热力系统中换热设备的污垢和腐蚀问题分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 热力系统中换热设备的污垢和腐蚀 问题分析 中国论文网 /2/view-12798722.htm 摘要 污垢和腐蚀是换热器运行 中产生的现象，在新换热器的设计、选 型和已有换热器的运行中都需要考虑。 通过分析污垢和腐蚀对于换热器传热和 压降的影响；以及不同的污垢机理和污 垢现象；怎样在换热器性能评价和设计 中考虑污垢的影响，阻止和减缓换热器 污垢的有害作用的不同办法。充分考虑 以上问题，在暖通设计过程中充分考虑 它在换热器的运行和设计中的影响，对 于设计工作者至关重要。 关键词 污垢；腐蚀；换热器； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 采暖；设计； 中图分类号：TK284.1 文献标识 码：A 文章编号： 一、换热设备的污垢 污垢是换热器各传热表面上沉淀 物的积累。这些物质可能是晶体、沉淀、 聚合体、焦化物、无机盐、生物（微生 物、细菌、藻类等）增长、腐蚀产物等。 这一过程影响换热器内的传热和流动状 态。污垢是在换热器表面上和流体中所 发生的质量传递、动能传递以及换热现 象相互作用的结果。通常，污垢会导致 换热器传热性能降低、压降增大、甚至 加剧腐蚀，最终导致一些换热器完全失 效。 腐蚀是在流动的流体和与之接触 的环境之间互相侵略的作用下，引起换 热器各传热表面结构材料产生机械恶化 的过程。除了腐蚀之外，其他机械诱导 的现象对于换热器的设计和运行也是很 重要的，例如磨损（由振动、滑动和挤 压引发的金属接触处的腐蚀） 。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 污垢和腐蚀是换热器运行中产生 的现象，在新换热器的设计、选型和已 有换热器的运行中都需要考虑。在暖通、 热力设计过程中充分考虑它在换热器的 运行和设计中的影响，对于设计工作者 至关重要。 1、 污垢及其对换热器传热和压 降的影响 热污垢（由于温度梯度的存在而 引发的）是指一段时间内发生在传热表 面上的隔热型污垢物的积累。这层固体 增加了额外的传热热阻，同时也增加了 流体流动的阻力。而且污垢沉淀物的导 热性能一般要比换热表面所用金属的差。 污垢是一种极其复杂的现象，涉及到传 热、质量传递和动量传递。在换热器中， 液体被加热时生成污垢，或者液体被降 温时生成污垢，然而也存在其他一些例 子。 我们首先来定性分析传热表面上 污垢的影响。附着在一次侧或者二次侧 的流体污垢层（沉淀物）会增加热流体 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 到冷流体的热阻，因为热传导必须通过 这一热导率极低的污垢层，这就会大大 降低换热器的传热系数 K；同时，污垢 所产生的最重要的物理结果是流动截面 积减小或者被堵塞，从而使通道内的水 力流通直径减小，就会造成换热器的固 有阻力（P）增加, P 的增加会导致流 体泵功的增加。 因此，液体中的污垢会对传热产 生有害的影响，同时使水泵的功率有所 增加。 2、 污垢生成原因 液侧的污垢生成机理大概有 6 种： 沉淀或者结晶污垢；颗粒污垢； 化学反应污垢；腐蚀污垢；生物污 垢；凝固固化污垢。 二、换热设备的腐蚀 换热器的腐蚀是指传热表面的破 坏，这可能是由工作液体在一定运行条 件下所造成的。同污垢一样，腐蚀也是 一种复杂的现象，受许多因素影响。根 据机理不同，腐蚀大概分为接触腐蚀、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 疲劳腐蚀和微生物腐蚀。由腐蚀导致的 换热器材料损失可能会导致换热表面的 裂纹、穿孔或部分脱离，从而导致换热 器中流体的泄漏，有可能导致较为严重 的损失。如果低品质的流体泄漏到较高 品质的流体中时，会造成较高品质的流 体污染，使其质量降低。 （汽水换热时， 出现泄漏，就会造成蒸汽凝结水质下降。 ） 对于换热器的设计和运行非常重 要的腐蚀类型包括：均匀接触腐蚀；电 导腐蚀（也叫电流腐蚀） ；点腐蚀；应 力腐蚀裂化；侵蚀；裂纹腐蚀等。 当换热表面或者设备和流体（水、 酸、碱）系统以及运行工况较为稳定时， 常会发生这种腐蚀，这种腐蚀区域一般 比较容易发现，这就是均匀性腐蚀的特 点。 电导腐蚀（电流腐蚀）是由系统 的水中因带电性不同的金属之间产生的 电势差而造成的，它只对阳极有腐蚀， 对阴极没有。