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    天津市英特節能技術有限公司

    TIANJIN INTENT ENERGY-SAVING TECHNOLOGY CO.,LTD

     

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    位置:技術論壇 〉工業清洗技術

    結垢對工業熱交換設備造成的影響和危害

    天津英特節能技術有限公司   技術部


           工業熱交換設備結生污垢后,會對設備的安全生產和高效運行產生多種不利影響。工業熱交換設備主要有鍋爐、燒結爐、冶煉爐、導熱油爐、高頻爐、中頻爐、貧化爐、反應釜、冷卻器、加熱器、蒸發器、冷凝器、表冷器、預熱器、凝汽器、蒸餾器、蒸煮器、閃蒸器、過濾器、結晶器、貯器;吸收塔、反應塔、再生塔、合成塔、汽提塔、冷卻塔、碳化塔等。
    1.結垢使設備熱交換效率大幅下降,能源消耗大幅增加,生產成本上升
           熱交換設備中結生的污垢,隨著化學成分的不同,其導熱系數也有較大的差異。污垢的導熱系數一般在0.05~3.0W/m·k之間,僅為鋼鐵導熱系數的1/40~1/80。是銅導熱系數的1/300。也就是說,1mm厚水垢的傳熱能力和40~80mm厚鋼板、300mm厚銅板差不多。
            由于污垢的導熱系數極小,結垢會嚴重影響熱交換設備的傳熱性能,使生產能源消耗量大幅度上升。國內外大量熱工試驗結果表明,設備傳熱表面積結1mm厚水垢,熱交換設備就會多消耗8~10%的能源。也就是說,1mm厚的水垢,可以使燃煤鍋爐多燒10%的煤炭,中央空調耗電量增加15~20%。從而導致工業產品生產成本費用大幅度上升。
    2.結垢使換熱設備熱傳導工況惡化,傳熱面超溫過熱,引發鼓皰、裂紋、爆管等安全事故
            由于污垢的傳熱能力級差,設備傳熱面結垢后,高溫側的溫度不能被快速傳導到低溫介質中,使傳熱面金屬壁溫持續上升并達到蠕變溫度。當金屬壁溫達到或超過蠕變溫度后,金屬的機械性能(如韌性、塑性)明顯惡化,抗拉強度、抗壓強度大幅度下降,很容易被高溫燒損變形。在設備帶壓運行的狀態下,過熱管壁因耐壓強度大幅下降而出現鼓皰、裂紋、泄漏甚至爆管的運行安全事故。根據國內部分省市技術監督部門的統計,鍋爐事故中因結垢和水質引起的事故占到了60%以上。
    3.結垢會引發垢下腐蝕損傷,造成設備穿孔泄漏,縮短設備使用壽命
            熱交換設備傳熱面結生的水垢,其密度、厚度和化學組成通常呈不均勻狀態,這種不均勻的污垢覆蓋,造成了金屬表面電化學不均勻性,很容易引發電化學腐蝕反應。結垢還會使水中的某些腐蝕成份如H+、OH-、Cl-、Mg2+、S2-等在垢下金屬面富集并產生化學腐蝕反應。腐蝕的結果是局部金屬被損傷減薄,腐蝕可以達到穿透設備鋼板,使設備泄漏、破損甚至失效的程度。從而使設備維修費用增加。腐蝕嚴重時,會使設備提前報廢。
    4.結垢會使生產工藝不穩,影響產品品質,引發質量事故
            熱交換設備結垢后,由于傳熱效率下降,會導致設備的加熱或冷卻工況惡化,進而影響到生產工藝過程,儀表指示失靈,溫度壓力指標偏離工藝設計要求,設備運行參數發生改變,生產工藝不穩,最終使產品的產量和質量下降,次品率增加。嚴重時還可能中斷生產,造成計劃外停產。

            在熱交換設備內,由于不同部位的金屬面上傳導的溫度不同,金屬表面所結水垢的物理化學狀態也就不同。結垢的厚度、密度、垢量以及化學組成往往隨溫度變化呈現出梯度分布的規律。
    1.溫度越高的金屬表面結垢量越多,水垢越厚。低溫受熱面和非受熱表面的水垢是最薄的。
    2.溫度越高的金屬表面上所結水垢越致密堅硬,低溫傳熱表面所結水垢一般比較疏松,密度較小。
    3.高溫受熱表面易積結硫酸鹽、硅酸鹽(或硅質)難溶垢,而低溫傳熱表面積結的水垢往往以碳酸鹽類化合物為主。天津英特節能技術有限公司的RT-828系列安全強力除垢劑專業用于不同類型水垢及不同材質設備的除垢除銹清洗。
    4.當高溫受熱表面積結的水垢較厚時,緊貼金屬表面的水垢層常以難溶硫酸鹽或硅質化合物為主,而與水接觸的表面水垢則以碳酸鹽為主。
    以蒸汽鍋爐為例,看看水垢在鍋爐內是如何隨溫度變化而梯度變化的。
    (1)熱負荷低、蒸發強度小的部位(如省煤器、下降管等),由于給水中的碳酸氫根(HCO3-)在上述區域受熱發生分解反應
    2HCO3-→CO32+CO2↑+H2O
    當[Ca2+] [CO32+]的乘積大于碳酸鈣(CaCO3)的溶度積時,會析出碳酸鈣的沉淀。鍋水在這些部位沒有達到沸點,水流的紊動性很小,因此碳酸鈣容易以結晶形態沉積在管壁上,形成堅硬的碳酸鹽水垢。
    (2)熱負荷高、鍋水蒸發強度大的部位(如水冷壁、對流管等),由于鍋水在這些部位發生劇烈的蒸發濃縮,某些難溶的鹽類很容易達到溶度積,在受熱面上形成堅硬、致密的硫酸鹽和硅酸鹽水垢或混合垢。在鍋水沸騰的部位和蒸發面上,在堿度和pH值較高的條件下,產生的碳酸鹽顆粒細小松散,無法吸附在管壁及金屬表面,往往以水渣形式存在,如不及時排污很容易產生二次結垢。
            當給水水質變化或鍋爐負荷頻繁波動時,在這些部位容易形成夾層式混合水垢(例如間斷供汽的鍋爐就是如此)。在熱負荷很高或水循環不良的部位,容易生成多孔或堅硬致密的硅酸鹽水垢。
    (3)熱負荷較低,鍋水循環緩慢的部位(如汽包、水包和上下聯箱等)由于鍋水在這些部位循環減慢,水中攜帶的腐蝕產物和泥渣容易沉積下來,形成氧化鐵垢和泥垢。
    (4)在高參數和大容量的高壓鍋爐內最容易生成氧化鐵垢。最容易出現氧化鐵垢的部位是熱負荷很高的爐管管壁部位,如噴然器附近的爐管;對敷設有燃燒帶的鍋爐,在燃燒帶上下部的爐管;燃燒帶局部脫落或爐膛內結焦時的裸露爐管內等處。
    (5)在局部熱負荷很高的爐管內和汽包、聯箱內的水渣中常存在銅垢,這些銅是從局部熱負荷很高的管壁上脫落下來,被水流帶到水流速度較緩慢的汽包和聯箱中,與水渣一起積聚在那里而形成的。
    (6)在鍋爐的蒸汽通流部位,如過熱器和再熱器中,有時會形成鉀、納的鹽垢。

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