式换热器是一种结构紧凑、高效的换热设备,它具有换热效率高(其传热系数比管式换热器高3~5倍)、占地面积小(为管式换热器的1/3)、使用寿命长、投资小、易于除垢、可靠耐用等特点,近年来被广泛应用于冶金、石油、制药、船舶、纺织、化工、医药、食品等行业,是实现加热、冷却、热回收、快速灭菌等用途的优良设备。但是,由于板式换热器一般换热温度较高(特别是汽水交换),且其换热效率高,所以极易结垢。同时板式换热器内部流通孔径小,结垢后使内部通道截面变小甚至堵塞,造成板式换热器换热效率降低,从而影响生产的正常进行和设备的安全。因此,板式换热器应定期进行化学清洗,除掉污垢,以保证板式换热器的高效换热和生产的正常进行。
1 板式换热器的简介
板式换热器是用薄金属板(一般为不锈钢)压制成具有一定形状波纹的换热板片,然后加密封胶垫叠装而成的一种换热器。主要由传热片、密封胶垫、夹紧螺栓、压紧板、整机框架等零部件组成。冷热介质通过相邻换热板片流经各自通道,中间通过一层薄换热板片进行换热,因此高效节能,换热系数高,使用安全可靠,结构紧凑,体积小,占地少,组合灵活,调整维修方便。
2 板式换热器清洗前的准备
2·1 板式换热器的结垢分析
板式换热器一般可分为:水-水交换和汽-水交换两种方式。水-水交换方式冷热介质均为水,且冷热水温差不大,大概在70~90℃之间,两边结垢情况基本相同;汽-水交换方式热介质为水蒸汽,一般不易结垢,冷介质为水,温度约90℃,易结垢。其垢样大致可分为水垢和污垢,尤以水垢为主。水垢主要是水中溶解的各种盐类受热分解溶解度降低而结晶沉积在传热片上,通常为碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐和硅酸盐,这类垢结晶致密,比较坚硬,难以清除;污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分泌物等组成,这种垢体积较大、质地疏松稀软,较易清除[1]。
2·2 板式换热器除垢清洗方法和清洗工艺的选择
板式换热器的垢样以水垢为主,比较坚硬,和传热片结合牢固,难以用物理方法清除,所以选择用化学清洗中的酸清洗方法除垢。根据板式换热器的结垢情况、老化程度和用户的要求,板式换热器的化学清洗可分为拆卸清洗和不拆卸清洗两种方法。拆卸清洗除垢比较彻底,效果好,但劳动量大、工序复杂,且容易造成换热器渗漏、零配件损坏等不良影响;不拆卸清洗除垢不够彻底,但劳动量小、工序简单,且不容易造成换热器渗漏、零配件损坏等不良影响。当板式换热器结垢情况严重、换热效率低下,甚至堵塞时,必须采取拆卸清洗;当板式换热器结垢较轻或老化严重时,可采取不拆卸清洗。
化学清洗时可采取循环清洗和浸泡清洗相结合的清洗工艺。循环清洗是用循环泵、清洗槽、塑料管、清洗对象组成封闭循环系统,将循环系统中加入适量清洗剂,用循环泵循环清洗;浸泡清洗是循环系统中清洗剂均匀达到一定浓度后,关闭循环泵浸泡。为了保证清洗剂的浓度,在循环过程中,每隔1h要检测一次清洗槽内清洗剂的浓度,使清洗剂的浓度始终保持在0·10~0·15mol/L安全有效的范围内,必要时需添加清洗剂。遇中午或晚上可采取加清洗剂后浸泡清洗。
2·3 清洗剂的选择
