板式換熱器的清洗

徐會武,黃長山,吳晉英,薛　冕

(河南省科學院能源研究所,河南鄭州450008)

    摘　要：板式換熱器是一種結構緊湊、高效的換熱設備,但其換熱溫度高、內部流通孔徑小,極易結垢,造成板式換熱器換熱效率降低,從而影響生產的正常進行和設備的安全,所以需采用化學清洗法除垢。本文介紹了板式換熱器除垢的兩種化學清洗方法———拆卸清洗和不拆卸清洗,清洗后的中和、鈍化預膜處理及清洗中的注意事項,為板式換熱器的安全除垢提供了可靠的保證。

    關鍵詞：板式換熱器;化學清洗;中和;鈍化

    中圖分類號：TQ051·5; TK172　　文獻標識碼：B

    文章編號：1671-8909(2010)01-0039-05

    板式換熱器是一種結構緊湊、高效的換熱設備,它具有換熱效率高(其傳熱系數比管式換熱器高3~5倍)、占地面積小(為管式換熱器的1/3)、使用壽命長、投資小、易于除垢、可靠耐用等特點,近年來被廣泛應用于冶金、石油、制藥、船舶、紡織、化工、醫藥、食品等行業,是實現加熱、冷卻、熱回收、快速滅菌等用途的優良設備。但是,由于板式換熱器一般換熱溫度較高(特別是汽水交換),且其換熱效率高,所以極易結垢。同時板式換熱器內部流通孔徑小,結垢后使內部通道截面變小甚至堵塞,造成板式換熱器換熱效率降低,從而影響生產的正常進行和設備的安全。因此,板式換熱器應定期進行化學清洗,除掉污垢,以保證板式換熱器的高效換熱和生產的正常進行。

    1　板式換熱器的簡介

    板式換熱器是用薄金屬板(一般為不銹鋼)壓制成具有一定形狀波紋的換熱板片,然后加密封膠墊疊裝而成的一種換熱器。主要由傳熱片、密封膠墊、夾緊螺栓、壓緊板、整機框架等零部件組成。冷熱介質通過相鄰換熱板片流經各自通道,中間通過一層薄換熱板片進行換熱,因此高效節能,換熱系數高,使用安全可靠,結構緊湊,體積小,占地少,組合靈活,調整維修方便。

    2　板式換熱器清洗前的準備

    2·1　板式換熱器的結垢分析

    板式換熱器一般可分為:水-水交換和汽-水交換兩種方式。水-水交換方式冷熱介質均為水,且冷熱水溫差不大,大概在70~90℃之間,兩邊結垢情況基本相同;汽-水交換方式熱介質為水蒸汽,一般不易結垢,冷介質為水,溫度約90℃,易結垢。其垢樣大致可分為水垢和污垢,尤以水垢為主。水垢主要是水中溶解的各種鹽類受熱分解溶解度降低而結晶沉積在傳熱片上,通常為碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽和硅酸鹽,這類垢結晶致密,比較堅硬,難以清除;污垢一般是由顆粒細小的泥砂、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠狀氫氧化物、雜物碎屑、腐蝕產物、油污、特別是菌藻的尸體及其粘性分泌物等組成,這種垢體積較大、質地疏松稀軟,較易清除[1]。

    2·2　板式換熱器除垢清洗方法和清洗工藝的選擇

    板式換熱器的垢樣以水垢為主,比較堅硬,和傳熱片結合牢固,難以用物理方法清除,所以選擇用化學清洗中的酸清洗方法除垢。根據板式換熱器的結垢情況、老化程度和用戶的要求,板式換熱器的化學清洗可分為拆卸清洗和不拆卸清洗兩種方法。拆卸清洗除垢比較徹底,效果好,但勞動量大、工序復雜,且容易造成換熱器滲漏、零配件損壞等不良影響;不拆卸清洗除垢不夠徹底,但勞動量小、工序簡單,且不容易造成換熱器滲漏、零配件損壞等不良影響。當板式換熱器結垢情況嚴重、換熱效率低下,甚至堵塞時,必須采取拆卸清洗;當板式換熱器結垢較輕或老化嚴重時,可采取不拆卸清洗。

    化學清洗時可采取循環清洗和浸泡清洗相結合的清洗工藝。循環清洗是用循環泵、清洗槽、塑料管、清洗對象組成封閉循環系統,將循環系統中加入適量清洗劑,用循環泵循環清洗;浸泡清洗是循環系統中清洗劑均勻達到一定濃度后,關閉循環泵浸泡。為了保證清洗劑的濃度,在循環過程中,每隔1h要檢測一次清洗槽內清洗劑的濃度,使清洗劑的濃度始終保持在0·10~0·15mol/L安全有效的范圍內,必要時需添加清洗劑。遇中午或晚上可采取加清洗劑后浸泡清洗。

