换热设备运行中结垢处理方案

换热设备作为工业生产、能源转换等领域的核心装置，其传热效率直接影响系统能耗与运行稳定性。然而，运行过程中流体介质中的杂质、盐类结晶及腐蚀产物等易在换热表面形成垢层，不仅降低传热效率，还可能引发设备损坏与安全隐患。本文结合工程实践，从结垢成因、危害入手，系统阐述针对性处理方案，为设备高效运维提供参考。一、结垢的成因分析（一）水质与介质因素工业循环水或工艺介质中，钙、镁等离子易与碳酸根、硫酸根结合形成难溶盐（如碳酸钙、硫酸钙）；介质中的悬浮物（泥沙、微生物黏泥）、有机物（油类、聚合物）也会吸附沉积。若介质呈酸性或碱性，还可能加速金属腐蚀，腐蚀产物（如氧化铁）进一步形成垢层。（二）运行工况影响流速过低时，流体携带的杂质易在换热面沉降；温度过高会促进盐类结晶（如碳酸钙在50℃以上结晶速率显著加快）；压力波动可能导致溶解气体析出，引发垢层沉积。此外，多相流（气液、液固混合）工况下，相界面易形成垢核。（三）设备自身因素换热管材质若耐腐蚀性差（如普通碳钢在酸性介质中），易因腐蚀产生锈垢；流道设计不合理（如折流板间距过大、管束排列过密）会导致局部流速不均，加剧垢层堆积。二、结垢的危害（一）传热效率下降垢层的导热系数远低于金属（如碳酸钙垢导热系数仅为碳钢的1/50~1/100），导致污垢热阻增大，需提高介质温度或流量维持换热效果，直接增加能耗（据统计，垢层厚度每增加1mm，能耗约上升5%~10%）。（二）设备寿命缩短垢层下易形成局部电化学腐蚀（垢下腐蚀），加速换热管穿孔、泄漏；同时，垢层导致换热管壁温升高，材料力学性能下降，易引发蠕变、开裂等失效。（三）系统运行隐患严重结垢会堵塞流道，导致介质流量骤降，甚至引发系统憋压、停机；若垢层脱落进入下游设备，还可能造成阀门卡堵、泵叶轮磨损等次生故障。三、结垢处理方案（一）预防类措施1.水质预处理软化处理：采用离子交换树脂或反渗透技术降低水中钙镁离子浓度，减少碳酸盐、硫酸盐垢的生成；过滤与除杂：通过多介质过滤器、超滤膜去除悬浮物，投加杀菌剂（如次氯酸钠、氧化性杀菌剂）抑制微生物黏泥滋生；除氧防腐：在热水或蒸汽系统中，采用真空除氧、化学除氧（如亚硫酸钠）减少溶解氧，降低腐蚀结垢风险。2.运行参数优化流速控制：根据介质特性，将管程流速维持在1.5~3.0m/s（壳程0.5~1.5m/s），确保流体湍流状态，减少颗粒沉降；温度调节：避免换热面局部温度超过盐类结晶临界值（如碳酸盐系统控制壁温<60℃）；压力稳定：通过稳压装置减少压力波动，防止溶解气体析出形成垢核。3.设备结构与材质优化材质升级：易结垢、腐蚀的部位选用耐蚀合金（如316L不锈钢）、钛材或非金属衬里（如四氟、陶瓷）；流道优化：采用螺旋折流板、横纹管、波纹管等强化传热管型，既提升传热效率，又减少垢层附着；折流板采用缺口优化设计，避免“死区”形成。（二）在线运行中处理1.化学清洗技术缓蚀清洗：针对碳酸盐垢，采用低浓度盐酸（2%~5%）加缓蚀剂（如乌洛托品、咪唑啉）循环清洗，控制清洗时间（一般4~8h），避免过度腐蚀；螯合清洗：对于复杂垢型（如混合垢、硫酸盐垢），选用EDTA、柠檬酸等螯合剂，在中性或弱碱性条件下溶解垢层，对设备损伤小；分散与阻垢：连续投加阻垢剂（如有机膦酸盐、聚丙烯酸类），通过螯合、分散作用抑制垢晶生长，延长结垢周期。2.物理清洗技术超声波除垢：在换热管内或壳程布置超声波换能器，利用空化效应破碎垢层，适用于薄垢、软垢的在线处理；电场处理：通过高频或脉冲电场改变离子结晶形态，使其形成松散絮体随流体排出，无需添加化学药剂；自动排污与反冲洗：在系统低点设置排污口，定期（如每班1次）排放沉积杂质；采用反冲洗过滤器，当压差达到设定值时自动反向冲洗滤芯，清除截留的颗粒。（三）停机检修期处理1.化学清洗工艺酸洗：针对碳酸盐、铁锈垢，配制10%~15%盐酸+缓蚀剂+表面活性剂的清洗液，循环浸泡（温度控制在40~60℃），清洗后用纯碱中和，再用清水冲洗；碱洗：对于油脂、有机物垢，采用5%~8%氢氧化钠溶液+乳化剂，加热至60~80℃循环清洗，去除油污后用酸洗残留垢层；钝化处理：清洗后对金属表面进行钝化（如亚硝酸钠溶液浸泡），形成保护膜，延缓腐蚀结垢。2.机械清洗技术高压水射流：采用20~50MPa高压水枪（配旋转喷头），沿换热管内壁或壳程管束间冲洗，适用于厚垢、硬垢（如硅酸盐垢）；机械刮削：对于套管式、列管式换热器，使用专用刮刀沿管内壁旋转刮除垢层，需注意避免划伤管壁；干冰/喷砂清洗：利用干冰颗粒或石英砂的冲击力剥离垢层，适用于大型换热器壳程或难以拆卸的部位，但需做好防尘与设备保护。3.局部更换与修复对于严重腐蚀、穿孔的换热管，采用堵管（临时）或更换管段（永久）的方式修复；若管板、壳体结垢腐蚀严重，可局部补焊或更换部件，恢复设备性能。四、工程案例分析某石化企业常压塔顶换热器因循环水硬度高、微生物滋生，运行半年后换热效率下降30%，管程压差上升至设计值的1.5倍。处理方案如下：1.预防优化：对循环水系统增设反渗透软化装置（产水硬度<50mg/L），投加氧化性杀菌剂（次氯酸钠，余氯0.5~1.0mg/L）；调整管程流速至2.2m/s，壳程流速1.0m/s。2.在线处理：连续投加有机膦酸阻垢剂（投加量3~5mg/L），并联用超声波除垢装置（频率25kHz，功率5kW），运行2周后压差降至设计值的1.1倍，传热效率恢复85%。3.停机检修：采用10%盐酸+缓蚀剂循环清洗8h，后用清水冲洗、钝化。清洗后检测，换热管内壁垢层残留<0.1mm，设备恢复设计换热效率，后续运行周期延长至1.5年。五、结论换热设备结垢处理需贯彻“预防为主、防治结合”的原则：通过水质预处理、参数优化、设备升级从源头减少结