板式換熱器清洗方法探討

苗勇虎， 吳禮云

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 曹妃甸 063200）

換熱器分為管式及板式換熱器，板式換熱器以其具有質(zhì)量輕、占地面積小、換熱效率高、拆裝靈活等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油、化工、工業(yè)、電力、冶金、暖通空調(diào)等行業(yè)。但是由于換熱板間隙小，極易造成積垢堵塞，影響換熱效率，因此選擇合理的清洗方法對(duì)板式換熱器維護(hù)就顯得至關(guān)重要。

1 板式換熱器的簡(jiǎn)介

板式換熱器是用金屬薄板通過(guò)模具壓制成具有一定波紋形狀的換熱板片，加密封膠墊組裝而成的一種換熱器。板式換熱器由固定壓緊板、上導(dǎo)桿和下導(dǎo)桿、活動(dòng)壓緊板、壓緊螺栓、換熱板片及密封膠條構(gòu)成。冷媒與熱媒分別流經(jīng)換熱板片兩側(cè)間隙通道進(jìn)行換熱,具有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在缺點(diǎn)。

1.1 換式換熱器的優(yōu)點(diǎn)

1）傳熱效率高。板片的特殊波紋結(jié)構(gòu)，使流體在較低流速下即可獲得較高的傳熱系數(shù)，通常是傳統(tǒng)管殼式換熱器的3～5倍。板式換熱器的流道窄，板片是波形，截面變化復(fù)雜，使流體的流動(dòng)方向和流速不斷變化，增加了流體的擾動(dòng)，因而能在很小的流速下達(dá)到紊流，具有較高的傳熱系數(shù)。

2）占用空間小。板式換熱器單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式換熱器的2～5倍。

3）清洗方便。較管式換熱器，板式換熱器把夾緊螺栓松開(kāi)卸掉后，即可拆卸板片，便于徹底清洗及維修。

1.2 板式換熱器的缺點(diǎn)

1）密封性較差，易漏泄。密封膠條是板式換熱器中一個(gè)重要的輔助零件，主要防止流體在板間流動(dòng)時(shí)泄露；膠條材料的選擇要考慮其耐溫、耐壓和化學(xué)穩(wěn)定性，以及彈性等性質(zhì)。

2）運(yùn)行壓力受一定限制。受換熱板片的強(qiáng)度及密封膠條的密封效果制約，運(yùn)行壓力一般不超過(guò)1MPa。

3）換熱板片間隙狹小，易堵塞，不適用于含懸浮物的流體，流阻較管殼式為大。

4）換熱板片薄，反復(fù)拆裝易變性、開(kāi)裂，造成泄露。

2 板式換熱器結(jié)垢原因及影響

板式換熱器在運(yùn)行過(guò)程中，板片間造成結(jié)垢的主要是水垢及污垢，水垢是水中的鈣鎂碳酸鹽遇熱后分解為碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀物，這些沉淀物比較堅(jiān)硬，難以清除；污垢一般是由顆粒細(xì)小的泥砂、藻類等雜物，這類垢體積較大、質(zhì)地疏松稀軟，較易清除。積垢使得板式換熱器換熱能力大大降低，造成熱能的嚴(yán)重浪費(fèi)，影響換熱器的正常運(yùn)行。

3 板式換熱器清洗方法的選擇

3.1 日常在線反沖洗

日常運(yùn)行中板式換熱器板片間隙內(nèi)附著的松散泥砂及藻類雜質(zhì)，在未形成堅(jiān)硬的結(jié)垢前，進(jìn)行周期性反沖洗，預(yù)防性維護(hù)，減少形成污堵造成流速降低，降低結(jié)垢的速率[1]。以某海水淡化處理廠蒸餾水板式換熱器為例，在線反沖洗操作步驟如下。

1）關(guān)閉板式換熱器海水側(cè)進(jìn)出水閥門。

2）將板式換熱器海水側(cè)進(jìn)水濾筒進(jìn)行拆卸。

3）將海水進(jìn)水側(cè)泄水管連接到板換壓緊板濾筒蘭盤上，連接外排管路。

4）打開(kāi)海水出水側(cè)閥門，對(duì)板片進(jìn)行反沖洗。

在線反沖洗注意事項(xiàng)：避免超壓反沖洗，防止將密封墊片沖出密封槽；反復(fù)多次沖洗；檢查濾筒有破損及時(shí)更換。

3.2 不拆解離線藥劑清洗

在線反沖洗后無(wú)明顯效果時(shí)，需要將板式換熱器離線藥劑清洗，適用于易溶解結(jié)垢，如碳酸鹽水垢。

3.2.1 清洗劑的選擇

清洗劑普遍采用有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸兩大類。有機(jī)酸主要有：甲酸、草酸、檸檬酸等；無(wú)機(jī)酸主要有：鹽酸、硝酸、氫氟酸等。根據(jù)板式換熱器結(jié)構(gòu)、工藝、板片材質(zhì)及水垢成分的分析選擇。

