摘要:
本文总结了循环冷却水系统换热器出现的换热效率下降现象的原因，并提出预防和解决办法。
关键词：换热器 换热效率 解决方法
前言
冷却水系统在运行过程中，其换热器的金属表面上常常会发生沉积物(污垢)的集积。沉积物不但导热系数低，还会使换热器中冷却水通道的截面积和冷却水的通量变小，且沉积物覆盖于金属表面，为垢下腐蚀创造了必要的条件。所以冷却水系统长时间运行后经常出现循环水系统换热器出现堵塞、泄漏等情况，造成水冷器换热效果下降，导致出口温度升高，影响装置的安全生产运行，增加了无谓的成本消耗，不利于节能降耗。现就循环水冷却器换热效率下降的原因进行分析，并对预防和解决方法进行探讨。
循环水换热器换热效率下降的原因及判断
1.换热器的热量衡算
换热器热量计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式：
Q=KA△Tm
式中：Q：单位时间内的传热量及传热效率，W；
A：传热面积，m2；
K：传热系数；
△Tm：冷热流体温度差的平均值。
由以上方程式可以看出，循环水冷却器的换热效率主要取决于，传热系数K，换热面积A，以及热流体与循环水的温差平均值△T。
2.换热器换热效率下降的原因及判断
从我公司客户系统实际生产中遇到的情况，结合热量衡算的基本方程，造成水冷器换热效率下降的原因主要有以下几种：
(1)冷却水流量减少；
(2)冷却水进出口温度高；
(3)壳程的杂质堵塞水冷器列管或者结垢，造成水冷器换热效率下降；
(4)管程的杂质吸附在管壁上，造成换热效率下降；
(5)换热器的内漏，造成换热效率下降；
根据上述原因判断换热器换热效率下降的方法有以下几种：
(1)根据温度判断：换热器循环水出口温度降低；
(2)根据压力判断：换热器出口压力减小，进口压力增大；
(3)根据流量判断：换热器出口流量减少；
循环水换热器换热效率下降的主要原因分析和相应解决方法
1.冷却水量少和冷却水温高，造成水冷器换热效率下降
这种现象主要是操作原因引起的短暂的换热效率下降，可通过增加换热器的水量，提高循环水的进口压力来增加换热器的水量。采用空气冷却的循环水设备可采用加大运行的风机数量和功率，加大补充的新鲜水量来降低循环水的进口温度。这些处理方法很快就能提高水冷器的换热效率。
2.换热器结垢，造成水冷器换热效率下降
循环冷却水系统一般会形成以下几种类型的垢：碳酸钙垢、硫酸钙垢、磷酸钙垢、硅酸镁垢和二氧化硅。大多数情况下，换热器表面形成的水垢以碳酸钙垢为主。
换热器在使用过程中，由于水处理设备运行不当，水质控制不严，将不符合水质标准的循环水注入换热器，水中的钙镁碳酸盐遇热后分解为碳酸钙和氢氧化镁沉淀物。这些沉淀物，一部分粘结在受热较大的换热器受热面上，形成坚硬的水垢。水垢的导热性能极差，多数换热器用碳钢制成。碳钢的导热系数为46.4～52.2W/(m·K)[167～188kJ/(m·h·℃)]，但碳酸盐垢的导热系数为0.464～0.69 7W/(m·K)，只有碳钢的1％左右，油脂层的导热系数则更低，为0.117 W/(m·K)，仅为碳钢的0.25％。据资料显示，水垢每增厚1mm，热效率降低8％左右。于此同时，沉积物还使换热器中冷却水通道的截面积和冷却水的通量变小，从而使换热效率进一步降低。因此，沉积物的存在将大大降低换热器的冷却效果，造成热能的严重浪费。水垢的存在会堵塞板式换热器通道，使系统阻力增大，影响设备的安全和热力系统的正常运行。严重时，换热器会因内部阻力较大而形成鼓包，形成大的安全隐患。
针对水冷器结垢可采用物理清洗和化学清洗两大类方法解决：
A.物理清洗：
