检修费用,不仅耗费人力、物力,而且由于经常采用机械方法与化学方法除垢,会使传热板片及密封胶垫受到损伤,而且,传热板片也会随着机械损伤发生局部腐蚀,会缩短锅炉板式换热器的使用年限。
3 水垢的清理
板式换热器结垢的清洗方式有化学清洗和机械清洗两种。
3.1 化学清洗
化学清洗可以不拆板式换热器,在换热器上连接一个清洗系统,使清洗液在每侧流道里循环,清洗液应对板片材料、垫片毫无损伤。
3.1.1 清洗剂的选择
目前多采用的是酸洗,清洗剂的选择包括有机酸和无机酸。有机酸主要有:草酸、甲酸等。无机酸主要有:盐酸、硝酸等。根据换热器结垢和工艺、材质和水垢成分分析得出:
(1)换热器流通面积小,内部结构复杂,清洗液若产生沉淀不易排放。
(2)换热器材质为镍钛合金,使用盐酸为清洗液容易对板片产生强腐蚀,缩短换热器使用寿命。
通过反复试验发现,选择甲酸作为清洗液效果最佳。在甲酸清洗液中加入缓冲剂和表面活性剂,清洗效果更好,并可降低清洗液对板片的腐蚀。通过对水垢样本的化学试验研究表明,甲酸能够有效地清除水垢。通过酸液浸泡试验,发现甲酸能有效地清除附在板片上的水垢,同时它对换热器板片的腐蚀作用也很小。
3.1.2 清除水垢的基本原理
(1)溶解作用:酸溶液容易与钙、镁、碳酸盐水垢发生反应,生成易溶化合物,使水垢溶解。
(2)剥离作用:酸溶液能溶解金属表面的氧化物,破坏与水垢的结合。从而使附着在金属氧化物表面的水垢剥离,并脱落下来。
(3)气掀作用:酸溶液与钙、镁、碳酸盐水垢发生反应后,产生大量的二氧化碳。二氧化碳气体在溢出过程中,对于难溶或溶解较慢的水垢层,具有一定的掀动力,使水垢从换热器受热表面脱落下来。
(4)疏松作用:对于含有硅酸盐和硫酸盐的混合水垢,由于钙、镁、碳酸盐和铁的氧化物在酸溶液中溶解,残留的水垢会变得疏松,很容易被流动的酸溶液冲刷下来。
3.1.3 清洗水垢的工艺要求
(1)酸洗温度:提升酸洗温度有利于提高除垢效果。如果温度过高就会加剧酸洗液对换热器板片的腐蚀,通过反复试验发现,酸洗温度控制在60℃最为适宜。
(2)酸洗液浓度:根据反复试验得出,酸洗液应按甲酸81. 0%、水17. 0%、缓冲剂1. 2%、表面活性剂0. 8%配制,清洗效果极佳。
(3)酸洗方法及时间:酸洗方法应以静态浸泡和动态循环相结合的方法进行。酸洗时间为先静态浸泡2 h,然后动态循环3~4 h。在酸洗过程中应经常取样化验酸洗浓度,当相邻两次化验浓度差值低于0. 2%时,即可认为酸洗反应结束。
(4)钝化处理:酸洗结束后,板式换热器表面的水垢和金属氧化物绝大部分被溶解脱落,暴露出崭新的金属,极易腐蚀,因此在酸洗后,对换热器板片进行钝化处理。
3.1.4 清洗水垢的具体步骤
(1)冲冼:酸洗前,先对换热器进行开式冲洗,使换热器内部没有泥、垢等杂质,这样既能提高酸洗的效果,也可降低酸洗的耗酸量。
(2)将清洗液倒入清洗设备,然后再将清洗液注入换热器中。
(3)酸洗:将注满酸溶液的换热器静态浸泡2 h。然后连续动态循环3~4 h。其间每隔0. 5 h进行正反交替清洗。酸洗结束后,若酸液pH值大于2,酸液可重复使用,否则,应将酸洗液稀释中和后排掉。
(4)碱洗:酸洗结束后,用NaOH、NaPO4、软化水按一定的比例配制好,利用动态循环的方式对换热器进行碱洗,达到酸碱中和,使换热器板片不再腐蚀。
(5)水洗:碱洗结束后,用清洁的软化水反复对换热器进行冲洗0. 5 h,将换热器内的残渣彻底冲洗干净。
(6)记录:清洗过程中,应严格记录各步骤的时间,以检查清洗效果。清洗结束后,要对换热器进行打压试验,合格后方可使用。
3.2 机械清洗
3.2.1 机械清洗方法
