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循环水系统热效率下降的原因分析及解决办法 (秦敖)

添加日期:2014/6/19 14:54:40   作 者:  来源:   浏览次数:
                                          循环水系统热效率下降的原因分析及解决办法
                                                                                         秦敖
                                                                               环境工程课题组
 
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

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