換熱器污垢的清洗及檢驗
                                 田峻    張楠
                   （濟南市鍋爐壓力容器檢驗研究所山東濟南250033）
    【摘要】換熱器都存在不同程度的污垢問題,結垢是指在設備系統中與流體相接觸的固體表面上逐漸積累起來的那層固體物質，通常以混合物的形態存在。由于污垢運行隨運行時間而不斷增長，使換熱器的傳熱能力逐漸下降，這就要求周期性地進行清洗并定期進行全面檢驗。
    【關鍵詞】換熱器污垢；清洗；檢驗
    一、換熱器污垢的形成機理
    1.顆粒污垢：懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚。這種污垢也包括較大固態微粒在水平換熱面上因重力作用的沉淀層，即所謂沉淀污垢和其他膠體微粒的沉積。
    2.結晶污垢：溶解于流體中的無機鹽在換熱表面上結晶而形成的沉積物，通常發生在過飽和或冷卻時。典型的污垢如冷卻水側的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結垢層。
    3.化學反應污垢：在傳熱表面上進行的化學反應而產生的污垢，傳熱面材料不參加反應，但可作為化學反應的一種催化劑。
    4.腐蝕污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質對換熱表面腐蝕而產生的污垢。通常，腐蝕程度取決于流體中的成分、溫度及被處理流體的pH值。
    5.生物污垢：除海水冷卻裝置外，一般生物污垢均指微生物污垢。其可能產生粘泥，而粘泥反過來又為生物污垢的繁殖提供了條件，這種污垢對溫度很敏感，在適宜的溫度條件下，生物污垢可生成可觀厚度的污垢層。
    換熱器的結垢每年耗資巨大，嚴重時會影響安全生產的進行。換熱器的結垢是指換熱器與不潔凈流體相接觸而在固體表面上逐漸積聚起來的那層固態物質。結垢對換熱設備的影響主要有：由于污垢層具有很低的導熱系數，從而增加了傳熱熱阻，降低了換熱設備的傳熱效率；當換熱設備表面有結垢層形成時，換熱設備中流體通道的過流面積將減少，導致流體流過設備時的阻力增加，從而消耗更多的泵功率，使生產成本增加。
    二、污垢的清洗
    從換熱面上清除污垢的方法，根據工作原理分為機械清洗法和化學清洗法兩類；根據設備是否運行分在線清洗和非在線清洗。
    1.機械清洗技術
    機械清洗是靠流體的流動或機械作用提供一種大于污垢粘附力的力而使污垢從換熱面上脫落。該方法的優點：可以省去化學清洗所需的藥劑費用；可以除去化學方法不能除去的炭化污垢和硬污垢；避免了化學清洗后清洗廢液帶來的排放和處理問題；鋼材損耗微小；不容易引起被清洗設備的腐蝕。其缺點是：必須將設備解體；清洗時間長，費用較高；某些清洗方法需要系統中斷運行后才可以進行。
    機械清洗的方法可以分為兩類：一類是強力清洗法，如噴水清洗、噴汽清洗、噴砂清洗、高壓水射流清洗、強力清洗管等。另一類是軟機械清洗，如刮刀、鉆頭或鋼絲刷除垢和海綿膠球清洗。對于不同的污垢應采用不同的機械清洗方法，機械清洗是工業中常用的除垢方法，它可除去炭化污垢和硬質污垢。但采用機械清洗，常常須將換熱設備解體，因而時間較長，費用較高。
    2.化學清洗技術
    化學清洗就是在流體中加入除垢劑、酸、酶等以減少污垢與換熱面的結合力，使之從換熱面上剝落。
    (1)化學清洗的特點：
    化學清洗常常可以不必拆開設備，這對于塔類和管殼式設備特別重要。
    ①化學清洗能清洗機械清洗不到的地方。
    ②化學清洗均勻一致，微小的間隙均能洗到，而且不會剩下沉積的顆粒，形成新的污垢的核心。
    ③化學清洗可以避免金屬表面的損傷，如形成尖角，而這種尖角能促使腐蝕，并在其附近形成污垢。
    ④由于進行了防銹和鈍化處理，清洗后可以防止生銹。
    ⑤化學清洗的鋼材腐蝕量，幾乎可以忽略不計。即使是把酸洗時鋼材腐蝕率取為1毫克每平方米，其所損傷的壁厚也只在10um以下，而且一般情況比該腐蝕率要低。
    ⑥化學清洗可以在現場完成，勞動強度比機械清洗小。
    (2)目前采用的化學清洗方法分類有：
    按清洗方式分：①循環法：用泵強制清洗液循環，進行清洗。②浸漬法：將清洗液充滿設備，靜置一定時間。③浪涌法：將清洗液充滿設備，每隔一定時間把清洗液從底部卸出一部分，再將卸出的液體裝回設備內以達到攪拌清洗的目的。④噴淋法：適用于大型容器的內外壁清洗。⑤泡摸法。
    按使用的清洗劑分：堿清洗、酸清洗、絡和劑清洗、聚電解質清洗、表面活性清洗、殺蟲劑清洗和有機溶劑清洗。
    按清洗對象分：單臺設備清洗和全系統清洗。
