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摘要：由于管壳式换热器具有结构简单、维修方便等优势，通常被用作溴化锂制冷机组中的吸收器和冷凝器。然而，管壳式换热器也存在着诸多缺点，当换热管内形成污垢后，会增大流体的流动阻力和热阻，影响换热器传热性能和制冷机组的性能系数。传统清洗管内污垢的方法无法避免长期运行对换热器传热性能带来的不利影响。而胶球在线清洗可在不停机的情况下，自动清洗管壳式换热器管内的污垢，不仅节省了劳动力成本，而且能延长换热器的使用寿命。由于胶球在线清洗系统可以及时清除附着在换热管表面的污垢，使换热管表面始终保持清洁和高效换热状态，在制冷、化工、电力等行业得到越来越多的应用。
关键词：胶球在线清洗;污垢热阻;投球率;启停比
引言
换热器是大型压缩机机组中不可缺少的换热装置，它的高效运行是压缩机机组正常运行的必要条件，也是压缩器内工艺气体的温度在安全范围内的保证。在设计范围内，换热器的换热效率和寿命与多种因素密切相关。其中，换热管内外介质的组成对换热管束的腐蚀有显著的影响[4]。某炼化公司一台水煤气压缩机换热器，管内介质为水煤气，管外介质为循环水。换热器壳程温度在30℃～120℃，管程工作温度在20℃～40℃，工作压力在0.2MPa～1.2MPa。该换热器的换热管管束在短期内（<6个月）便发生泄漏。导致泄漏的原因很多，本文从多方面分析泄漏的原因。在分析的基础上，对介质的组成、换热管束的清洗以及后续的实时检测提出相应的措施，以保证换热器工作效率及使用寿命。
1管壳式换热器内部垢质分析
由于管壳式换热器具有结构简单、维修方便等优势，通常被用作溴化锂制冷机组中的吸收器和冷凝器。然而，管壳式换热器也存在着诸多缺点，当换热管内形成污垢后，会增大流体的流动阻力和热阻，影响换热器传热性能和制冷机组的性能系数。某企业研究了流速、温度、浓度、材料表面和其他因素对减少结垢和颗粒沉积的影响[1]。传统清洗管内污垢的方法无法避免长期运行对换热器传热性能带来的不利影响。而胶球在线清洗可在不停机的情况下，自动清洗管壳式换热器管内的污垢，不仅节省了劳动力成本，而且能延长换热器的使用寿命[2][3]。由于胶球在线清洗系统可以及时清除附着在换热管表面的污垢，使换热管表面始终保持清洁和高效换热状态，在制冷、化工、电力等行业得到越来越多的应用。将管道式与端盖式两种胶球在线清洗装置安装在离心式冷水机组上进行实验测试。运行结果表明，该技术可显著降低冷凝器的端温差，提高电制冷冷水机组的能效比。研究表明，将胶球在线装置用于发电厂凝汽器的循环冷却水系统，可降低凝汽器端温差5.2.℃左右[4][5]。通过实验验证了胶球在线清洗系统用于电制冷冷水机组的节能性和经济性。
2管壳式换热器在线清洗优化措施
2.1优化清洗工艺的选择
打开四个换热器面板，因为系统中溶剂含有大量杂质，设备中存在大量污物，附着在换热器板上，板通道严重堵塞。抓取样品的一部分并检查其视觉特征：颜色为灰色和黑色，产生焦化，纹理坚硬，含有大量的油和焦炭。根据第一次清洗经验，一般采用物理清洗方法，高压喷水冲洗。这种清洗对焦粉、油泥等有很好的清洗效果它们不附着在板面上，但对于附着在板面上的硬污物，甚至堵塞的通道，都不能有效加固，不能达到清洗效果，也不能满足技术要求。化学清洗剂的选用是化学清洗的关键，不要损伤热置换板，还要有效溶解污物清洗。通过对样品的分析，我们知道样品的主要成分是FeS2。通过浸渍样品的溶解试验，发现硫化铁钝化剂可以有效地软化粘土样品，便于清洗。
2.2化学清洗和处置碎石的方法