常用的物理清洗方法有：桶刷、吹气、冲洗、反冲洗、刮管器清洗、胶球清洗等，其中高压水枪冲洗是最常用的方法，主要是借用高压水枪的高压冲击，这种方法最为快速，最节约时间，但是用高压水冲洗很容易引起管子震动，甚至打穿管子。严重缩短水冷器使用寿命。
高压水冲洗方法适用于短时间停车的快速处理，这种方法治标不治本，能暂时缓解一下生产操作难度，但是对设备造成的冲击和损坏，势必造成了设备损耗的增大。
B.化学清洗
化学清洗是我司处理换热器结垢的主要手段，即在停用期间用稀酸酸洗，将换热器冲洗干净，重新预膜处理。采用的原理首先是酸溶液与钙镁碳酸盐水垢发生的溶解反应。其次，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。另外，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。最后，对于含有硅酸盐和硫酸盐混合水垢，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。目前普遍采用的酸洗剂包括有机酸和无机酸两大类。需要根据换热器结构和工艺、板片材质及水垢成分择优使用。
3.杂质堵塞或者吸附于管壁，造成水冷器换热效率下降
循环冷却水系统大多采用敞开式冷却塔系统，与空气是直接接触的，空气中携带的灰尘、泥沙，最容易沉积在换热器的管束内，造成堵塞，使得换热面积减少，降低换热效果。另外，循环冷却水系统由于具有细菌生长所需的阳光、水分、空气、无机盐、温度等条件，易造成菌藻繁殖，并形成生物粘泥。一旦有换热器泄漏，工艺物料漏入循环水中，工艺物料大部分为无机、有机及油类物质，为循环水中异养菌的繁殖提供了充足的营养。异养菌是一类混合菌群，在营养类型方面靠有机物营养作为合成自身菌体的碳源，靠有机物氧化产生化学能进行代谢。这类细菌通常能产生致密的粘液，继而产生大量的生物粘泥，造成水中粘泥量大大超过指标。生物粘泥的危害主要表现为生物粘泥沉积在换热管壁后，一是增加换热管的热阻，降低换热效率，二是容易引起垢下腐蚀，同时生物粘泥淤积在冷却塔填料的表面，损坏填料并降低冷却塔的冷却效率，造成冷却水温升高，影响换热效果。
针对泥沙，生物粘泥等杂质，可以采用以下方法解决：
A.从根本上，清除杂质的方法就是改善水质。
首先，循环补水要尽量用新鲜水，如直接采用江河水的，需经过加药去掉泥浆杂质，然后在新鲜水池里沉淀；其次，在循环水中加黏泥剥离剂，改变水流速；然后，循环水池要定期排污，要定期化验水质。
B.如果循环水水质很差，短时间无法改善，建议增加循环水回水总管过滤系统和反冲洗系统，后系统也可分段增加。这样，既可以进行总体过滤和反冲洗，也可以分段进行。清除杂质的方法一般为停车检修时进行清污，增加过滤装置后，可定期进行排污。
4.定期对设备进行检测，避免设备损坏，避免不当操作
在使用过程中，由于设备损坏内漏，或者投用时操作不当造成的换热效果下降，可以定期对设备和回水进行检测，及时发现及时处理，这需要我方与客户积极配合，共同提高操作水平，避免不当操作。
结语
循环水换热器在生产中占据非常重要的地位，换热效率最大化不仅能保证生产系统稳定高效的运行，还能节约能耗，降低成本。循环水冷却器的正确高效使用，能为企业带来更好的生产运行效益，在生产过程中，针对不同原因出现的换热效果下降，要采取合理的解决办法，及时准确的处理，避免不必要的能耗和损失。
参考文献
[1] 董建强.生物粘泥与水冷器泄漏的相互影响及对策，工业用水与废水，2005(5)：32—35
[2] 周本省.工业水处理技术.北京：化学工业出版社，2002
[3] 宋志杰，薛芬肖．水冷器的酸洗，陕西化工，1983
|