    按清洗時生產裝備是否停車分為：停車清洗和不停車清洗。不同的污垢應該用不同化學清洗劑，在使用化學清洗劑時還應注意清洗藥劑與設備結構材料的相容性。化學清洗前應做好如下準備工作：了解和檢查被清洗設備的種類、型式、幾何形狀和尺寸；掌握設備的材質及應清洗到的地方；根據實際情況確定清洗劑的種類、清洗液的濃度和用量；妥善安排清洗用的水源、加熱清洗液用的熱源以及污水的處理和排放；安排清洗地點；進行污垢查,在有代表性結構的位置取樣進行分析和溶解試驗將污垢用各種藥劑進行處理，求溶解度確定藥劑的品種、劑量及清洗時間。
    (3)常用的循環清洗方法的本程序為
    ①堿洗：用磷酸鹽加少量表面活性劑配制的水溶液清洗，能除去油、硅酸鹽和松動垢層。
    ②水沖洗：清洗掉上步堿液，使pH降至8～10。
    ③酸洗：用鹽酸、硝酸或其他酸，加上緩蝕劑的水溶液，循環清洗系統，使設備表面污垢完全清除。
    ④水沖洗：清洗掉上步殘留酸液，使pH升至4～5。
    ⑤中和：用0.1%氫氧化鈉和0.05%磷酸三鈉，徹底中和殘留在設備內的酸液，并促進設備表面形成穩定的保護膜。
    ⑥鈍化：使用鈍化劑使酸洗后的設備表面鈍化，不易腐蝕。常用的鈍化劑有亞硝酸鈉、磷酸三鈉等。
    3.化學清洗與物理清洗的比較
    化學清洗與物理清洗同樣都有對被洗材質損耗小的優點，但對于結構復雜且表面處理要求高的設備來講，化學清洗就遠遠優于物理清洗了；同樣,當清除象碳化垢或致密堅硬垢時，物理清洗就優于化學清洗了；物理清洗還沒有化學清洗排廢酸的污染問題。在化工生產中設備往往是結構復雜的，所以經常使用化學清洗。
    三、換熱器的檢驗
    換熱器作為壓力容器的一種類型，其定期檢驗的總體要求應按《壓力容器定期檢驗規則》相關內容進行。同時，如上所述，換熱器的結構又不同于一般壓力容器，其特點是管殼式，兩種溫度不同的介質分別在殼程和管程流動，實現熱量傳遞，兩種介質在管程和殼程的流動易造成結垢，垢層的形成對傳熱效果有很大的影響，同時又容易引起換熱管和殼體及管板的破壞，因此，換熱器在定期檢驗時，應重視對垢層的檢驗，尤其是易結垢部位的檢驗。
    1.外觀檢查
    用目測或5-10倍放大鏡對換熱管、換熱管與管板連接處、殼體開孔部位進行檢查。外觀上垢層與金屬的顏色特征有明顯的不同，可借助金屬小捶輕敲管壁及結構不連接處，結垢嚴重部位聲音渾濁、沉悶，無金屬清脆聲音，有時垢層會因敲擊而脫落，對結垢嚴重部位應進行除垢。
    2.換熱管內的結垢情況檢查
    一般情況下從換熱管的兩端部位進行目測檢查，同時配以光束平行于管軸進行光束檢查。一種更有效的檢測方法是超聲波測厚，對管子不同部位進行測厚，若結垢較嚴重，則測厚數據顯示不穩定，變化較大，有時無數據顯示，這時可斷定管內壁結垢較嚴重。
    3.硬度及金相檢查
    對于長期運行在高參數(高溫)工況的換熱器，有時因結垢原因導致傳熱效率大大降低，垢層附著在金屬壁上，使金屬長時間處在高溫狀態下，已引起過熱，而導致金屬高溫蠕變或材質劣化，最終導致換熱管爆破或失效。因此，有時需采用硬度計對換熱管進行硬度測定，若硬度異常則說明結垢嚴重或金屬材質劣化，應進行維修或換管，金相檢查可判斷金屬的晶體結構和組織有無變化，如是否出現了馬氏體等淬硬組織。
    4.換熱管與厚板連接部位檢查
    該連接部位一般為焊接、脹接和脹焊接合三種結構。脹接和脹焊兩種結構在該部位往往留有縫隙，縫隙的存在易導致結垢和產生縫隙腐蝕，因此，該部位應重點檢查。一般采用目測和5-10倍的放大鏡檢查，同時用金屬小捶輕敲金屬壁，必要時對連接部位用便攜式金相顯微鏡做金相檢查，以判斷連接部位金屬的損傷或劣化程度，有必要時也可用磁粉探傷或滲透探傷方法進一步檢查連接部位金屬是否有裂科紋產生。  
    四、結論
    本文相對詳細地介紹了在線化學清洗方法，它一不需要拆開設備，可以不影響系統的正常運行，不會降低系統的工作效率，二可以相對簡單的現場完成清洗工作，勞動強度小，三可以清除機械清洗不到的遺漏處的污垢，達到很好的清除效果，而且在線化學清洗可以避免清洗過程中對設備的意外損傷，保證了系統的安全性。但要注意的是對于不同污垢成分要選擇相應的化學清洗藥劑，本文中對此有詳細的說明，由此可以較徹底地清洗掉換熱設備中產生的污垢。在重視對換熱器中污垢清洗的同時，也應對換熱器的定期檢驗提高認識，應按照國家相關規定定期進行全面檢驗，從污垢形成的初始階段得以及時地發現并清除污垢。   
【參考文獻】
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［4］《壓力容器安全技術》2005年第三期.
［5］《壓力容器定期檢驗規則》.