    2·3　清洗劑的選擇

    板式換熱器的傳熱片材料一般為奧氏體不銹鋼,型號大致有AISI 304、304L、AISI 316、316L、316T,i不銹鋼材料需采用硝酸基清洗劑清洗。密封墊材料一般為丁晴橡膠(NBR)130-140、丁基橡膠(RCB)140、乙丙橡膠(EPDM)150,這些材料均能耐酸、堿、酮、醇類等溶液的腐蝕。基于此,我們采用河南省科學院能源研究所研制的不銹鋼制品專用清洗劑(該清洗劑已通過河南省科學技術廳組織的技術鑒定),主要有硝酸、羥基乙酸、緩蝕劑、滲透劑、消泡劑等化學藥劑組成,該清洗劑對不銹鋼制品有除垢率高、腐蝕率小、除垢速度快等特點,最佳清洗濃度在0·10~0·15mol/L范圍內。該清洗劑的各項性能指標,經檢測均符合HG/T 2387-2007《工業設備化學清洗質量標準》的規定[2]。

    3　板式換熱器的拆卸清洗

    3·1　拆卸

    先將板式換熱器熱介質的進出口閥門關閉,再將冷介質的進出口閥門關閉,排掉介質(一般為水或汽),用鋼尺量出換熱器傳熱片壓縮的凈尺寸(兩塊兒壓緊板內面間的距離)并記錄。均勻、對稱地拆除換熱器的夾緊螺栓,輕輕地將活動壓緊板沿軌道推開,逐片拆下傳熱片(注意不要把密封膠墊扯斷或扯掉),并按順序擺好。由于有的換熱器采用幾種紋路的傳熱片,所以一定要記清每種紋路的片數和組合順序。

    3·2　拆卸化學清洗

    3·2·1　化學清洗循環回路的連接

    用清洗泵、清洗槽、塑料管組成化學清洗循環系統(如圖1所示),將拆下的傳熱片按順序整齊地擺放在清洗槽內(傳熱片應與水流方向平行),注水后檢查系統是否正常。

    3·2·2　化學清洗工藝實施

    往清洗槽內注水直至傳熱片被完全淹沒。加入適量清洗劑,開始循環清洗。按照化學清洗工藝,在循環過程中,每隔1h要檢測一次清洗槽內清洗劑的濃度,使清洗劑的濃度始終保持在0·10~0·15mol/L安全有效的范圍內,并根據測量數據添加清洗劑。清洗前期,反應比較劇烈,有大量泡沫出現,可噴灑消泡劑消泡,同時清洗液濃度下降較快,清洗液濃度可適當高一點兒。當清洗劑的濃度連續2h內不變化或變化量極小,同時觀察到傳熱片表面水垢明顯減少,用塑料刷子輕輕一刷就可刷掉,此時可視為到清洗終點。

    3·3　余垢清除

    化學清洗結束后,逐片取出傳熱片,用清洗機將傳熱片兩面的余垢清除,必要時用塑料刷協助刷洗。清洗過程中清洗機壓力不要太高,以490~588kPa為宜,水柱不要與傳熱片垂直,應有一定夾角,以免將傳熱片損壞。同時還應注意傳熱片的順序和傳熱片上的密封墊的安全。

    3·4　組裝

    除垢完畢,按照拆卸時傳熱片的疊加順序從固定壓緊板開始,依次將傳熱片沿軌道疊加(注意傳熱片上的密封膠墊不要脫落,若有脫落可用密封膠粘貼)。傳熱片全部安裝上后,小心地將活動壓緊板沿軌道壓上,把壓緊螺栓依次放在絲槽內,均勻、緩慢、對稱地壓緊(否則容易把傳熱片壓破或壓偏,使板式換熱器漏水或漏氣),直到傳熱片的壓縮凈尺寸達到或略小于原來的尺寸。

    3·5　液壓試驗[3]

    板式換熱器組裝完應按GB 16409-1996《板式換熱器》標準要求兩側分別進行單側液壓試驗,試驗時應緩慢升壓,達到規定的壓力后,保壓時間為10~30min,然后降至設計壓力下保壓,對所有密封面進行檢查,看是否有滲漏現象,保壓時間不少于30min。

    3·6　恢復

    液壓試驗安全后拆除連接管,關閉各排污閥,先打開冷介質的進出口閥門,再打開熱介質的進出口閥門即可。

    4　板式換熱器的不拆卸清洗

    4·1　不拆卸化學清洗

    4·1·1　化學清洗循環回路的連接

    先將板式換熱器熱介質的進出口閥門關閉,再將冷介質的進出口閥門關閉,排掉介質(一般為水或汽)。分別以冷熱介質的進水排污口為清洗液進水口,出水排污口為清洗液出水口(若無排污口需添加并加閥門),按熱介質進口—熱介質出口—冷介質進口—冷介質出口的順序,和清洗泵、清洗槽、塑料管組成化學清洗循環系統(如圖2所示)。