板式换热器的传热片材料一般为奥氏体不锈钢,型号大致有AISI 304、304L、AISI 316、316L、316T,i不锈钢材料需采用基清洗剂清洗。密封垫材料一般为丁晴橡胶(NBR)130-140、丁基橡胶(RCB)140、乙丙橡胶(EPDM)150,这些材料均能耐酸、碱、酮、醇类等溶液的腐蚀。基于此,我们采用河南省科学院能源研究所研制的不锈钢制品专用清洗剂(该清洗剂已通过河南省科学技术厅组织的技术鉴定),主要有、羟基乙酸、缓蚀剂、渗透剂、消泡剂等化学药剂组成,该清洗剂对不锈钢制品有除垢率高、腐蚀率小、除垢速度快等特点,最佳清洗浓度在0·10~0·15mol/L范围内。该清洗剂的各项性能指标,经检测均符合HG/T 2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》的规定[2]。
3 板式换热器的拆卸清洗
3·1 拆卸
先将板式换热器热介质的进出口阀门关闭,再将冷介质的进出口阀门关闭,排掉介质(一般为水或汽),用钢尺量出换热器传热片压缩的净尺寸(两块儿压紧板内面间的距离)并记录。均匀、对称地拆除换热器的夹紧螺栓,轻轻地将活动压紧板沿轨道推开,逐片拆下传热片(注意不要把密封胶垫扯断或扯掉),并按顺序摆好。由于有的换热器采用几种纹路的传热片,所以一定要记清每种纹路的片数和组合顺序。
3·2 拆卸化学清洗
3·2·1 化学清洗循环回路的连接
用清洗泵、清洗槽、塑料管组成化学清洗循环系统(如图1所示),将拆下的传热片按顺序整齐地摆放在清洗槽内(传热片应与水流方向平行),注水后检查系统是否正常。
3·2·2 化学清洗工艺实施
往清洗槽内注水直至传热片被完全淹没。加入适量清洗剂,开始循环清洗。按照化学清洗工艺,在循环过程中,每隔1h要检测一次清洗槽内清洗剂的浓度,使清洗剂的浓度始终保持在0·10~0·15mol/L安全有效的范围内,并根据测量数据添加清洗剂。清洗前期,反应比较剧烈,有大量泡沫出现,可喷洒消泡剂消泡,同时清洗液浓度下降较快,清洗液浓度可适当高一点儿。当清洗剂的浓度连续2h内不变化或变化量极小,同时观察到传热片表面水垢明显减少,用塑料刷子轻轻一刷就可刷掉,此时可视为到清洗终点。
3·3 余垢清除
化学清洗结束后,逐片取出传热片,用清洗机将传热片两面的余垢清除,必要时用塑料刷协助刷洗。清洗过程中清洗机压力不要太高,以490~588kPa为宜,水柱不要与传热片垂直,应有一定夹角,以免将传热片损坏。同时还应注意传热片的顺序和传热片上的密封垫的安全。
3·4 组装
除垢完毕,按照拆卸时传热片的叠加顺序从固定压紧板开始,依次将传热片沿轨道叠加(注意传热片上的密封胶垫不要脱落,若有脱落可用密封胶粘贴)。传热片全部安装上后,小心地将活动压紧板沿轨道压上,把压紧螺栓依次放在丝槽内,均匀、缓慢、对称地压紧(否则容易把传热片压破或压偏,使板式换热器漏水或漏气),直到传热片的压缩净尺寸达到或略小于原来的尺寸。
3·5 液压试验[3]
板式换热器组装完应按GB 109-1996《板式换热器》标准要求两侧分别进行单侧液压试验,试验时应缓慢升压,达到规定的压力后,保压时间为10~30min,然后降至设计压力下保压,对所有密封面进行检查,看是否有渗漏现象,保压时间不少于30min。
3·6 恢复
液压试验安全后拆除连接管,关闭各排污阀,先打开冷介质的进出口阀门,再打开热介质的进出口阀门即可。
4 板式换热器的不拆卸清洗
4·1 不拆卸化学清洗
4·1·1 化学清洗循环回路的连接
先将板式换热器热介质的进出口阀门关闭,再将冷介质的进出口阀门关闭,排掉介质(一般为水或汽)。分别以冷热介质的进水排污口为清洗液进水口,出水排污口为清洗液出水口(若无排污口需添加并加阀门),按热介质进口—热介质出口—冷介质进口—冷介质出口的顺序,和清洗泵、清洗槽、塑料管组成化学清洗循环系统(如图2所示)。
