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結垢是板式換熱器性能衰減和故障的主要原因之一。防止結垢是一個系統工程,需要從設計選型、運行控制、維護保養和化學處理等多個環節入手,其核心目標是控制垢層形成的四大基本條件:過飽和、結晶點、附著表面和停留時間。
1. 設計選型階段的預防策略(治本之策)
合理的流速設計:這是最關鍵的設計參數。保持足夠的流速(通常水側建議在0.4-0.8 m/s之間)可以產生強烈的湍流剪切力,有效沖刷板片表面,防止晶體顆粒沉積和附著。但同時需與壓降進行平衡。
正確的板片波紋選擇:對于易結垢流體,可選用波紋角度較大(如60°而非30°)的“硬板”。這種板片形成的流道更寬、接觸點更多,湍流更劇烈,抗堵塞和抗結垢能力更強。
考慮結垢系數的余量:在熱力計算時,根據水質和介質情況,預留合理的“結垢熱阻”或“污垢系數”。這相當于在設計階段就額外增加一部分換熱面積,以補償運行后期因結垢導致的性能下降,保證在整個清洗周期內都能滿足工藝要求。
2. 運行管理與在線控制(過程控制)
保證最低運行流速:避免設備在極低負荷下長期運行。低流速直接導致邊界層增厚,傳質減弱,離子易在表面濃縮結晶。必要時可設置旁通回路或采用變頻泵,確保通過板換的流量不低于設計最小值。
控制工藝參數:對于碳酸鹽類結垢,控制流體溫度(特別是加熱側出口溫度)在結垢臨界溫度以下;對于硫酸鹽類結垢,可通過調節pH值來抑制其形成。
安裝有效的過濾與凈化裝置:這是防止物理堵塞和減少結垢晶核的必要措施。在板換入口前,應根據雜質類型和尺寸,安裝目數合適的Y型過濾器、自動反沖洗過濾器或旋流除砂器。對于循環水系統,必須配套水處理設備(如軟化器、反滲透、電子除垢儀等),從根本上降低水的硬度和結垢傾向。
3. 定期維護與化學處理(補救與強化)
制定科學的清洗周期:根據壓降和換熱性能的在線監測數據(如壓差增大15%、出口溫度偏離設定值超過一定范圍),而非固定時間,來觸發清洗程序。實現預測性維護。
采用合適的清洗方法:
化學清洗(在線或離線):對于水垢、銹垢等,使用溫和的酸性清洗劑(如檸檬酸、甲酸)進行循環清洗。必須嚴格控制清洗劑濃度、溫度和清洗時間,并徹底中和沖洗,以免腐蝕板片。
物理清洗(離線):對于軟性生物粘泥或油脂,可使用高壓水槍(壓力控制在50MPa以下,并注意噴射角度,避免損傷板片)進行沖洗。
投加阻垢劑/分散劑:對于無法完全軟化的開式循環冷卻水系統,定期投加專用的化學阻垢劑。其原理是通過閾值效應、晶格畸變和分散作用,干擾垢類晶體的正常生長,使其以微小顆粒形態懸浮在水中,隨水流排出,而非附著在板片上。
總結:防止板式換熱器結垢,必須遵循“預防為主,防控結合”的原則。優秀的設計是基礎,精心的運行管理是保障,而定期科學的維護則是恢復性能、延長壽命的關鍵。 一個完整的防垢方案需要工藝工程師、設備工程師和水處理工程師的協同工作,針對具體的水質、介質和工況制定個性化的策略。
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