哈雷钎焊板式换热器
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换热器污垢的清洗及检验

点击:995 日期:[ 2014-04-26 21:53:33 ]
                             换热器污垢的清洗及检验                                  田峻    张楠                    (济南市锅炉压力容器检验研究所山东济南250033)     【摘要】换热器都存在不同程度的污垢问题,结垢是指在设备系统中与流体相接触的固体表面上逐渐积累起来的那层固体物质,通常以混合物的形态存在。由于污垢运行随运行时间而不断增长,使换热器的传热能力逐渐下降,这就要求周期性地进行清洗并定期进行全面检验。     【关键词】换热器污垢;清洗;检验     一、换热器污垢的形成机理     1.颗粒污垢:悬浮于流体的固体微粒在换热表面上的积聚。这种污垢也包括较大固态微粒在水平换热面上因重力作用的沉淀层,即所谓沉淀污垢和其他胶体微粒的沉积。     2.结晶污垢:溶解于流体中的无机盐在换热表面上结晶而形成的沉积物,通常发生在过饱和或冷却时。典型的污垢如冷却水侧的碳酸钙、硫酸钙和二氧化硅结垢层。     3.化学反应污垢:在传热表面上进行的化学反应而产生的污垢,传热面材料不参加反应,但可作为化学反应的一种催化剂。     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。通常,腐蚀程度取决于流体中的成分、温度及被处理流体的pH值。     5.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。其可能产生粘泥,而粘泥反过来又为生物污垢的繁殖提供了条件,这种污垢对温度很敏感,在适宜的温度条件下,生物污垢可生成可观厚度的污垢层。     换热器的结垢每年耗资巨大,严重时会影响安全生产的进行。换热器的结垢是指换热器与不洁净流体相接触而在固体表面上逐渐积聚起来的那层固态物质。结垢对换热设备的影响主要有:由于污垢层具有很低的导热系数,从而增加了传热热阻,降低了换热设备的传热效率;当换热设备表面有结垢层形成时,换热设备中流体通道的过流面积将减少,导致流体流过设备时的阻力增加,从而消耗更多的泵功率,使生产成本增加。     二、污垢的清洗     从换热面上清除污垢的方法,根据工作原理分为机械清洗法和化学清洗法两类;根据设备是否运行分在线清洗和非在线清洗。     1.机械清洗技术     机械清洗是靠流体的流动或机械作用提供一种大于污垢粘附力的力而使污垢从换热面上脱落。该方法的优点:可以省去化学清洗所需的药剂费用;可以除去化学方法不能除去的炭化污垢和硬污垢;避免了化学清洗后清洗废液带来的排放和处理问题;钢材损耗微小;不容易引起被清洗设备的腐蚀。其缺点是:必须将设备解体;清洗时间长,费用较高;某些清洗方法需要系统中断运行后才可以进行。     机械清洗的方法可以分为两类:一类是强力清洗法,如喷水清洗、喷汽清洗、喷砂清洗、高压水射流清洗、强力清洗管等。另一类是软机械清洗,如刮刀、钻头或钢丝刷除垢和海绵胶球清洗。对于不同的污垢应采用不同的机械清洗方法,机械清洗是工业中常用的除垢方法,它可除去炭化污垢和硬质污垢。但采用机械清洗,常常须将换热设备解体,因而时间较长,费用较高。     2.化学清洗技术     化学清洗就是在流体中加入除垢剂、酸、酶等以减少污垢与换热面的结合力,使之从换热面上剥落。     (1)化学清洗的特点:     化学清洗常常可以不必拆开设备,这对于塔类和管壳式设备特别重要。     ①化学清洗能清洗机械清洗不到的地方。     ②化学清洗均匀一致,微小的间隙均能洗到,而且不会剩下沉积的颗粒,形成新的污垢的核心。     ③化学清洗可以避免金属表面的损伤,如形成尖角,而这种尖角能促使腐蚀,并在其附近形成污垢。     ④由于进行了防锈和钝化处理,清洗后可以防止生锈。     ⑤化学清洗的钢材腐蚀量,几乎可以忽略不计。即使是把酸洗时钢材腐蚀率取为1毫克每平方米,其所损伤的壁厚也只在10um以下,而且一般情况比该腐蚀率要低。     ⑥化学清洗可以在现场完成,劳动强度比机械清洗小。     (2)目前采用的化学清洗方法分类有:     按清洗方式分:①循环法:用泵强制清洗液循环,进行清洗。②浸渍法:将清洗液充满设备,静置一定时间。③浪涌法:将清洗液充满设备,每隔一定时间把清洗液从底部卸出一部分,再将卸出的液体装回设备内以达到搅拌清洗的目的。④喷淋法:适用于大型容器的内外壁清洗。⑤泡摸法。     按使用的清洗剂分:碱清洗、酸清洗、络和剂清洗、聚电解质清洗、表面活性清洗、杀虫剂清洗和有机溶剂清洗。     按清洗对象分:单台设备清洗和全系统清洗。     按清洗时生产装备是否停车分为:停车清洗和不停车清洗。