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 点腐蚀是由于氢洗出造成的局部 自动催化腐蚀，会在金属上形成小孔。 如果阴阳两极随机快速的互换位置，就 会发生均匀腐蚀，比如铁的生锈，如果 阳极是固定在表面上的，就会发生点腐 蚀（板式换热器就是因为阳极固定在板 片的表面上，也极易造成点腐蚀） 。 应力腐蚀是指在拉应力和流体介 质的共同作用下，在易受影响的表面上 形成裂化（应力腐蚀在板式换热器最为 常见） 。 侵蚀是由于含有或者不含颗粒的 高速流体对传热表面的冲击，随之引发 暴露表面的腐蚀（板式换热器因内部流 速较高，设计流速常在 2.5m/s 以上，这 就会造成侵蚀的加剧） 。 电导腐蚀常见于管壳式换热器， 通常发生在换热管束和管板的交界面或 接触面上，这是因为现在国内几乎所有 的管壳式换热器在固定换热管束时都是 采用的焊接，焊接就会造成不同材质和 各个接触面上的电势堆积，最后演变为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 电导腐蚀，现在有些厂家已经变为液压 一次成型胀接，也是改变了阳极和阴极 电势电位差所造成的电导腐蚀。 点腐蚀是在表面的保护膜破碎时 发生的，容易发生这种类型腐蚀的常见 金属为：铝、不锈钢、镍、钛，以及它 们的合金，这是一种非常严重的腐蚀。 点腐蚀受到冶金学和加工制造等环境因 素的影响，比如保护性表面的破坏、连 接过程的不均匀。因此，只要这些条件 具备，就会发生点腐蚀，板式换热器在 制造过程中利用模具对不锈钢板进行冲 压，就造成了表面保护性氧化膜和钝化 膜的拉伸、破坏，同时，板片在装配过 程中因螺栓连接的受力不均匀，造成板 片的变形，也会加剧点腐蚀的形成。 应力腐蚀常见于应力和流体在相 互作用的情况下所导致的材料破坏。较 高的应力水平、介质的温度和浓度的增 加、裂纹几何形状都会加剧这种腐蚀。 综合以上污垢和腐蚀的相关情况， 现总结以下两点： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 1、 污垢的防止和减缓 理想化的情况是，能够将换热器 设计成减小或者小初污垢的设备。例如， 换热管本身具有自洁能力的换热管（前 面提到的来复线管） ，这就能起到很好 的减缓甚至是防止结垢。用垫片密封的 板式换热器也可以很方便的拆开清洗 （但是对清洗人员的专业水平要求较高） 。板式钎焊换热器不适用于有污垢的环 境下，除非能够进行化学清洗或者热浴。 管壳式换热器在设计过程中，对于污垢 率较高的环境下，建议选用可抽芯式， 同时，经过多年考察论证，水平布置的 换热器要比垂直布置的更易清洗，同时， 壳侧的几何布局应当保证不出现或者少 出现死水区及低流速区。壳侧的正方形 布局或者旋转正方形布局要比圆形或者 半圆形及其他布局更易清洗。 2、 腐蚀的控制 根据不同工况和水质，选择合适 的材质和换热器形式，对腐蚀的控制尤 为重要。选择合适的材质可以减轻腐蚀 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 （例如，生活热水换热时，建议选用铜 作为换热元件） 。选用合适的流速，这 些均可以减轻侵蚀的影响。对于板式换 热器最好的预防方式是在设计中尽量减 小流体流动的滞留区和急速转弯区（但 是“人”字形流道可能较难改变） 。应对 设计进行调整，形成完整的换热器排污 通道，如果可能的话，还需要将换热管 与管板间的焊接改为一次成型液压胀接。 良好的设计，避免较小的缝隙和较窄的 流道，减少滞留区、提升材料性能、使 流速均匀并达到最佳值（板式换热器的 流速普遍较高） 、使用对固体不吸收的 垫片（如硅石棉垫，橡胶可以被固体吸 收） 、减少换热表面的拉应力和残余应 力、保持换热器表面（没有沉淀）和流 体（在系统中使用较高精度的过滤装置） 的清洁。 结论： 污垢使得换热器的传热热阻增加， 同时还会造成压降的增加。它是一个瞬 态的过程，从热力设计的角度考虑，控 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 制污垢的过程是非常复杂的，无法用一 个综合的通用的概念来定义这一问题， 一般情况下，污垢的影响可以用过负荷 设计来消除（通过适当增加理想清洁工 况时所对应的传热面积） ，但是在市场 竞争激烈的今天，好多厂家往往不会考 虑这些因素。 腐蚀的影响不仅要在换热器运行 时考虑，而且