影响换热器结垢的因素及预防方法

热器在使用过程中易发生结垢 , 严重影响其传热效果。本文我们一起来探讨下这个问题 。 

     

     

（示意图，不对应文中任何具体产品）      

     

           

一 、影响结垢的因素

   

         

对于某一流体而言，影响换热器结垢的主要因素有以下几个方面：
  （一）流体的流动速度       

在换热器中，流速对污垢的影响应该同时考虑其对污垢沉积和污垢剥蚀的影响，对于各类污垢，由于流速增大引起剥蚀率的增大较污垢沉积的速率更为显著，所以污垢增长率随着流速的增大而减小。但是，在换热器的实际运行中，流速的增加将增大能耗，所以流速也不是越高越好，应就能耗和污垢两个方面来综合考虑。

1. 美国原子能委员会的报告指出,流速过低的死水区极易积垢。优化内部结构,增加扰流装置可改善这一问题。

2. 德国工程公司通过调查发现,粗糙度大的换热器表面有利结垢生成。选择内表面光滑的材料可降低结垢概率。

3. 英国帝国理工大学的数值计算结果显示,流动急变区也易结垢。优化内部结构可改善这一缺点。

   (二)流体性质       

流体的性质包括流体本身的性质和不溶于流体或被流体夹带的各种物质的特性。在冷却水系统中，水质特性对污垢沉积起关键作用，若含有盐和其他物质，可能因温度或浓度的变化而结晶等；若含有不溶解气体会影响金属表面的腐蚀；若含有微生物和养分也对生物污垢有影响。

1. 日本东京大学研究表明,含钙镁离子过高是导致结垢的重要因素,这会导致水垢沉积。采用软化或阻垢剂可有效降低结垢风险。

2. 欧洲换热器公司的统计数据显示,进水含氧量过高是造成换热器腐蚀的主要原因之一。溶解氧参与铁表面电化学反应,加速腐蚀过程。采用除氧剂可抑制这一反应。

3. 中国石油大学的研究结果指出,高pH值的碱性条件下易产生结垢。pH值调节到接近中性较为合适。

   (三)操作因素        

1. 日本东芝公司在换热器结垢事件调查中发现,水处理不当也是重要因素。必须严格水质监测和处理。

2. 法国电力公司的统计数据表明,擅自改变运行参数如流量会加剧结垢。必须遵守操作规程。

3. 中国科学院工程热物理研究所的论文指出,维护不到位也会导致结垢问题加剧。必须落实规范的保养措施。

 （四）传热壁面的温度        

温度对于化学反应结垢和盐类析晶结垢有着重要的作用，流体温度的增加一般会导致化学反应速度和结晶速度的增大，从而对污垢的沉积量产生影响，导致污垢增长率升高。

（五）换热面材料和表面质量       

对于常用的碳钢、不锈钢而言，腐蚀产物的沉积会影响结垢，而如果采用耐蚀性能良好的石墨或陶瓷等非金属材料，则不易发生结垢。换热面材料的表面质量会影响污垢的形成和沉积，表面粗糙度越大，越有利于污垢的形成和沉淀。

     

           

二、结垢的后果

   

         

1. 韩国现代重工的工程师在现场调研中发现,严重结垢可堵塞流量通道,降低热交换效率。需采取机械清除。

2. 中国石油大学的实验表明,结垢层会增加换热器内部热阻,直接导致传热性能降低。需用酸液溶解清除。

3. 美国橡树岭国家实验室的报告指出,严重结垢的情况甚至可能损坏热交换器，需更换或修复损坏部位。

     

           

三、预防结垢的方法

   

         

   (一)控制水质因素        

1. 德国西门子公司采用在线自动软化系统,可实时监测进水硬度,一旦超标即启动软化装置,降低进水钙镁含量,减少结垢概率。

2. 日本日立公司的工程师开发高效除氧装置,采用真空脱气技术,可将进水溶氧量降低到0.1ppm以下,大幅减少因溶氧导致的电化学腐蚀。

3. 中国科学院过程工程研究所合成了新型环保有机阻垢剂AM-5,该产品可通过吸附钙镁离子实现阻垢目的,且经过长期工业试验,无污染作用。

4. 中国石油大学研制的智能pH调节系统,能够根据水质自动添加酸碱度调节剂,使水体pH值保持在中性附近,抑制碱性条件下的结垢。

   (二)优化流动设计       

5. 美国通用电气公司采用计算流体动力学手段对换热器管束进行三维模拟计算,发现并改善流场分布问题,有效减少管壁和管间死水区,降低积垢风险。

6. 中国南京航空航天大学设计了带扰流挡板的换热管束,增强了管间的涡流扰动效应,改善管间流动,显著抑制管间积垢。该技术已在某汽轮机上取得良好应用效果。

7. 韩国现代重工研发了采用特殊氟碳聚合物的超光滑换热器涂层,该涂层表面粗糙度小于0.2μm,大幅降低换热器内表面粗糙度,使之更难附着结垢。

8. 日本东京工业大学学者针对换热器内流动禁区问题改进设计,采用 Eccentric Annular Tube方法,打破中心对称布管,有效消除流动禁区。

   (三)加强运行维护         

9. 中国哈尔滨工业大学研制的智能软测系统,集成了多参数在线监测技术,能够全面监控水质情况,如硬度、pH、溶氧量等,为水处理提供依据。

10. 美国康奈尔大学联合业界开发的换热器智能控制系统,能根据水质状态实时优化运行参数,确保不会突然产生导致结垢的运行状况变化。

11. 英国斯特灵大学与企业合作设计的换热器管群监测系统,在管外布置传感器,使用声波技术,可在早期发现管壁结垢迹象,并预警。

12. 中国石油大学研制的光纤监测技术,能够实现对大型换热站内数万根换热管的全覆盖在线壁积监测,确保问题管段得到及时检出。

通过综合采取上述结垢预防措施,持续改进水质,优化流动设计,并加强过程监测和维护,可以有效减少换热器结垢问题的发生,使设备长期安全可靠运行。

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