摘要:
本文總結了循環冷卻水系統換熱器出現的換熱效率下降現象的原因，并提出預防和解決辦法。
關鍵詞：換熱器 換熱效率 解決方法
前言
冷卻水系統在運行過程中，其換熱器的金屬表面上常常會發生沉積物(污垢)的集積。沉積物不但導熱系數低，還會使換熱器中冷卻水通道的截面積和冷卻水的通量變小，且沉積物覆蓋于金屬表面，為垢下腐蝕創造了必要的條件。所以冷卻水系統長時間運行后經常出現循環水系統換熱器出現堵塞、泄漏等情況，造成水冷器換熱效果下降，導致出口溫度升高，影響裝置的安全生產運行，增加了無謂的成本消耗，不利于節能降耗?，F就循環水冷卻器換熱效率下降的原因進行分析，并對預防和解決方法進行探討。
循環水換熱器換熱效率下降的原因及判斷
1.換熱器的熱量衡算
換熱器熱量計算的基本方程式是傳熱方程式及熱平衡式：
Q=KA△Tm
式中：Q：單位時間內的傳熱量及傳熱效率，W；
A：傳熱面積，m2；
K：傳熱系數；
△Tm：冷熱流體溫度差的平均值。
由以上方程式可以看出，循環水冷卻器的換熱效率主要取決于，傳熱系數K，換熱面積A，以及熱流體與循環水的溫差平均值△T。
2.換熱器換熱效率下降的原因及判斷
從我公司客戶系統實際生產中遇到的情況，結合熱量衡算的基本方程，造成水冷器換熱效率下降的原因主要有以下幾種：
(1)冷卻水流量減少；
(2)冷卻水進出口溫度高；
(3)殼程的雜質堵塞水冷器列管或者結垢，造成水冷器換熱效率下降；
(4)管程的雜質吸附在管壁上，造成換熱效率下降；
(5)換熱器的內漏，造成換熱效率下降；
根據上述原因判斷換熱器換熱效率下降的方法有以下幾種：
(1)根據溫度判斷：換熱器循環水出口溫度降低；
(2)根據壓力判斷：換熱器出口壓力減小，進口壓力增大；
(3)根據流量判斷：換熱器出口流量減少；
循環水換熱器換熱效率下降的主要原因分析和相應解決方法
1.冷卻水量少和冷卻水溫高，造成水冷器換熱效率下降
這種現象主要是操作原因引起的短暫的換熱效率下降，可通過增加換熱器的水量，提高循環水的進口壓力來增加換熱器的水量。采用空氣冷卻的循環水設備可采用加大運行的風機數量和功率，加大補充的新鮮水量來降低循環水的進口溫度。這些處理方法很快就能提高水冷器的換熱效率。
2.換熱器結垢，造成水冷器換熱效率下降
循環冷卻水系統一般會形成以下幾種類型的垢：碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、磷酸鈣垢、硅酸鎂垢和二氧化硅。大多數情況下，換熱器表面形成的水垢以碳酸鈣垢為主。
換熱器在使用過程中，由于水處理設備運行不當，水質控制不嚴，將不符合水質標準的循環水注入換熱器，水中的鈣鎂碳酸鹽遇熱后分解為碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀物。這些沉淀物，一部分粘結在受熱較大的換熱器受熱面上，形成堅硬的水垢。水垢的導熱性能極差，多數換熱器用碳鋼制成。碳鋼的導熱系數為46.4～52.2W/(m·K)[167～188kJ/(m·h·℃)]，但碳酸鹽垢的導熱系數為0.464～0.69 7W/(m·K)，只有碳鋼的1％左右，油脂層的導熱系數則更低，為0.117 W/(m·K)，僅為碳鋼的0.25％。據資料顯示，水垢每增厚1mm，熱效率降低8％左右。于此同時，沉積物還使換熱器中冷卻水通道的截面積和冷卻水的通量變小，從而使換熱效率進一步降低。因此，沉積物的存在將大大降低換熱器的冷卻效果，造成熱能的嚴重浪費。水垢的存在會堵塞板式換熱器通道，使系統阻力增大，影響設備的安全和熱力系統的正常運行。嚴重時，換熱器會因內部阻力較大而形成鼓包，形成大的安全隱患。