4·1·2 化学清洗工艺实施
往清洗槽内注水检查系统循环正常后,加入适量清洗剂,开始循环清洗。按照化学清洗工艺,在循环过程中,每隔1h要检测一次清洗槽内清洗液的浓度,使清洗液的浓度始终保持在0·10~0·15mol/L安全有效的范围内,并根据测量数据添加清洗剂。不拆卸化学清洗可能需要时间长一些,可采用循环清洗和过夜浸泡清洗相结合来清洗。当清洗剂浓度连续2h不变化或变化量很小时,即可停止循环。
4 ·1·3 冲洗
化学清洗结束后,由于板式换热器内部流通孔径小,总有垢渣(特别是污垢)粘附在传热片上,所以需要用循环泵反复冲洗掉垢渣。把清洗槽内废液排掉,充满清水,用循环泵冲洗,废水排掉,再反复冲洗,不停接水观察,直到板式换热器内不再有垢渣排出为止。
4·2 中和、钝化处理
中和是将清洗后设备中残留的酸液进行中和而不腐蚀设备;钝化是在金属表面上形成能抑制金属溶解过程的电子导体膜,这层膜本身在介质中的溶解速度很小,以致它能使金属的阳极溶解速度保持在很小的数值上。由于不拆卸化学清洗要用到与板式换热器相连接的几段管道,传热片为不锈钢材质不需要中和、钝化处理,但管道为钢铁材质,清洗后表面的水垢和铁锈都被清除,露出钢铁的本质,其处于十分活泼的活化状态,极易锈蚀,因此需要进行中和、钝化处理,防止出现二次锈蚀。
4·2·1 中和处理[4]
中和处理可用氢氧化钠、碳酸钠等辅以中和助剂,按0·5%的投加量使用,即1t水加中和药剂5kg,对循环系统内残余的酸性清洗剂进行中和处理,使pH达到7循环停止。
4·2·2 钝化处理[4]
中和处理后进行钝化处理,向循环系统内添加适量钝化预膜剂,循环均匀后使pH控制在8~9之间,钝化预膜剂的使用量按清洗剂循环水量计算, 1t水加钝化预膜剂10kg。
4·3 恢复[4]
钝化后拆除连接管,关闭各排污阀,先打开冷介质的进出口阀门,再打开热介质的进出口阀门即可。
5 应用实例
板式换热器的这两种化学清洗方法经河南省科学院能源研究所多次实践,不断完善,其工艺流程成熟、清洗周期短、污垢清洗彻底,具有经济、快捷、令客户满意等优点。其中拆卸清洗除垢率可达到95%以上,不拆卸清洗虽然不能直观地观察到除垢率,但从板式换热器清洗前后进出水温度和进出水压力的变化可以看出清洗的效果。下面是2007年10月对河南省水利厅办公楼取暖用板式换热器的拆卸清洗实例。
5·1 化学清洗过程控制(见表1)
清洗过程中采用了循环清洗和浸泡清洗相结合的方法,清洗过程用时10h。清洗终点根据清洗剂浓度随时间的变化情况以及观察传热片上水垢的反应程度来判断,当清洗剂的浓度连续2h内不变化或变化量极小,即可视为清洗终点。
5·2 清洗效果 化学清洗后用清洗机清除余垢。清洗前后效果对比如图3所示,可以看出:清洗前传热片表面完全被一层黄色的污垢覆盖,清洗后传热片表面无任何污垢,露出不锈钢的本质,除垢率基本达到100%。
6 结束语
板式换热器由于换热温度高、内部流通孔径小,容易结垢堵塞,所以应定期、定时进行化学清洗。板式换热器的化学清洗可分为拆卸清洗和不拆卸清洗,各有优缺点,可根据设备的具体情况和用户的要求选择,为客户提供了多种选择的机会。经多次实践清洗证明,两种化学清洗方法工艺流程成熟、周期短、清洗彻底,具有经济、快捷、令客户满意等优点,为板式换热器的正常安全运行提供了可靠的保证。