打开板式换热器,卸下夹紧螺栓,将活动压紧板平移向支柱,逐次拆下板片,用高压水枪冲刷,对于难以冲刷掉的污垢,则可用软纤维刷子或鬃毛刷来洗刷。
3.2.2 机械清洗过程中的注意事项
(1)板式换热器拆卸前应测量板束的压紧长度尺寸,做好记录(重装时应按此尺寸)。
(2)密封垫片若粘在两板片间的沟槽内,此时需用螺丝刀小心地将其分开,螺丝刀应先从易剥开的部位插入,然后沿其周边进行分离,切不可损坏换热器板片和密封垫片。
(3)拆卸钛材的板片时,严禁与明火接触,以防氧化。
(4)在拆除及清理过程中,要轻拿轻放,不能用力撞击或振动,以免损坏换热板片及密封胶垫。
(5)清理时,决不能使用金属刷刷洗,尤其是不锈钢板片,以免造成板片表面划伤,加速板片的腐蚀,如果板片上有污点或铁锈时,可用去污粉清除。
(6)清洗用的清水,必须不含盐、硫等成分。
3.3 板式换热器组件重装的注意事项
(1)重装组件前,检查密封垫片是否有老化、变质、裂纹等缺陷,检查换热板片是否有局部变形,超过允许值的,应进行修整或更换,并将合格的换热板片、密封垫片、封头(头盖)、夹紧螺栓及螺母等零件擦洗干净。
(2)密封垫片与换热板片表面(沟槽内)严禁积存固体颗粒,如沙子、铁渣等,密封垫片与沟槽粘接前,必须用丙酮或其他同类有机溶剂等溶化沟槽内残胶,再用细纱布擦净。
(3)用与密封垫片沟槽宽度相同的鬃毛刷子,将合成树脂粘接剂涂在板片沟槽内,然后压入密封垫片,用平钢板压平,置放48 h即可。
(4)用丙酮等有机溶剂,将被挤在沟槽外面的残胶料溶解,并清除干净。
(5)更换新密封垫片时,要仔细检查新密封垫片的四个角孔位置,必须与旧密封垫片相同。更换新密封垫片时,需要用丙酮或其他酮类有机溶剂,将密封垫片沟槽擦净。再用毛刷将合成树脂粘接剂均匀涂在沟槽里。
(6)如果板式换热器的一个板片损坏而无备件时,可将此板片和相邻的板片同时取下,再拧紧夹紧螺栓。
(7)夹紧螺栓应均匀、对称、交叉拧紧。夹紧螺栓要拧紧至板束长度达计算值尺寸时为止。
(8)为防止密封垫片与板片粘在一起,可在密封垫片上涂一层混合物。混合物所用的油、酒精、滑石粉的配比,按重量计为1∶1∶2。
3.4 水垢清理前后的板式换热器性能对比
表4是3号板式换热器2006年12月3日清理前后的性能对比。
4 板式换热器的运行与维护
(1)在运行前应检查板式换热器各夹紧螺栓是否松动,如松动应夹紧;对管网系统进行冲洗、吹净。
(2)启动前应打开换热器的所有出口阀门,关闭进口阀门,循环泵启动后,再缓慢打开换热器的进口阀门,逐步提高流量及压力,避免瞬时冲击而产生局部高压损坏设备。
(3)开机时,应先开启循环水系统,再打开蒸汽阀;关机时,应先关闭蒸汽阀,待水温降到60℃以下时,再关闭循环水泵,以免造成换热器高温过热,过早老化。
(4)开车运行后,应通过管路系统中的放气阀排出设备中的空气,防止空气停留在设备中,降低传热效果。
(5)为防止结垢,必须保证软化设备完好,循环水的硬度≤0. 6 mmol/L,在整个系统中,除污器和过滤器应当进行不定期的清理外,还应当保持管网中的清洁,以防止换热器堵塞。
5 结束语
板式换热器在运行中主要故障是结垢引起堵塞,造成热工性能下降,而结垢的主要原因是循环水的硬度高,循环水硬度要符合热水锅炉水质标准,即≤0. 6 mmol/L时,才能保证不结垢。其它故障主要是由于结垢后进行机械清理,对板式换热器造成了损坏,缩短了其使用寿命。因此,要保证板式换热器正常使用,必须保证循环水硬度符合标准,必须保证软化水设备完好。否则,将形成“结垢—清理—再结垢—再清理”的恶劣状态,不仅耗费人力、物力,增加检修费用,而且会缩短板式换热器的使用寿命。
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