拆下换热器板，检查沉积情况，如果换热器板状况严重，应进行化学清洗。使用化学方法清洗和去除污垢，选择清洗液至关重要。化学清洗清洗方法适用于各种钢。对于不锈钢热交换器板，使用稻草酸溶液清洗热交换器板具有最佳的除污效果，不仅保护不锈钢热交换器内的带和板，而且降低工作强度。由于草酸和热交换器板沉积的化学反应，沉积转化为溶解性材料，从而消除热交换器板沉积。如果热交换器板产生大量挤压，则必须严格按照《用户指南》中的安装和拆卸步骤拆卸热交换器板。将拆下的换热器板放入水槽约50c处，加入叶酸溶液的5%用于浸泡，8～10小时打湿后取出脂肪酸溶液。摇晃--大约3小时后用4%的磷酸钠溶液，取下热交换器板，用高压水枪吹它，碎石就会脱落干净。一旦热交换器板干燥，即可重新安装及使用。
2.3盐酸清洗方法
盐酸清洗方法具备应用成本低、应用范围广的特征，因此在需要化学清理方法中都存在盐酸清洗方式。盐酸清洗方法具备剥离、溶解以及输送的价值作用。盐酸因对于换热器中的碳钢以及不锈钢区域也会带来基础腐蚀，因此在利用盐酸清洗过程中需要增添一定量的缓蚀剂，降低盐酸清洗基本腐蚀带来的负面影响。在进行盐酸清洗液配置过程中，需要佩戴好相应的防护用具，注意盐酸配置浓度，确保盐酸清洗的效果。
2.4循环水日常管理
循環水管理素有“三分药剂，七分管理”之说。在循环水正常运行后，在升温、蒸发和冷却的过程中，水质会发生变化。因此，日常运行主要根据水质变化情况进行及时调整，每天定时分析和上报。与此同时，还要对容器的腐蚀速度和结垢进行测定。将一定规格的金属挂片安装在循环水出口管线上的引出管中，一个月后取出称重。根据挂片的失重情况，可判断腐蚀速度。根据《工业循环水冷却水处理设计规范》（GN50050-2007）规定，冷热设备碳钢管关闭的腐蚀速度<0.075mm/a。采用监测换热器法，模拟换热器的操作条件，用饱和蒸汽作介质。运行一个月后取下测算腐蚀率和黏附速率，污垢热阻反映结构情况。要求达到《工业循环水冷却水处理设计规范》（GN50050-2007）规定：换热设备水侧管壁的年污垢热阻<3.44×10-4m2·k/w;水面污垢沉积速率≤20mg/cm2·月。 2.5机械清洗
换热器的机械清洗方法主要是利用高压射流方法进行清洗。这种清洗手段多应用于化学清洗方法应用后，对于换热器中的碳化污垢层进行清洗处理。机械性清洗处理方法对于换热器设备的磨损率相对较小，同时机械清洗的经济成本相对较低。在机械清洗工作开展前，工作人员需要先进行预实验工作，在得到合适的水压清洗范围后开展高压射流清洗工作，避免过高或过低出现，清洗效果不理想或是损坏设备的问题。机械清洗方法适用于管内、管外以及外壳内壁等区域的清洗工作，在对碳钢以及不锈钢材料进行机械清洗过程中，需要严格控制水中Cl-浓度，将清洗水压控制在5070MPa之中，避免机械清晰过程中出现不必要的财产损失。
2.6超声波除垢法
该方法是在管程或壳程上外加一个超声波发生装置，通过超声波的作用，减少污垢在设备表面的附着作用，从而大大缓解污垢的附着速度，甚至不产生结垢。这种方法效果好对保证设备的长周期动行有很大优势，适用范围广，不受结构形式的限制等。缺点是一次投入高，有一定的运行成本，超声波的设置有一定难度，超声波存在衰减问题等。目前该方法还没有得到广泛应用。
结束语
通过上述分析可知，本文中换热管材质合格，造成换热管束短时期失效的主要原因是循环水水质的问题。因此，针对该问题提出了解决方案。首先对腐蚀严重的换热管清洗。其次，对循环水水质进行阻垢缓蚀处理。在正常运行后，分别对换热管的腐蚀和循环水的水质进行监控。保证换热器在设计工况下进行运行的同时，定期进行清洗以使换热器达到高效换热并延长使用寿命。
参考文献
[1]，换热器板片高效便捷式清洗架的研發及产业化.安徽省，安徽普瑞普勒传热技术有限公司，2019-12-04.
[2]胡松，张孝光，王建民.原油加热器（有机酸）在线清洗可行性研究[J].天津科技，2018，45（12）：29-30+33.
[3]梁光远，刘水清，徐涛忠.MJTR主热交换器清洗时间的估算[J].核动力工程，2018，39（S2）：121-123.
