换热器是一种结构紧凑、高效的换热设备 ,是实现加热、冷却、热回收、快速灭菌等用途的优良设备。但是,由于换热器长期运行,用来冷却或加热侧纯净程度的不同以及工艺介质本身性质的差异导致换热器结垢已成必然 ,造成换热器换热效率降低,从而影响生产的正常进行和设备的安全。因此,换热器应定期进行清洗,除掉污垢,以保证换热器的高效换热和生产的正常进行。

    一、换热器结垢原因、种类及危害   

    1、换热器结垢三大原因

    （1）因为常用换热器换热器大多是以水为载热体的换热系统,由于某些盐类在温度升高及浓度较高时从水中析出,附着于换热管表面,形成水垢,随着使用时间及频率的增加积垢层逐渐变厚、变硬,紧紧地附着于换热管表面上;

    （2）如同水垢一样,换热器的另一侧流体由于物质本身的性质可能出现非水垢类固体析出物,长期不处理会越来越多积累在换热管面;

    （3）当流体所含的机械杂质有机物较多而流体的流速又较小时,部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积,形成疏松、多孔或胶状污垢。

    2、换热器六类主要结垢过程

    对于常用的换热器而言。根据结垢机理,我们一般将结垢分为以下几类:

    （1）类析晶结垢:如水冷却系统,由于水中过饱和的钙、镁盐类由于温度、pH等变化而从水中结晶沉积在换热器表面,而形成了水垢;

    （2）粒结垢:流体中悬浮的同体颗粒在换热面上的积聚;

    （3）化学反应结垢:由于化学反应而造成的同体沉积;

    （4）腐蚀结垢:换热介质腐蚀换热面,产生腐蚀产物沉积于受热面上而形成污垢;

    （5）生物结垢:对于常用的冷却水系统来讲,工业水巾往往含有微生物及其所需的营养,这些微生物群体繁殖,其群体及其排泄物同泥浆等在换热表面形成生物垢;

    （6）凝同结垢:在过冷的换热面上,纯液体或多组分溶液的高溶解组分凝同沉积。

    以上的分类只是表明某个过程对形成该类污垢是一个主要过程。结垢往往是多种过程的共同作用结果,因此换热面上的实际污垢,常常是多种污垢混合在一起的。

    3、结垢不清洗的危害

    （1）结垢使设备热交换效率大幅下降,能源消耗大幅增加,生产成本上升；

    （2）结垢使换热设备热传导工况恶化,传热面超温过热,引发鼓疱、裂纹、爆管等安全事故；

    （3）结垢会引发垢下腐蚀损伤,造成设备穿孔泄漏,缩短设备使用寿命结垢会使生产工艺不稳,影响产品品质,引发质量事故。

    为保证产品质量和生产安全，必须定期对换热器进行除垢清洗。   

    二、换热器清洗方式的选择   

    根据清洗方法的不同,主要清洗方法为物理清洗和化学清洗。

    1、化学清洗  

    化学清洗是通过化学清洗液产生某种化学反应，使换热器传热管表面的水垢和其他沉积物溶解、脱落或剥离。化学清洗不需要拆开换热器，简化了清洗过程，也减轻了清洗的劳动程度。其缺点是化学清洗液选择不当时，会对清洗物基体腐蚀破坏，造成损失。

    化学清洗方法

    ◉ 循环法：用泵强制清洗液循环，进行清洗。

    ◉ 浸渍法：将清洗液充满设备，静置一定时间。

    ◉ 浪涌法：将清洗液充满设备，每隔一定时间把清洗液从底部卸出一部分，再将卸出的液体装回设备内以达到搅拌清洗的目的。

    化学循环法清洗步骤：

    化学循环法示意图

    （1）隔离设备，并把换热器内的水排放干净。

    （2）用高压水清洗管道杂质并封闭系统。

    （3）隔离阀和交换器之间装球阀，接上输送泵和导管，清洗剂从换热器的底部泵入，从顶部流出。

    （4）注入所需要的清洗剂，反复循环清洗。

    （5）随时排出气体并注入适当的水。 

    （6）使用PH 试纸测定清洗剂的有效性。

    （7）回收清洗溶液并用清水反复冲洗至PH呈中性。

    2、物理清洗

    物理清洗是借助各种机械外力和能量使污垢粉碎、分离并剥离离开物体表面，从而达到清洗的效果。物理清洗方式都有一个共同点：高效、无腐蚀、安全、环保。其缺点是在清洗结构复杂的设备内部时其作用力有时不能均匀达到所有部位而出现“死角”。

    常见的方法有，超声波除垢、PIG清管技术、电场除垢技术等。

    （1）高压水喷射清洗

    利用柱塞泵产生的高压水经过特殊喷嘴喷向垢层，除垢彻底、效率高，但是其装机容器里大、耗水多。

    （2）超声波除垢

    主要是利用超声波声场处理流体，使流体种的成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成的积垢。

    （3）管道内移动式除垢机具除垢

    新型管道内移动式除垢机具效率较高，质量好，适用于油气输送管道及化工液体和水输送管道的除垢。

    按驱动方式不通过，典型的管道内移动式除垢机具分为：

    A.电力驱动移动式除垢机具；

    B.液力驱动移动式除垢机具；

    C.压缩空气驱动移动式除垢机具。

    3、机械清洗

    它是靠机械作用提供一种大于污垢粘附力的力而使污垢从换热面上脱落。这种方法可以除去化学方法不能除去的碳化污垢和硬质垢，但要清理干净管内垢层一般需要5-6遍，有时多达10遍，清管效率低，质量差。

