1、換熱器傳熱表面結(jié)垢的原因
換熱器表面結(jié)垢的原因是多方面的:不同分散度的一些物質(zhì)的固體顆粒的粘結(jié);有機膠狀物和礦質(zhì)膠狀物的沉積;過飽和溶液中鹽類的結(jié)晶析出;某些物質(zhì)的電化學(xué)腐蝕以及微生物產(chǎn)生等等。這些混合沉淀形成了污垢,其中冷卻水里面的溶解鹽類(如重碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物、硅酸鹽等)產(chǎn)生固相沉淀是結(jié)垢的主要原因。形成固相沉淀的條件是:
1)、隨著換熱器中水分的蒸發(fā),水中溶解鹽類的濃度不斷增高,一些鹽因過飽和而析出。
2)、隨著溫度的升高,某些鹽類的溶解度下降。如：Ca(HCO3)2,Ca(HO)2,CaCO3,CaSO4,Ca3(PO4)2,MgCO3,Mg(HCO3)2,Mg(HO)2等。
3)、被加熱的冷卻水中發(fā)生化學(xué)反應(yīng),或者某些離子形成另一些難溶的鹽類離子。
具備了上述條件的某些鹽類,首先在機組換熱器水側(cè)的金屬表面沉積出原始胚芽,然后逐漸變?yōu)榫哂袧摼位驘o定形結(jié)構(gòu)的顆粒,互相聚附,形成結(jié)晶或聚團。重碳酸鈣(鎂)鹽類的存在是引起冷卻水側(cè)結(jié)垢的主要因素。這是因為重碳酸鈣(鎂)鹽在加熱過程中分解為碳酸鈣(鎂)、二氧化碳和水,溶解度較低的碳酸鈣(鎂)在機組換熱器水側(cè)的金屬表面沉積下來。冷卻水通過冷卻塔時相當(dāng)于一個曝氣過程,溶解在水中的CO2會逸出,水的pH值升高。此時,重碳酸鹽在堿性條件下會發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3沉淀。當(dāng)水中有氯化鈣時,會產(chǎn)生置換反應(yīng)生成CaCO3沉淀。如水中有適量的磷酸鹽時,磷酸根將與鈣離子產(chǎn)生磷酸鈣。
上述一系列反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3,Ca3(PO4)2和MgCO3均屬微溶性鹽,它們的溶解度比CaCl2和Ca(HCO3)2要小得多。此外,CaCO3,Ca3(PO4)2和MgCO3的溶解度是隨著溫度的升高而降低的,這些微溶性鹽很容易達(dá)到過飽和狀態(tài)而從水中結(jié)垢析出。當(dāng)水流速度比較小或傳熱表面比較粗糙時,這些結(jié)晶沉積物就容易沉積在傳熱表面上,形成水垢。這些水垢都是由無機鹽組成,結(jié)晶致密,比較堅硬,所以又稱無機垢或硬垢。它們通常牢固地附著在機組換熱器的傳熱表面上,不易被水沖洗掉。另外,不溶性鹽類的泥狀物、膠狀氫氧化物、腐蝕產(chǎn)物、雜質(zhì)碎屑(顆粒細(xì)小的泥沙、塵土、鐵銹、氧化皮)、油污、菌藻的尸體及菌藻的黏性分泌物等組成的污垢,本身不會形成硬垢,但它們在冷卻水中成為CaCO3微結(jié)晶的晶核,加速了CaCO3結(jié)晶析出的過程。當(dāng)含有這些物質(zhì)的冷卻水流經(jīng)機組換熱器的傳熱表面時,容易形成污垢沉積物,特別是在流速較慢的情況下,污垢沉積物更多。這些沉積物一般體積較大,質(zhì)地疏松稀軟,故又稱為軟垢。它們是引起垢下腐蝕的主要因素。當(dāng)防腐措施不當(dāng)時,機組換熱器的傳熱表面經(jīng)常會有銹瘤附著,其外殼堅硬,但內(nèi)部疏松多孔,而且分布不均。它們常與水垢、微生物黏泥等一起沉積在傳熱管表面上。這些銹瘤狀腐蝕產(chǎn)物形成的沉積物,除了影響傳熱外,更嚴(yán)重的是助長某些細(xì)菌的繁殖,最終導(dǎo)致傳熱管表面腐蝕而穿孔泄漏。
2、換熱器傳熱表面結(jié)垢的危害性
換熱器表面結(jié)垢無形中增加了管壁的厚度,由于換熱器傳熱管壁的導(dǎo)熱系數(shù)較大(λ鋼約為50W/(m?K),λ銅約為110W/(m/K)),而水垢的導(dǎo)熱系數(shù)λ很小(λ水<1W/(m?K)),僅為前者的幾百到幾千分之一,這樣就大大增加了換熱器管壁的傳熱熱阻,降低了換熱器的傳熱效率,減少了冷劑水的再生量,使機組的制冷量下降,造成能量的大量浪費,從而增大了企業(yè)的運營成本;換熱器傳熱管結(jié)垢后,使冷凝壓力升高,冷凝溫度與冷卻水出口溫度的差值增大;結(jié)垢還會腐蝕設(shè)備,縮短設(shè)備的使用壽命,結(jié)垢嚴(yán)重時還會使冷卻管堵塞,減少水流通截面積,增大水流阻力,增加循環(huán)水泵運行費用;所以在使用過程中應(yīng)定期進行冷卻水水質(zhì)檢查,并定期進行除垢處理。
3、換熱器傳熱管表面的除垢方法
對已經(jīng)結(jié)垢生藻的換熱器傳熱管,需要定期進行除垢處理,以保證空調(diào)系統(tǒng)的良好運轉(zhuǎn)狀態(tài)。
換熱器化學(xué)清洗是指通過化學(xué)清洗液的作用,使換熱器傳熱管表面的水垢和其它沉積物溶解、脫落或剝離的一類方法。此方法的特點是清洗時間短,除垢徹底干凈,是一種目前使用最為廣泛、有效的清洗方法之一。
進行清洗操作前,首先關(guān)閉冷卻水的進、出水閥門,放盡換熱器內(nèi)循環(huán)水,在吸收器的冷卻水進水管和冷凝器冷卻水出水管處各焊接一個尺寸合適的閥門(清洗結(jié)束后此閥門留在管道上,待下次清洗時再次使用),把清洗桶、耐酸泵與換熱器連接成一個臨時閉合回路,然后按照一定比例(按循環(huán)水量的10%～20%)將清洗溶液倒入清洗桶,啟動耐酸泵,使清洗溶液強制循環(huán)1～2h或靜泡3～6h,水垢和其它沉積物由于受到清洗溶液的化學(xué)作用和沖刷作用而溶解和脫落。清洗溶液選用專用水垢清除劑。它內(nèi)含強力清潔劑、高效緩蝕劑及高能鍍膜劑,對水垢和其它沉積物具有徹底清潔功能,并對金屬無腐蝕作用,還能在清洗后的金屬表面形成保護膜,清洗后無需進行酸堿的中和處理,只需用自來水沖洗即可結(jié)束。
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