簡(jiǎn)述換熱器污垢增長(zhǎng)性研究

宋俊麒

摘? 要：換熱器污垢是指流體中的組分或雜質(zhì)在與之相接觸的換熱表面上逐漸積聚起來(lái)的一層固態(tài)物質(zhì)。它廣泛存在于化工、動(dòng)力及制冷等工程技術(shù)領(lǐng)域的各種換熱設(shè)備中。污垢在換熱器表面的沉積能造成傳熱惡化，使壁溫升高、影響傳熱效果、降低生產(chǎn)效率。此外，污垢的沉積還會(huì)使流體的流通截面積變小，增大流動(dòng)阻力。本文從換熱器的結(jié)構(gòu)出發(fā)，由套管式換熱器的傳熱計(jì)算入手，設(shè)計(jì)了套管式換熱器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)污垢沉積特性曲線進(jìn)行測(cè)定，研究出良好的水質(zhì)穩(wěn)定劑，抑制結(jié)垢。

關(guān)鍵詞：換熱器;污垢;實(shí)驗(yàn)臺(tái)位;水質(zhì)穩(wěn)定劑

引言：

換熱器是化工生產(chǎn)中廣為使用的設(shè)備之一，據(jù)調(diào)查90%以上的換熱設(shè)備都存在不同程度的污垢問(wèn)題。污垢是指在與不潔流體相接觸的固體表面上逐漸積聚起來(lái)的那層固態(tài)物質(zhì)，它通常是以混合物的形態(tài)存在;是熱的不良導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)一般只有換熱面主要用材碳鋼的十分之一，和銅等熱的良導(dǎo)體相比，差別就更大了。由于污垢的存在，使換熱設(shè)備的傳熱能力降低，介質(zhì)流體阻力增大，由此而造成了一系列的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中如何減少污垢的形成，如何行之有效地除去污垢，越來(lái)越引起人們的重視。因此，在換熱器的設(shè)計(jì)、使用中如何防垢、抑垢、除垢就顯得非常重要。

1.換熱器概述

傳熱設(shè)備簡(jiǎn)稱為換熱器，它將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。廣泛應(yīng)用于企業(yè)供暖、制冷，輕工等行業(yè)的一種通用設(shè)備。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量;另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。

2.換熱器設(shè)計(jì)

本文擬對(duì)循環(huán)水換熱器結(jié)垢過(guò)程中熱流密度、流體溫度、換熱面溫度以及循環(huán)水流速，溶液的pH值等因素的影響大小進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，揭示出循環(huán)水結(jié)垢過(guò)程中不同污垢濃度和流動(dòng)速度條件下的加速污垢數(shù)據(jù)，以及熱流密度、流體溫度、換熱面溫度以及循環(huán)水流速，溶液的pH值等因素與污垢沉積率和污垢層的增長(zhǎng)間的相關(guān)性。故選擇的換熱器需要有足夠的換熱系數(shù)、管徑、管長(zhǎng)等，通過(guò)大量的校核計(jì)算，選擇合適的換熱器參數(shù)，如下為1m鋼管的計(jì)算。

3.換熱器污垢生長(zhǎng)速率與污垢導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試原理

本文擬對(duì)循環(huán)水換熱器結(jié)垢過(guò)程中熱流密度、流體溫度、換熱面溫度以及循環(huán)水流速，溶液的pH值等因素的影響大小進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，揭示出循環(huán)水結(jié)垢過(guò)程中不同污垢濃度和流動(dòng)速度條件下的加速污垢數(shù)據(jù)，以及熱流密度、流體溫度、換熱面溫度以及循環(huán)水流速，溶液的pH值等因素與污垢沉積率和污垢層的增長(zhǎng)間的相關(guān)性。通過(guò)對(duì)污垢的幾個(gè)積累過(guò)程：起始、輸運(yùn)、附著、剝蝕的試驗(yàn)測(cè)試，探索換熱器污垢的沉積、形成機(jī)理，計(jì)算換熱器壁面在運(yùn)行條件下污垢厚度，并通過(guò)理論研究，分析污垢沉積率和污垢層的增長(zhǎng)情況。

4.數(shù)值模擬

數(shù)值模擬是研究換熱器流道內(nèi)傳熱與流動(dòng)狀態(tài)的必備手段，本項(xiàng)目的一個(gè)研究?jī)?nèi)容是將理論分析、工程分析模型及預(yù)測(cè)試驗(yàn)公式結(jié)合起來(lái)對(duì)換熱器內(nèi)結(jié)垢進(jìn)行數(shù)值模擬，用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，利用數(shù)值計(jì)算結(jié)果[14]，分析換熱器壁面換熱特性及流動(dòng)特性之間的關(guān)系。模擬換熱器較多，空間密度上已經(jīng)較為擁擠，故支撐盡量簡(jiǎn)化，由4根木材做橫梁支撐7個(gè)換熱器，橫梁由4個(gè)pvc材料做的支撐固定，循環(huán)水總管由角鋼焊接的鋼架支撐，如下圖所示：

6. 數(shù)據(jù)處理

6.1流動(dòng)阻力系數(shù)

6.2污垢厚度

由于本模擬裝置中測(cè)試段管外的換熱為自然對(duì)流換熱，被帶走的熱量很少，因此， （流體出口溫度）和 （流體入口溫度）的差別很小，這給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了很大的難度，無(wú)法計(jì)算熱平衡，所以，我們采用稱重法測(cè)量污垢厚度，即用分析天平分別測(cè)量清潔試驗(yàn)段和污垢試驗(yàn)段的質(zhì)量，測(cè)量污垢厚度。

（1）實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)段管道清洗干凈，干燥并在室溫的條件下，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)段管道的稱重，質(zhì)量為 ;

（2）通過(guò)一定時(shí)間周期 后，取出實(shí)驗(yàn)段管道，干燥，在室溫條件下稱重，質(zhì)量為 ;

（3）污垢厚度（假設(shè)污垢在管內(nèi)壁均勻沉淀）

（4）單位時(shí)間內(nèi)污垢在管內(nèi)壁的沉積量：

（5）3 污垢層的導(dǎo)熱系數(shù)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)要測(cè)量的溫度有 。在實(shí)驗(yàn)前將實(shí)驗(yàn)段管道清洗干凈，實(shí)驗(yàn)室只監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)段管道，這樣就可以有效的測(cè)出污垢熱阻及其生長(zhǎng)狀況。污垢的厚度與流速有直接關(guān)系。這可通過(guò)一定時(shí)間周期污垢平衡厚度隨流速的變化特性的實(shí)驗(yàn)，獲得不同流速下的污垢平衡狀態(tài)的厚度。污垢沉積隨時(shí)間的變化關(guān)系，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)間采用一定的周期測(cè)試，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)后期由于污垢已經(jīng)趨于穩(wěn)定，污垢變化較緩慢，驗(yàn)證污垢換熱器內(nèi)污垢沉積隨時(shí)間的變化，并按預(yù)計(jì)模型公式擬合出污垢沉積隨時(shí)間的變化曲線

參考文獻(xiàn)

[1]? 陸博福 李學(xué)臣 楊麗，不銹鋼換熱器設(shè)計(jì)與最佳殼體結(jié)構(gòu)選擇[B]。中圖分類號(hào)：TQ050.2文章編號(hào)：1673-3355（2006）01-0004-03。

[2]? 陳明堯，換熱器設(shè)計(jì)中適宜管間距的選擇方法[期刊論文]?；r(shí)刊1998年（12）卷第11期。