    4·1·2　化學清洗工藝實施

    往清洗槽內注水檢查系統循環正常后,加入適量清洗劑,開始循環清洗。按照化學清洗工藝,在循環過程中,每隔1h要檢測一次清洗槽內清洗液的濃度,使清洗液的濃度始終保持在0·10~0·15mol/L安全有效的范圍內,并根據測量數據添加清洗劑。不拆卸化學清洗可能需要時間長一些,可采用循環清洗和過夜浸泡清洗相結合來清洗。當清洗劑濃度連續2h不變化或變化量很小時,即可停止循環。

    4 ·1·3　沖洗

    化學清洗結束后,由于板式換熱器內部流通孔徑小,總有垢渣(特別是污垢)粘附在傳熱片上,所以需要用循環泵反復沖洗掉垢渣。把清洗槽內廢液排掉,充滿清水,用循環泵沖洗,廢水排掉,再反復沖洗,不停接水觀察,直到板式換熱器內不再有垢渣排出為止。

    4·2　中和、鈍化處理

    中和是將清洗后設備中殘留的酸液進行中和而不腐蝕設備;鈍化是在金屬表面上形成能抑制金屬溶解過程的電子導體膜,這層膜本身在介質中的溶解速度很小,以致它能使金屬的陽極溶解速度保持在很小的數值上。由于不拆卸化學清洗要用到與板式換熱器相連接的幾段管道,傳熱片為不銹鋼材質不需要中和、鈍化處理,但管道為鋼鐵材質,清洗后表面的水垢和鐵銹都被清除,露出鋼鐵的本質,其處于十分活潑的活化狀態,極易銹蝕,因此需要進行中和、鈍化處理,防止出現二次銹蝕。

    4·2·1　中和處理[4]

    中和處理可用氫氧化鈉、碳酸鈉等輔以中和助劑,按0·5%的投加量使用,即1t水加中和藥劑5kg,對循環系統內殘余的酸性清洗劑進行中和處理,使pH達到7循環停止。

    4·2·2　鈍化處理[4]

    中和處理后進行鈍化處理,向循環系統內添加適量鈍化預膜劑,循環均勻后使pH控制在8~9之間,鈍化預膜劑的使用量按清洗劑循環水量計算, 1t水加鈍化預膜劑10kg。

    4·3　恢復[4]

    鈍化后拆除連接管,關閉各排污閥,先打開冷介質的進出口閥門,再打開熱介質的進出口閥門即可。

    5　應用實例

    板式換熱器的這兩種化學清洗方法經河南省科學院能源研究所多次實踐,不斷完善,其工藝流程成熟、清洗周期短、污垢清洗徹底,具有經濟、快捷、令客戶滿意等優點。其中拆卸清洗除垢率可達到95%以上,不拆卸清洗雖然不能直觀地觀察到除垢率,但從板式換熱器清洗前后進出水溫度和進出水壓力的變化可以看出清洗的效果。下面是2007年10月對河南省水利廳辦公樓取暖用板式換熱器的拆卸清洗實例。

    5·1　化學清洗過程控制(見表1)

    清洗過程中采用了循環清洗和浸泡清洗相結合的方法,清洗過程用時10h。清洗終點根據清洗劑濃度隨時間的變化情況以及觀察傳熱片上水垢的反應程度來判斷,當清洗劑的濃度連續2h內不變化或變化量極小,即可視為清洗終點。

    5·2　清洗效果   化學清洗后用清洗機清除余垢。清洗前后效果對比如圖3所示,可以看出:清洗前傳熱片表面完全被一層黃色的污垢覆蓋,清洗后傳熱片表面無任何污垢,露出不銹鋼的本質,除垢率基本達到100%。

    6　結束語

    板式換熱器由于換熱溫度高、內部流通孔徑小,容易結垢堵塞,所以應定期、定時進行化學清洗。板式換熱器的化學清洗可分為拆卸清洗和不拆卸清洗,各有優缺點,可根據設備的具體情況和用戶的要求選擇,為客戶提供了多種選擇的機會。經多次實踐清洗證明,兩種化學清洗方法工藝流程成熟、周期短、清洗徹底,具有經濟、快捷、令客戶滿意等優點,為板式換熱器的正常安全運行提供了可靠的保證。

參考文獻

[1]周本省·工業水處理技術[M]·北京:化學工業出版社,2004: 40-41·

[2]張敏,吳晉英,徐會武等·天然氣壓縮機的化學清洗[J]·清洗世界, 2008, 24(12): 12-13·

[3]國家技術監督局發布·GB 16409—1996板式換熱器[S]·北京:中國標準出版社, 1996.

[4]吳晉英,黃長山,徐會武等·中央空調風機盤管的拆卸清洗[J]·清洗世界, 2008, 24(6): 27-28·