[4]代峰燕，陈远清，毕洪磊，王冰，李哲.换热器管程清洗自动控制系统研究[J].北京石油化工学院学报，2018，26（04）：53-57.
[5]林雪银.胶球在线清洗对管壳式换热器传热特性的影响研究[D].天津大学，2018.
浙江海正生物材料股份有限公司 318000
关键词：胶球在线清洗;污垢热阻;投球率;启停比
引言
换热器是大型压缩机机组中不可缺少的换热装置，它的高效运行是压缩机机组正常运行的必要条件，也是压缩器内工艺气体的温度在安全范围内的保证。在设计范围内，换热器的换热效率和寿命与多种因素密切相关。其中，换热管内外介质的组成对换热管束的腐蚀有显著的影响[4]。某炼化公司一台水煤气压缩机换热器，管内介质为水煤气，管外介质为循环水。换热器壳程温度在30℃～120℃，管程工作温度在20℃～40℃，工作压力在0.2MPa～1.2MPa。该换热器的换热管管束在短期内（<6个月）便发生泄漏。导致泄漏的原因很多，本文从多方面分析泄漏的原因。在分析的基础上，对介质的组成、换热管束的清洗以及后续的实时检测提出相应的措施，以保证换热器工作效率及使用寿命。
1管壳式换热器内部垢质分析
由于管壳式换热器具有结构简单、维修方便等优势，通常被用作溴化锂制冷机组中的吸收器和冷凝器。然而，管壳式换热器也存在着诸多缺点，当换热管内形成污垢后，会增大流体的流动阻力和热阻，影响换热器传热性能和制冷机组的性能系数。某企业研究了流速、温度、浓度、材料表面和其他因素对减少结垢和颗粒沉积的影响[1]。传统清洗管内污垢的方法无法避免长期运行对换热器传热性能带来的不利影响。而胶球在线清洗可在不停机的情况下，自动清洗管壳式换热器管内的污垢，不仅节省了劳动力成本，而且能延长换热器的使用寿命[2][3]。由于胶球在线清洗系统可以及时清除附着在换热管表面的污垢，使换热管表面始终保持清洁和高效换热状态，在制冷、化工、电力等行业得到越来越多的应用。将管道式与端盖式两种胶球在线清洗装置安装在离心式冷水机组上进行实验测试。运行结果表明，该技术可显著降低冷凝器的端温差，提高电制冷冷水机组的能效比。研究表明，将胶球在线装置用于发电厂凝汽器的循环冷却水系统，可降低凝汽器端温差5.2.℃左右[4][5]。通过实验验证了胶球在线清洗系统用于电制冷冷水机组的节能性和经济性。
2管壳式换热器在线清洗优化措施
2.1优化清洗工艺的选择
打开四个换热器面板，因为系统中溶剂含有大量杂质，设备中存在大量污物，附着在换热器板上，板通道严重堵塞。抓取样品的一部分并检查其视觉特征：颜色为灰色和黑色，产生焦化，纹理坚硬，含有大量的油和焦炭。根据第一次清洗经验，一般采用物理清洗方法，高压喷水冲洗。这种清洗对焦粉、油泥等有很好的清洗效果它们不附着在板面上，但对于附着在板面上的硬污物，甚至堵塞的通道，都不能有效加固，不能达到清洗效果，也不能满足技术要求。化学清洗剂的选用是化学清洗的关键，不要损伤热置换板，还要有效溶解污物清洗。通过对样品的分析，我们知道样品的主要成分是FeS2。通过浸渍样品的溶解试验，发现硫化铁钝化剂可以有效地软化粘土样品，便于清洗。
2.2化学清洗和处置碎石的方法
拆下换热器板，检查沉积情况，如果换热器板状况严重，应进行化学清洗。使用化学方法清洗和去除污垢，选择清洗液至关重要。化学清洗清洗方法适用于各种钢。对于不锈钢热交换器板，使用稻草酸溶液清洗热交换器板具有最佳的除污效果，不仅保护不锈钢热交换器内的带和板，而且降低工作强度。由于草酸和热交换器板沉积的化学反应，沉积转化为溶解性材料，从而消除热交换器板沉积。如果热交换器板产生大量挤压，则必须严格按照《用户指南》中的安装和拆卸步骤拆卸热交换器板。将拆下的换热器板放入水槽约50c处，加入叶酸溶液的5%用于浸泡，8～10小时打湿后取出脂肪酸溶液。摇晃--大约3小时后用4%的磷酸钠溶液，取下热交换器板，用高压水枪吹它，碎石就会脱落干净。一旦热交换器板干燥，即可重新安装及使用。
