换热器水系统结垢机理

     在化工生产过程中,介质的热量交换均离不开换热器。而大多数换热器均以水为换热介质,由于水的特性,在换热过程中始终存在着结垢堵塞问题,大大降低了传热速率,迫使换热器因传热不够而停车清洗。而换热器的清洗,一方面影响正常生产,另一方面增加了产品的造价。以哈尔滨气化厂24工号Ｗ03为例,换热器管程中介质为粗煤气,壳程中是地下抽取的新鲜水,这台换热器每年因清垢停车次数占全年停车次数的15%。另外,清洗换热器时,用高压(70ＭＰａ)清洗机清洗,不仅增加成本费用,而且由于换热器受到高压水冲击,易受损变形,缩短使用寿命。
     1 结垢机理
     管线中结垢除因腐蚀等因素外,主要因为注入水中的Ｃａ2+、ＨＣＯ-3浓度较高,因此,由ＨＣＯ-3电离的ＣＯ2-3浓度较高,Ｃａ2+的摩尔浓度与ＣＯ2-3的摩尔浓度的乘积已超过ＣａＣＯ3溶度积。在其它条件不变的情况下,亦会有ＣａＣＯ3晶体生成,下面来分析影响结垢的因素。
     (1)注入水的流动状态 结垢受水流速度、水流状态的影响,一般说来,在不考虑其它因素的条件下,水流速度越小,结垢趋势越大。
     (2)温度 当注入水由井口流到地面时,温度逐渐升高,大约从16℃升到20～30℃,我们知道,钙在酸性、中性、弱碱性介质中的溶解度随温度升高而减小,即其溶度积随温度升高而减小,而ＨＣＯ-3的电离度却随温度升高而增大,即ＣＯ2-3的浓度逐渐增大,虽然Ｃａ2+的浓度随着垢的形成而减小,但结垢现象仍然是逐渐加重的。
     (3)水质 我厂所用水质较差,易形成Ｆｅ(ＯＨ)3、Ｆｅ2Ｏ3晶体,一旦有Ｆｅ(ＯＨ)3、Ｆｅ2Ｏ3生成,Ｃａ ＣＯ3晶体极易以其为晶种,吸附在其表面,快速聚集,使结垢程度加大,温度愈高,垢形成的愈多。因此,换热器水线出口较入口处结垢现象严重。
     (4)压力对水中存在ＨＣＯ-3有下列电离平衡:2ＨＣＯ-3=ＣＯ2-3+ＣＯ2+Ｈ2Ｏ当压力增大时,减少气体生成,电离方程式向左移动,可减小结垢趋势,但对ＣａＣＯ3溶解度的影响小于温度对ＣａＣＯ3溶解度的影响。图1是不同温度条件下ＣａＣＯ3的溶解度与压力的关系曲线。

     从图1中可看出,在低温时压力对ＣａＣＯ3的溶解度影响非常大,温度升高,压力对ＣａＣＯ3的溶解度影响减小,而哈尔滨市汽化厂换热介质温度较高,因此,压力对ＣａＣＯ3溶解度影响较小。
     2 结论
     综上所述,结垢程度受水流状态、温度、压力、水质等诸多因素影响,而此诸多因素是同时存在,密切联系的,其中注入水的流动状态、温度是垢层形成的主要因素。