3.2.2 不拆解離線藥劑清洗步驟

以某海水淡化處理廠蒸餾水板式換熱器為例。通過(guò)板式換熱器廠家試驗(yàn)證明，采用30%檸檬酸（工業(yè)、醫(yī)用、食品級(jí)均可）作為清洗液（注：30%的檸檬酸對(duì)鈦材和NBR橡膠均無(wú)腐蝕）。將酸液加溫至40～50℃最佳，進(jìn)行單側(cè)通道的循環(huán)反沖洗[1]。

1）制作藥劑箱，將板式換熱器海水出口閥門、海水進(jìn)口閥門、耐酸泵、藥劑箱用PVC管道連接，形成回路，利用一定壓力的水對(duì)換熱器進(jìn)行連續(xù)的開(kāi)式?jīng)_洗，盡可能將換熱器內(nèi)的泥垢等雜質(zhì)沖洗干凈，既能提高酸洗的效果，也可降低酸洗的耗酸量。水沖洗及試壓的目的是去除系統(tǒng)中的泥砂及疏松污垢，并在模擬清洗狀態(tài)下對(duì)臨時(shí)接管處泄漏情況進(jìn)行檢查。

2）將清洗液進(jìn)口管接在板式換熱器海水側(cè)的出口方向，清洗液的出口接在板式換熱器海水側(cè)入口，反方向沖洗，先浸泡1～2 h，開(kāi)始用泵打循環(huán)24 h，如果清洗液的溫度加熱不到40℃，循環(huán)清洗的時(shí)間要相應(yīng)延長(zhǎng)。按照化學(xué)清洗工藝，在循環(huán)過(guò)程中，每隔1 h要檢測(cè)一次清洗槽內(nèi)清洗液的濃度，清洗劑可以及時(shí)更新。使清洗液的濃度始終保持30%濃度，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)添加清洗劑。

3）清洗結(jié)束后，排凈系統(tǒng)內(nèi)的酸液，充滿新鮮水進(jìn)行沖洗，去除殘留在系統(tǒng)中的酸液及雜質(zhì)，當(dāng)出口的溶液pH值大于6時(shí)，進(jìn)回液口濁度差較小時(shí)，即可結(jié)束水沖洗。

4）酸洗液中和處理及排放到藥劑箱中，待加入片堿中和至pH值6～9后，方可使用罐車運(yùn)輸至指定地點(diǎn)排放。

5）清洗過(guò)程應(yīng)做好記錄，以便比較清洗前后的效果。清洗后要對(duì)板式換熱器按規(guī)范進(jìn)行打壓試驗(yàn)，合格后換熱器才能并網(wǎng)[2]。

3.3 拆解板片清洗

3.3.1 需要拆解板片清洗

1）換熱能力降低，壓降增加。當(dāng)板片結(jié)垢嚴(yán)重、換熱效率不能滿足工藝需求，甚至堵塞時(shí)，上述兩種方法無(wú)法解決，此時(shí)須拆解換熱器并加以清洗。

2）發(fā)生可見(jiàn)泄露，無(wú)法緊固。當(dāng)板片間發(fā)生泄露，通過(guò)檢查板式換熱器工作壓力及緊固壓緊螺栓仍存在泄漏情況，就需要拆解檢修。

3.3.2 清洗藥劑的選擇

選擇合適的清洗劑，要充分考慮到板片的材質(zhì)及結(jié)垢的成分，例如：不銹鋼片不得將表面上的鈍化（保護(hù)）膜除去；油脂可以用能將水乳化的油溶液加以去除；有機(jī)物或脂類污垢可以用氫氧化鈉除去，最高濃度1.5%，最高溫度85℃。1.5%濃度相當(dāng)于將3.75 L的φ（NaOH）為30%加入到100 L水中的濃度；鹽垢可以用硝酸（HNO3）除去，最高濃度1.5%，最高溫度65℃。1.5%濃度相當(dāng)于將1.75 L的φ（HNO3）為62%加入到100 L水中濃度，硝酸還有利于形成不銹鋼表面鈍化膜。