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板式换热器结垢的清洗方式
1、 清洗剂的选择
清洗剂的选择，目前采用的是酸洗，它包括有机酸和无机酸。有机酸主要有：草酸、甲酸等。无机酸主要有：盐酸、等。根据换热器结垢和工艺、材质和水垢成分分析得出：
1)换热器流通面积小，内部结构复杂，清洗液若产生沉淀不易排放。
2)换热器材质为镍钛合金，使用盐酸为清洗液．容易对板片产生强腐蚀，缩短换热器的使用寿命。
通过反复试验发现，选择甲酸作为清洗液效果最佳。在甲酸清洗液中加入缓冲剂和表面活性剂，清洗效果更好，并可降低清洗液对板片的腐蚀。通过对水垢样本的化学试验研究表明，甲酸能够有效地清除水垢。通过酸液浸泡试验，发现甲酸能有效地清除附在板片上的水垢，同时它对换热器板片的腐蚀作用也很小。
2、 清除水垢的基本原理
1)溶解作用：酸溶液容易与钙、镁、碳酸盐水垢发生反应，生成易溶化合物，使水垢溶解。
2)剥离作用：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。
3)气掀作用：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。
4)疏松作用：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。
3、 清洗水垢的工艺要求
1)酸洗温度：提升酸洗温度有利于提高除垢效果．如果温度过高就会加剧酸洗液对换热器板片的腐蚀，通过反复试验发现，酸洗温度控制在60~E为宜。
2)酸洗液浓度：根据反复试验得出，酸洗液应按甲酸81．O％、水17．O％、缓冲剂1．2％、表面活性剂0．8％的浓度配制，清洗效果极佳。
3)酸洗方法及时间：酸洗方法应以静态浸泡和动态循环相结合的方法进行。酸洗时间为先静态浸泡2 h，然后动态循环3～4 h。在酸洗过程中应经常取样化验酸洗浓度，当相邻两次化验浓度差值低于0．2％时，即可认为酸洗反应结束。
4)钝化处理：酸洗结束后，板式换热器表面的水垢和金属氧化物绝大部分被溶解脱落，暴露出崭新的金属，极易腐蚀，因此在酸洗后，对换热器板片进行钝化处理。
4、 清洗水垢的具体步骤
1)冲冼：酸洗前，先对换热器进行开式冲洗，使换热器内部没有泥、垢等杂质，这样既能提高酸洗的效果，也可降低酸洗的耗酸量。
2)将清洗液倒人清洗设备，然后再注入换热器中。
3)酸洗：将注满酸溶液的换热器静态浸泡2h。然后连续动态循环3～4 h。其间每隔0．5 h进行正反交替清洗。酸洗结束后，若酸液pH值大于2，酸液可重复使用，否则，应将酸洗液稀释中和后排掉。
4)碱洗：酸洗结束后，用NaOH，Na，PO ，软化水按一定的比例配制好，利用动态循环的方式对换热器进行碱洗，达到酸碱中和，使换热器板片不再腐蚀。
5)水洗：碱洗结束后，用清洁的软化水．反复对换热器进行冲洗0．5 h，将换热器内的残渣彻底冲洗干净。
6)记录：清洗过程中，应严格记录各步骤的时间，以检查清洗效果。总之，清洗结束后，要对换热器进行打压试验。合格后方可使用。
3 、防止板式换热器结垢的措施
1)运行中严把水质关，必须对系统中的水和软化罐中的软化水进行严格的水质化验，合格后才能注人管网中。
2)新的系统投运时，应将换热器与系统分开，进行一段时间的循环后，再将换热器并人系统中．以避免管网中杂质进入换热器。
3)在整个系统中，除污器和过滤器应当进行不定期的清理外，还应当保持管网中的清洁，以防止换热器堵塞。