不同的污垢应该用不同化学清洗剂,在使用化学清洗剂时还应注意清洗药剂与设备结构材料的相容性。化学清洗前应做好如下准备工作:了解和检查被清洗设备的种类、型式、几何形状和尺寸;掌握设备的材质及应清洗到的地方;根据实际情况确定清洗剂的种类、清洗液的浓度和用量;妥善安排清洗用的水源、加热清洗液用的热源以及污水的处理和排放;安排清洗地点;进行污垢查,在有代表性结构的位置取样进行分析和溶解试验将污垢用各种药剂进行处理,求溶解度确定药剂的品种、剂量及清洗时间。     (3)常用的循环清洗方法的本程序为     ①碱洗:用磷酸盐加少量表面活性剂配制的水溶液清洗,能除去油、硅酸盐和松动垢层。     ②水冲洗:清洗掉上步碱液,使pH降至8~10。     ③酸洗:用盐酸、硝酸或其他酸,加上缓蚀剂的水溶液,循环清洗系统,使设备表面污垢完全清除。     ④水冲洗:清洗掉上步残留酸液,使pH升至4~5。     ⑤中和:用0.1%氢氧化钠和0.05%磷酸三钠,彻底中和残留在设备内的酸液,并促进设备表面形成稳定的保护膜。     ⑥钝化:使用钝化剂使酸洗后的设备表面钝化,不易腐蚀。常用的钝化剂有亚硝酸钠、磷酸三钠等。     3.化学清洗与物理清洗的比较     化学清洗与物理清洗同样都有对被洗材质损耗小的优点,但对于结构复杂且表面处理要求高的设备来讲,化学清洗就远远优于物理清洗了;同样,当清除象碳化垢或致密坚硬垢时,物理清洗就优于化学清洗了;物理清洗还没有化学清洗排废酸的污染问题。在化工生产中设备往往是结构复杂的,所以经常使用化学清洗。     三、换热器的检验     换热器作为压力容器的一种类型,其定期检验的总体要求应按《压力容器定期检验规则》相关内容进行。同时,如上所述,换热器的结构又不同于一般压力容器,其特点是管壳式,两种温度不同的介质分别在壳程和管程流动,实现热量传递,两种介质在管程和壳程的流动易造成结垢,垢层的形成对传热效果有很大的影响,同时又容易引起换热管和壳体及管板的破坏,因此,换热器在定期检验时,应重视对垢层的检验,尤其是易结垢部位的检验。     1.外观检查     用目测或5-10倍放大镜对换热管、换热管与管板连接处、壳体开孔部位进行检查。外观上垢层与金属的颜色特征有明显的不同,可借助金属小捶轻敲管壁及结构不连接处,结垢严重部位声音浑浊、沉闷,无金属清脆声音,有时垢层会因敲击而脱落,对结垢严重部位应进行除垢。     2.换热管内的结垢情况检查     一般情况下从换热管的两端部位进行目测检查,同时配以光束平行于管轴进行光束检查。一种更有效的检测方法是超声波测厚,对管子不同部位进行测厚,若结垢较严重,则测厚数据显示不稳定,变化较大,有时无数据显示,这时可断定管内壁结垢较严重。     3.硬度及金相检查     对于长期运行在高参数(高温)工况的换热器,有时因结垢原因导致传热效率大大降低,垢层附着在金属壁上,使金属长时间处在高温状态下,已引起过热,而导致金属高温蠕变或材质劣化,最终导致换热管爆破或失效。因此,有时需采用硬度计对换热管进行硬度测定,若硬度异常则说明结垢严重或金属材质劣化,应进行维修或换管,金相检查可判断金属的晶体结构和组织有无变化,如是否出现了马氏体等淬硬组织。     4.换热管与厚板连接部位检查     该连接部位一般为焊接、胀接和胀焊接合三种结构。胀接和胀焊两种结构在该部位往往留有缝隙,缝隙的存在易导致结垢和产生缝隙腐蚀,因此,该部位应重点检查。一般采用目测和5-10倍的放大镜检查,同时用金属小捶轻敲金属壁,必要时对连接部位用便携式金相显微镜做金相检查,以判断连接部位金属的损伤或劣化程度,有必要时也可用磁粉探伤或渗透探伤方法进一步检查连接部位金属是否有裂科纹产生。        四、结论     本文相对详细地介绍了在线化学清洗方法,它一不需要拆开设备,可以不影响系统的正常运行,不会降低系统的工作效率,二可以相对简单的现场完成清洗工作,劳动强度小,三可以清除机械清洗不到的遗漏处的污垢,达到很好的清除效果,而且在线化学清洗可以避免清洗过程中对设备的意外损伤,保证了系统的安全性。但要注意的是对于不同污垢成分要选择相应的化学清洗药剂,本文中对此有详细的说明,由此可以较彻底地清洗掉换热设备中产生的污垢。在重视对换热器中污垢清洗的同时,也应对换热器的定期检验提高认识,应按照国家相关规定定期进行全面检验,从污垢形成的初始阶段得以及时地发现并清除污垢。     【参考文献】 [1]覃耘,张士科等.换热器实用技术问题.煤炭工业出版社. [2]Scully JC,李启中译.腐蚀原理[M].北京:水利电力出版社.1984. [3]杨善让,徐志明.换热设备的污垢与对策[M].北京:科学出版社.1995. [4]《压力容器安全技术》2005年第三期. [5]《压力容器定期检验规则》. [责任编辑:韩铭]
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