换热器冷水机组水侧污垢的形成机制及危害

冷水机组在运行过程中,在换热器的水侧,特别是在开放式循环冷却水系统的冷凝器中,由于微溶或难溶于水中的矿物质,如碳酸钙、硫酸钙、硅酸钙、氧化铁、磷酸盐等的结晶析出,附着在传热管内表面形成水垢等混在水中的灰尘、泥沙、藻类、微生物菌落等,沉积在换热器传热管内表面形成污泥。水侧污垢主要是水垢和污泥两大类。污垢使换热器表面的传热热阻增加,直接影响换热效果,使冷凝温度升高或使蒸发温度降低,导致冷水机组能耗增加、制冷量减少;垢层的增厚使传热管内通流截面积减小,水流速度增大、管壁粗糙度增加,导致水侧流动阻力增大,这又使水泵消耗的功率增大。污垢的积聚还会引起换热面的局部腐蚀乃至穿孔,严重威胁换热器冷水机组的安全运行和使用寿命。

污垢的形成和特性与水温、水流速度以及水质特性有关。通常水温会影响污垢形成的聚合速度、化学反应速度和晶化速度等,水温的增高一般都会导致污垢增长率的增加。换热器换热表面温度的升高会导致污垢沉积物强度的增加。水流速度的增大可以使所有各类污垢的增长率减小。水质特性(一般包括pH值,钙、镁、硫、碳酸亚盐离子、碱度等各种盐成分和浓度等)决定水垢组成,因而也对水垢强度有着直接影响。此外,水中不溶解气体也会影响传热管金属表面的腐蚀,水中的微生物和养分含量对生物污垢的影响也不容轻视,水中固态物质的浓度和粒径对污垢特性也有影响。现在还没有找到一个参数能够用来确切表征水质特性,也没有找到对各类污垢都适用的预示有关因素影响的关系式。这些问题的解决,尚有赖于对换热器的污垢形成机制的进一步研究。