2.3盐酸清洗方法
盐酸清洗方法具备应用成本低、应用范围广的特征，因此在需要化学清理方法中都存在盐酸清洗方式。盐酸清洗方法具备剥离、溶解以及输送的价值作用。盐酸因对于换热器中的碳钢以及不锈钢区域也会带来基础腐蚀，因此在利用盐酸清洗过程中需要增添一定量的缓蚀剂，降低盐酸清洗基本腐蚀带来的负面影响。在进行盐酸清洗液配置过程中，需要佩戴好相应的防护用具，注意盐酸配置浓度，确保盐酸清洗的效果。
2.4循环水日常管理
循環水管理素有“三分药剂，七分管理”之说。在循环水正常运行后，在升温、蒸发和冷却的过程中，水质会发生变化。因此，日常运行主要根据水质变化情况进行及时调整，每天定时分析和上报。与此同时，还要对容器的腐蚀速度和结垢进行测定。将一定规格的金属挂片安装在循环水出口管线上的引出管中，一个月后取出称重。根据挂片的失重情况，可判断腐蚀速度。根据《工业循环水冷却水处理设计规范》（GN50050-2007）规定，冷热设备碳钢管关闭的腐蚀速度<0.075mm/a。采用监测换热器法，模拟换热器的操作条件，用饱和蒸汽作介质。运行一个月后取下测算腐蚀率和黏附速率，污垢热阻反映结构情况。要求达到《工业循环水冷却水处理设计规范》（GN50050-2007）规定：换热设备水侧管壁的年污垢热阻<3.44×10-4m2·k/w;水面污垢沉积速率≤20mg/cm2·月。 2.5机械清洗
换热器的机械清洗方法主要是利用高压射流方法进行清洗。这种清洗手段多应用于化学清洗方法应用后，对于换热器中的碳化污垢层进行清洗处理。机械性清洗处理方法对于换热器设备的磨损率相对较小，同时机械清洗的经济成本相对较低。在机械清洗工作开展前，工作人员需要先进行预实验工作，在得到合适的水压清洗范围后开展高压射流清洗工作，避免过高或过低出现，清洗效果不理想或是损坏设备的问题。机械清洗方法适用于管内、管外以及外壳内壁等区域的清洗工作，在对碳钢以及不锈钢材料进行机械清洗过程中，需要严格控制水中Cl-浓度，将清洗水压控制在5070MPa之中，避免机械清晰过程中出现不必要的财产损失。
2.6超声波除垢法
该方法是在管程或壳程上外加一个超声波发生装置，通过超声波的作用，减少污垢在设备表面的附着作用，从而大大缓解污垢的附着速度，甚至不产生结垢。这种方法效果好对保证设备的长周期动行有很大优势，适用范围广，不受结构形式的限制等。缺点是一次投入高，有一定的运行成本，超声波的设置有一定难度，超声波存在衰减问题等。目前该方法还没有得到广泛应用。
结束语
通过上述分析可知，本文中换热管材质合格，造成换热管束短时期失效的主要原因是循环水水质的问题。因此，针对该问题提出了解决方案。首先对腐蚀严重的换热管清洗。其次，对循环水水质进行阻垢缓蚀处理。在正常运行后，分别对换热管的腐蚀和循环水的水质进行监控。保证换热器在设计工况下进行运行的同时，定期进行清洗以使换热器达到高效换热并延长使用寿命。
参考文献
[1]，换热器板片高效便捷式清洗架的研發及产业化.安徽省，安徽普瑞普勒传热技术有限公司，2019-12-04.
[2]胡松，张孝光，王建民.原油加热器（有机酸）在线清洗可行性研究[J].天津科技，2018，45（12）：29-30+33.
[3]梁光远，刘水清，徐涛忠.MJTR主热交换器清洗时间的估算[J].核动力工程，2018，39（S2）：121-123.
[4]代峰燕，陈远清，毕洪磊，王冰，李哲.换热器管程清洗自动控制系统研究[J].北京石油化工学院学报，2018，26（04）：53-57.
[5]林雪银.胶球在线清洗对管壳式换热器传热特性的影响研究[D].天津大学，2018.
浙江海正生物材料股份有限公司 318000