三 板式换热器结垢后的清洗
板式换热器结垢的清洗方式
1、 清洗剂的选择
清洗剂的选择，目前采用的是酸洗，它包括有机酸和无机酸。有机酸主要有：草酸、甲酸等。无机酸主要有：盐酸、等。根据换热器结垢和工艺、材质和水垢成分分析得出：
1)换热器流通面积小，内部结构复杂，清洗液若产生沉淀不易排放。
2)换热器材质为镍钛合金，使用盐酸为清洗液．容易对板片产生强腐蚀，缩短换热器的使用寿命。
通过反复试验发现，选择甲酸作为清洗液效果最佳。在甲酸清洗液中加入缓冲剂和表面活性剂，清洗效果更好，并可降低清洗液对板片的腐蚀。通过对水垢样本的化学试验研究表明，甲酸能够有效地清除水垢。通过酸液浸泡试验，发现甲酸能有效地清除附在板片上的水垢，同时它对换热器板片的腐蚀作用也很小。
2、 清除水垢的基本原理
1)溶解作用：酸溶液容易与钙、镁、碳酸盐水垢发生反应，生成易溶化合物，使水垢溶解。
2)剥离作用：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。
3)气掀作用：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。
4)疏松作用：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。
3、 清洗水垢的工艺要求
1)酸洗温度：提升酸洗温度有利于提高除垢效果．如果温度过高就会加剧酸洗液对换热器板片的腐蚀，通过反复试验发现，酸洗温度控制在60~E为宜。
2)酸洗液浓度：根据反复试验得出，酸洗液应按甲酸81．O％、水17．O％、缓冲剂1．2％、表面活性剂0．8％的浓度配制，清洗效果极佳。
3)酸洗方法及时间：酸洗方法应以静态浸泡和动态循环相结合的方法进行。酸洗时间为先静态浸泡2 h，然后动态循环3～4 h。在酸洗过程中应经常取样化验酸洗浓度，当相邻两次化验浓度差值低于0．2％时，即可认为酸洗反应结束。
4)钝化处理：酸洗结束后，板式换热器表面的水垢和金属氧化物绝大部分被溶解脱落，暴露出崭新的金属，极易腐蚀，因此在酸洗后，对换热器板片进行钝化处理。
4、 清洗水垢的具体步骤
1)冲冼：酸洗前，先对换热器进行开式冲洗，使换热器内部没有泥、垢等杂质，这样既能提高酸洗的效果，也可降低酸洗的耗酸量。
2)将清洗液倒人清洗设备，然后再注入换热器中。
3)酸洗：将注满酸溶液的换热器静态浸泡2h。然后连续动态循环3～4 h。其间每隔0．5 h进行正反交替清洗。酸洗结束后，若酸液pH值大于2，酸液可重复使用，否则，应将酸洗液稀释中和后排掉。
4)碱洗：酸洗结束后，用NaOH，Na，PO ，软化水按一定的比例配制好，利用动态循环的方式对换热器进行碱洗，达到酸碱中和，使换热器板片不再腐蚀。
5)水洗：碱洗结束后，用清洁的软化水．反复对换热器进行冲洗0．5 h，将换热器内的残渣彻底冲洗干净。
6)记录：清洗过程中，应严格记录各步骤的时间，以检查清洗效果。总之，清洗结束后，要对换热器进行打压试验。合格后方可使用。
5、防止板式换热器结垢的措施
1)运行中严把水质关，必须对系统中的水和软化罐中的软化水进行严格的水质化验，合格后才能注人管网中。
2)新的系统投运时，应将换热器与系统分开，进行一段时间的循环后，再将换热器并人系统中．以避免管网中杂质进入换热器。
3)在整个系统中，除污器和过滤器应当进行不定期的清理外，还应当保持管网中的清洁，以防止换热器堵塞下载本文
