换热器的水系统结垢机理研究与探讨

点击：1737 日期：[ 2014-04-26 22:06:28 ]

换热器的水系统结垢机理研究与探讨王庆武李玲（哈尔滨气化厂，黑龙江哈尔滨１５４８５４）摘要：换热器是化工生产中的重要设备，换热器的水系统在换热过程中易使设备腐蚀和结垢，造成换热器堵塞，对换热器水系统结垢机理作简要探讨。关键词：换热器；结垢；机理中图分类号：ＴＱ０５１．５文献标识码：Ａ文章编号：１００８－５５３Ｘ（２００６）０２－００６０－０１在化工生产过程中，介质的热量交换均离不开重要的化工设备———换热器。大多数换热器均以水为换热介质，由于水的特性，在换热过程中始终存在着结垢堵塞问题，大大降低了传热效率，常出现换热器因传热不够而被迫停车清洗，一方面影响正常生产，另一方面增加了产品的成本。１实例说明以哈尔滨气化厂２４工号Ｗ０３为例，换热器管程中介质为粗煤气，壳程中是地下抽取的新鲜水，这台换热器每年因清垢停车次数占全年停车次数的１５％。另外，清洗换热器时，用高压水（７０ＭＰａ）清洗机清洗，不仅增加成本费用，而且由于换热器受高压水冲击，易受损变形，缩短使用寿命。２结垢机理管线中结垢除因腐蚀等因素外，主要因为注入水中的Ｃａ２＋、ＨＣＯ－３浓度较高，因此由ＨＣＯ３－电离的ＣＯ３２－浓度较高，Ｃａ２＋的摩尔浓度与ＣＯ３２－的摩尔浓度的乘积已超过ＣａＣＯ３溶解度。在其他条件不变的情况下，亦会有ＣａＣＯ３晶体生成，下面来分析影响结垢的因素。（１）注入水的流动状态结垢受水流速度、水流状态的影响。一般说来，在不考虑其它因素的条件下，水流速度越小，结垢趋势越大。（２）温度当注入水由井口流到地面时，温度逐渐升高，大约从１６℃升到２０～３０℃。钙在酸性、中性、弱碱性介质中的溶解度随温度升高而减小，即其溶解度随温度升高而减小，而ＨＣＯ３－的电离度却随温度升高而增大。即ＣＯ３２－的浓度逐渐增大。虽然Ｃａ２＋的浓度随着垢的形成而减小，但结垢现象仍然是逐渐加重的。（３）水质我厂所用水质较差，易形成Ｆｅ（ＯＨ）３、Ｆｅ２Ｏ３晶体，一旦有Ｆｅ（ＯＨ）３、Ｆｅ２Ｏ３生成，ＣａＣＯ３晶体极易以其为晶种，吸附在其表面，快速聚集，使结垢程度加大，温度越高，垢形成的越多。因此，换热器水侧出口较入口处结垢现象严重。（４）压力对水中存在的ＨＣＯ３－有下列电离平衡：２ＨＣＯ３－＝ＣＯ３２－＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ当压力增大时，减少气体生成，电离方程式向左移动，可减小结垢趋势，但对ＣａＣＯ３溶解度的影响小于温度对ＣａＣＯ３溶解度的影响。图１是不同温度条件下ＣａＣＯ３的溶解度与压力的关系曲线。图１不同温度条件下CaCO3的溶解度与压力的关系曲线从图中可以看出，在低温时压力对ＣａＣＯ３的溶解度影响非常大，温度升高，压力对ＣａＣＯ３的溶解度影响逐渐减小，而我厂换热介质温度较高，因此压力对ＣａＣＯ３溶解度影响较小。３结论综上所述，换热器水系统结垢程度受水流状态、温度、压力、水质等诸多因素影响，这些因素同时存在且密切联系，其中注入水的流动状态、温度是垢层形成的主要因素。

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