3.3.3 拆解清洗操作步驟

板式換熱器的拆解清洗工藝進(jìn)行清洗，以某海水淡化板式換熱器為例，該板式換熱器板片選用純鈦材質(zhì)，密封膠條選用丁晴橡膠NBR[3]，步驟如下：

1）拆卸。冷卻與卸壓，在拆卸板式換熱器之前，必須使溫度降至40℃以下，并卸壓。冷卻速度不得超過(guò)每分鐘10℃，降壓速度不得超過(guò)每分鐘10×105Pa。在拆去換熱器時(shí)必須保持在對(duì)角線上2個(gè)或者4個(gè)螺栓在原位上，然后將其余螺栓拆下。拆板片過(guò)程中將板片編號(hào)，以便于裝配。

2）沖洗。將板式換熱器板片拆卸下后，將板片用帶有毛刷的高壓清洗器加以清洗，或是軟刷和清洗液或水，清除板片上疏松垢層，并沖洗板片上的浮泥及藻類雜質(zhì)。并將密封膠條取下檢查，不符合再用的膠條需更換。

3）浸泡。將拆下密封膠條的板片放入預(yù)制好的清洗液內(nèi)浸泡12 h，如果板片上積垢或有機(jī)物甚厚，可適當(dāng)延長(zhǎng)浸泡時(shí)間，并檢測(cè)清洗液的濃度及鈣硬，待清洗液濃度及鈣硬不再變化時(shí)，將板片撈出，用清水沖洗干凈。

4）鈍化。鈍化預(yù)膜是在金屬表面上形成能抑制金屬溶解過(guò)程的電子導(dǎo)體膜，這層膜本身在介質(zhì)中的溶解速度很小，以致它能使金屬的陽(yáng)極溶解速度保持在很小的數(shù)值上[4]。

5）裝配。當(dāng)鈍化預(yù)膜完畢后，用水沖洗并使之干凈，板片與密封墊片的檢查，仔細(xì)檢查每片板片與墊片，不得有缺陷和污物，必須將板片上污垢、浮泥去除干凈。在裝配板束之前清洗全部板片和密封墊，即使是沙子之類的異物也會(huì)導(dǎo)致泄露。如果經(jīng)清洗并壓緊至最小尺寸后板束還出現(xiàn)泄露，建議更換密封墊。板片的回裝應(yīng)按編號(hào)依次將其裝回至板束中原來(lái)位置。

6）清洗廢液的處理。清洗廢液在清洗后向酸洗槽內(nèi)加入片堿中和至pH值6～9后，方可使用槽罐車運(yùn)輸至指定地點(diǎn)排放。

4 板式換熱器先進(jìn)清洗方法

通過(guò)多次對(duì)某海水淡化廠的板式換熱器的拆解清洗，并結(jié)合清洗效果發(fā)現(xiàn)，對(duì)板式換熱器采用拆開(kāi)清洗效果較好，并可以直接觀察到清洗效果，但是板式換熱器的拆裝要耗費(fèi)一定時(shí)間、人力和物力，反復(fù)拆裝對(duì)板片造成變形、開(kāi)裂，并且需要配備新的密封膠條，投入較大?？梢蕴剿餍率矫獠鹦肚逑磩瓤杀Ｗo(hù)板片及墊片不受腐蝕老化，又可避免拆裝造成板片變形及費(fèi)財(cái)費(fèi)力。

5 結(jié)論

板式換熱器有其存在的優(yōu)勢(shì)及弊端，在日常運(yùn)行中就需要減緩弊端發(fā)生的概率，制定有效的措施：

1）在日常運(yùn)行中應(yīng)嚴(yán)把水質(zhì)關(guān)。嚴(yán)控板式換熱器冷媒、熱媒的溫度及硬度，延長(zhǎng)板式換熱器的使用壽命。

2）周期性反沖洗。將進(jìn)入板式換熱器內(nèi)的浮泥及懸浮的雜質(zhì)及時(shí)沖洗干凈，減少污堵及二次水垢的發(fā)生。

3）正常操作時(shí)，要不時(shí)檢查溫度和壓力降。壓力降增大或者溫度降低表示板片結(jié)垢，此時(shí)板式換熱器需加以清洗。

根據(jù)不同的情況可采用不同的方法，如果板式換熱器未發(fā)生滲漏，只是換熱效果下降，則可選擇離線清洗，最好每年一次離線清洗。如果發(fā)生滲漏或者離線清洗未見(jiàn)效果，則需解體清洗板片。