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換熱器是合理利用與節約能源、開發新能源的關鍵設備。隨著新技術、新工藝、新材料的應用,板式換熱器以占地面積小、投資少、換熱效率高等特點,逐步取代原的管殼式換熱器。但由于板式換熱器流通截面積小,結垢后容易產生阻塞,是板式換熱器的換熱效率降低的主要原因。
1、結垢的原因分析
1.1以離子或分子狀態溶解于水中的雜質
a、鈣鹽類:在水中的主要構成有Ca(HCO3)2、CaCl2、CaSO4、CaSiO3等。鈣鹽是造成換熱器結垢的主要成分。
b、鎂鹽:在水中的主要構成有Mg(HCO3)2、MgCl2、MgSO4等。鎂溶解在水中后,在受熱分解后生成Mg(OH)2沉淀,構成泥渣或水垢。
c、鈉鹽:主要構成有NaCl、Na2SO4、NaH-CO3等。NaCl不生成水垢,但水中有游離氧存在,會加速金屬壁的腐蝕;Na2SO4的含量過高會結鹽,影響安全運行;水中的NaHCO3在溫度和壓力的作用下會分解出NaCO3、NaOH、CO2,使金屬晶粒受損。
1.2以膠體狀態存在的雜質
a、鐵化合物:主要成分是Fe2O3,它會生成鐵垢。
b、微生物:由于循環水的水溫、溶解氧等對微生物提供了有利于繁殖的條件,微生物將大量繁殖。循環水的溫度較高時,在水中投加磷酸鹽等藥劑,正好是微生物的養料,微生物的繁殖不但阻塞板片通道,有時還會堵塞管路,還會使金屬腐蝕。
c、污泥:冷卻循環水中的污泥,來源于空氣中的塵土及補充水中的懸浮物,逐漸沉積在流速較低的換熱器中。
d、粘垢:主要是微生物的分泌物與水中泥沙、腐蝕產物、菌藻殘骸粘結而成,常常附著在換熱器壁面上。
2、板式換熱器結垢的清洗方式
2.1清洗劑的選擇
清洗劑的選擇,目前采用的是酸洗,它包括有機酸和無機酸。有機酸主要有:草酸、甲酸等。無機酸主要有:鹽酸、硝酸等。
換熱器材質為鎳鈦合金,使用鹽酸為清洗液。容易對板片產生強腐蝕,縮短換熱器的使用壽命。多采用的是硝酸。硝酸清洗所用的緩蝕劑可為0.2%~0.3%的烏洛托平,加入0.15%~0.2%的苯胺和0.05%~0.1%的硫氟酸銨。經硝酸清洗并沖洗干凈后的設備在空氣中可自行鈍化。
通過反復試驗發現,選擇甲酸作為清洗液效果最佳。在甲酸清洗液中加入緩沖劑和表面活性劑,清洗效果更好,并可降低清洗液對板片的腐蝕。通過對水垢樣本的化學試驗研究表明,發現甲酸能有效地清除附在板片上的水垢,同時它對換熱器板片的腐蝕作用也很小。
2.2清除水垢的基本原理
2.2.1溶解作用:酸溶液容易與鈣、鎂、碳酸鹽水垢發生反應,生成易溶化合物,使水垢溶解。
2.2.2剝離作用:酸溶液能溶解金屬表面的氧化物,破壞與水垢的結合。使附著在金屬氧化物表面的水垢剝離。并脫落下來。
2.2.3氣掀作用:酸溶液與碳酸鹽水垢發生反應后,產生大量的CO2,CO2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,使水垢從換熱器表面脫落下來。
2.2.4疏松作用: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。
2.3清洗水垢的工藝要求
2.3.1酸洗溫度:提升酸洗溫度有利于提高除垢效果。如果溫度過高就會加劇酸洗液對換熱器板片的腐蝕,通過反復試驗發現,酸洗溫度控制在60℃為宜。
2.3.2酸洗液濃度:根據反復試驗得出,酸洗液應按甲酸81.0%、水17.0%、緩沖劑1.2%、表面活性劑0.8%的濃度配制,清洗效果極佳。
2.3.3酸洗方法及時間:酸洗方法應以靜態浸泡和動態循環相結合的方法進行。酸洗時間為先靜態浸泡2h,然后動態循環3-4h。在酸洗過程中應經常取樣化驗酸洗濃度,當相鄰兩次化驗濃度差值低于0.2%時,即可認為酸洗反應結束。
2.3.4鈍化處理:酸洗結束后,板式換熱器表面的水垢和金屬氧化物絕大部分被溶解脫落,暴露出嶄新的金屬,極易腐蝕,因此在酸洗后,對換熱器板片進行鈍化處理。
2.4清洗水垢的具體步驟
2.4.1沖冼:酸洗前,先對換熱器進行開式沖洗,這樣既能提高酸洗的效果,也可降低酸洗的耗酸量。
2.4.2將清洗液倒人清洗設備,然后再注入換熱器中。
2.4.3酸洗:將注滿酸溶液的換熱器靜態浸泡2h。然后連續動態循環3~4h。其間每隔0.5h進行正反交替清洗。酸洗結束后,應將酸洗液稀釋中和后排掉。
2.4.4堿洗:酸洗結束后,用NaOH,Na3PO4,軟化水按一定的比例配制好,利用動態循環的方式對換熱器進行堿洗,達到酸堿中和,使換熱器板片不再腐蝕。
2.4.5水洗:堿洗結束后,用清潔的軟化水。反復對換熱器進行沖洗0.5h,將換熱器內的殘渣徹底沖洗干凈。
3、防止板式換熱器結垢的措施
3.1運行中嚴把水質關,必須對系統中的水和軟化罐中的軟化水進行嚴格的水質化驗,合格后才能注人管網。
3.2新的系統投運時,應將換熱器與供熱系統分開,進行一段時間的循環后,再將換熱器并人系統中,以避免管網中雜質進入換熱器。
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