針對水冷器結垢可采用物理清洗和化學清洗兩大類方法解決：
A.物理清洗：
常用的物理清洗方法有：桶刷、吹氣、沖洗、反沖洗、刮管器清洗、膠球清洗等，其中高壓水槍沖洗是最常用的方法，主要是借用高壓水槍的高壓沖擊，這種方法最為快速，最節約時間，但是用高壓水沖洗很容易引起管子震動，甚至打穿管子。嚴重縮短水冷器使用壽命。
高壓水沖洗方法適用于短時間停車的快速處理，這種方法治標不治本，能暫時緩解一下生產操作難度，但是對設備造成的沖擊和損壞，勢必造成了設備損耗的增大。
B.化學清洗
化學清洗是我司處理換熱器結垢的主要手段，即在停用期間用稀酸酸洗，將換熱器沖洗干凈，重新預膜處理。采用的原理首先是酸溶液與鈣鎂碳酸鹽水垢發生的溶解反應。其次，酸溶液能溶解金屬表面的氧化物，破壞與水垢的結合，從而使附著在金屬氧化物表面的水垢剝離，并脫落下來。另外，酸溶液與鈣鎂碳酸鹽水垢發生反應后產生大量的二氧化碳。二氧化碳氣體在溢出過程中，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。最后，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。目前普遍采用的酸洗劑包括有機酸和無機酸兩大類。需要根據換熱器結構和工藝、板片材質及水垢成分擇優使用。
3.雜質堵塞或者吸附于管壁，造成水冷器換熱效率下降
循環冷卻水系統大多采用敞開式冷卻塔系統，與空氣是直接接觸的，空氣中攜帶的灰塵、泥沙，最容易沉積在換熱器的管束內，造成堵塞，使得換熱面積減少，降低換熱效果。另外，循環冷卻水系統由于具有細菌生長所需的陽光、水分、空氣、無機鹽、溫度等條件，易造成菌藻繁殖，并形成生物粘泥。一旦有換熱器泄漏，工藝物料漏入循環水中，工藝物料大部分為無機、有機及油類物質，為循環水中異養菌的繁殖提供了充足的營養。異養菌是一類混合菌群，在營養類型方面靠有機物營養作為合成自身菌體的碳源，靠有機物氧化產生化學能進行代謝。這類細菌通常能產生致密的粘液，繼而產生大量的生物粘泥，造成水中粘泥量大大超過指標。生物粘泥的危害主要表現為生物粘泥沉積在換熱管壁后，一是增加換熱管的熱阻，降低換熱效率，二是容易引起垢下腐蝕，同時生物粘泥淤積在冷卻塔填料的表面，損壞填料并降低冷卻塔的冷卻效率，造成冷卻水溫升高，影響換熱效果。
針對泥沙，生物粘泥等雜質，可以采用以下方法解決：
A.從根本上，清除雜質的方法就是改善水質。
首先，循環補水要盡量用新鮮水，如直接采用江河水的，需經過加藥去掉泥漿雜質，然后在新鮮水池里沉淀；其次，在循環水中加黏泥剝離劑，改變水流速；然后，循環水池要定期排污，要定期化驗水質。
B.如果循環水水質很差，短時間無法改善，建議增加循環水回水總管過濾系統和反沖洗系統，后系統也可分段增加。這樣，既可以進行總體過濾和反沖洗，也可以分段進行。清除雜質的方法一般為停車檢修時進行清污，增加過濾裝置后，可定期進行排污。
4.定期對設備進行檢測，避免設備損壞，避免不當操作
在使用過程中，由于設備損壞內漏，或者投用時操作不當造成的換熱效果下降，可以定期對設備和回水進行檢測，及時發現及時處理，這需要我方與客戶積極配合，共同提高操作水平，避免不當操作。
結語
循環水換熱器在生產中占據非常重要的地位，換熱效率最大化不僅能保證生產系統穩定高效的運行，還能節約能耗，降低成本。循環水冷卻器的正確高效使用，能為企業帶來更好的生產運行效益，在生產過程中，針對不同原因出現的換熱效果下降，要采取合理的解決辦法，及時準確的處理，避免不必要的能耗和損失。
參考文獻
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