    4、微生物清洗

    微生物清洗是利用微生物将设备表面附着的油污分解，使之转化为无毒无害的水溶性物质的方法。这种清洗把污染物(如油类)和有机物彻底分解，是一种真正意义上的环保型清洗技术。

    物理清洗和化学清洗都存在着各自的优缺点,又具有很好的互补性。在实际应用过程中,通常都是把两者结合起来使用,以获得更好的清洗效果。

    对化学清洗方法而言，清洗剂的选择对清洗效果有显著影响。   

    三、清洗剂的选择  

    1、工业清洗剂的选用原则

    良好的去污能力;

    对清洗对象无不良影响;

    质量稳定;

    价格低廉。

    2、常用的化学清洗剂

    （1）利用溶解作用去污的清洗剂（包括水和有机溶剂）； 

    （2）利用表面活性作用去污的表面活性剂清洗剂（如阳离子、阴离子、非离子及两性离子表面活性剂）；      

    （3）利用化学反应作用去污的化学清洗剂（如酸、碱、盐、氧化剂等）。

    3、换热器清洗药剂的选择方法

    清洗换热器时首先确定好清洗部位，确定好换热器材料，取样分析后，根据换热器材质及结垢程度选择试剂。

    （1）对于碳钢材质以碳酸盐垢及铁锈为主时,一般选择盐酸做主酸洗液效果较好,出于安全考虑也可选择有机酸氨基磺酸做为主洗酸剂;

    （2）对于不锈钢来说一般选择硝酸为最佳清洗酸剂,同样出于安全角度考虑式根据实际情况也可选择酸性温和的氨基磺酸作为主洗酸剂。

    （3）清洗铜材料换热器时候,一定要注意是哪种铜材质。

    黄铜尤其要注意,黄铜主要成分为铜,其次锌的含量相当高,为了防止脱锌现象发生,对酸洗液选择尽可能浓度较低,一般缓蚀剂同时保护铜、锌两种金属效果较差。故在操作过程中采取温和清洗方式,即低浓度、短时间、小流速,常温清洗比较好。

    一般缓蚀剂选择Lan-826即可,对于其他助剂,如表面活性剂、黏泥剥离剂、发泡剂等可根据清洗剂选择原则结合具体情况选择。在一些特殊情况下,主要是指清洗材料可能存在缺陷或者比较薄或者其他的特殊情况时,应慎重考虑选择药剂。

    四、板式换热器清洗方法   

    板片的清洗方法有三种，即反冲法(不拆开清洗)，手工清洗法(拆开清洗)，和化学清洗法(不拆开清洗)。

    2、清洗方式

    （1）手工清洗法。换热板片结垢厚度很薄而不溶于水时，则可拆开，逐片用有压力的水(0.1～0.2MPa)或用带水的低压蒸汽进行喷射冲刷处理，对于用水很难冲刷的沉积物，则可用软纤维刷子、鬃毛刷来洗刷。

    （2）化学清洗法。换热板片表面，尤其是介质流动的死角处，有较硬的沉积物(氧化物或碳化物)，用手工清洗法是很难解决的，可根据换热板片的材质而采取不同的化学溶剂来清洗。

    2、清洗剂的选择

    目前一般采用的是酸洗，它包括有机酸和无机酸。有机酸主要有：草酸、甲酸等。无机酸主要有：盐酸、硝酸等。

    3、清洗流程

    （1）冲冼：酸洗前，先对换热器进行开式冲洗，使换热器内部没有泥、垢等杂质，这样既能提高酸洗的效果，也可降低酸洗的耗酸量。 

    （2）将清洗液倒人清洗设备，然后再注入换热器中。

    （3）酸洗：将注满酸溶液的换热器静态浸泡2h。然后连续动态循环3～4 h。其间每隔0.5h。

    进行正反交替清洗。酸洗结束后，若酸液pH值大于2，酸液可重复使用，否则，应将酸洗液稀释中和后排掉。

    （4）碱洗：酸洗结束后，用NaOH，Na，PO ，软化水按一定的比例配制好，利用动态循环的方式对换热器进行碱洗，达到酸碱中和，使换热器板片不再腐蚀。 

    （5）水洗：碱洗结束后，用清洁的软化水．反复对换热器进行冲洗0．5 h，将换热器内的残渣彻底冲洗干净。

    （6）记录：清洗过程中，应严格记录各步骤的时间，以检查清洗效果。

    总之，清洗结束后，要对换热器进行打压试验。合格后方可使用。

    4、预防结垢的措施

    （1）运行中严把水质关，必须对系统中的水和软化罐中的软化水进行严格的水质化验，合格后才能注人管网中。

    （2）新的系统投运时，应将换热器与系统分开，进行一段时间的循环后，再将换热器并人系统中．以避免管网中杂质进入换热器。 

    （3）在整个系统中，除污器和过滤器应当进行不定期的清理外，还应当保持管网中的清洁，以防止换热器堵塞。