板式换热器的污堵与清洗及其对能耗的影响调维修

板式热交换器的特点

板式热交换器是一种新型效率高的换热设备，它具有传热效率高、结构紧凑、占地面积小，易于安装得优势，并且可根据不同的工艺要求，非常方便地组合成任意流量形式，因而它被应用石油、化工、冶金、机械、轻工、食品、电力、涂装、供热等工业领域，近年来在微电子行业的冷却水、纯水和超纯水系统中也被采用。

板式热交换器的工作原理

板式热交换器的工作是通过传热机理进行的，根据热力学定律，热量总是由高温物体自发地专传向低温物体。当两种流体存在温度差时，就必然有热量进行传递，两种存在温度差的流体在受迫对流传热过程中，由于板式换热器的换热片表面采用瓦楞波结构优化设计，使其热交换率达到92%以上，即使流体流速在雷诺准数值以***体在板片之间的运动亦呈三维运用，促使流体形成剧烈紊动，减少边界层热阻，强化传热效率。

冷媒流体换热片与工作流体换热片，实际上是同一换热片经过180°的旋转，使其瓦楞波结构在冷媒流体侧朝上排列，低温度的冷冻水从换热片的下面进入，通过瓦楞波结构的换热片换热后温度升高，从换热器的上面流出，而在工作流体侧则恰好相反，瓦楞波结构是朝下排列的，温度较高的冷却水从换热片的上面进入，通过瓦楞波结构的换热片换热后温度降低，从换热片的下面流出，这样就完成了冷却水的整个热交换过程，然而当冷媒流体为高温热水，工作流体为温度较低的冷水时，则必须使工作流体从换热器的下面进入，设置瓦楞波结构的目的是流道比较均匀，另外流体经过瓦楞波结构流动时总是朝着边缘流动，这样可以减少边缘效应，防止污垢在边缘处积累和沉降，而管式换热器则难以避免这一问题。

换热器的热阻

由于冷冻水(冷媒流体)与循环冷却水(工作流体)不是直接接触的，它们是通过换热片将循环冷却水的热量传给冷冻水，此时较高温度的循环冷却水的温度降低成为低温流体，当换热片两侧的流体为恒温传热时，它包括了三个过程：1)循环冷却水(工作流体)流动过程中把热量传到换热片壁上的对流传热过程;2)穿过换热片的导热过程;3)由另一侧的换热片壁把热量传给冷冻水(冷媒流体)的对流传热。

F1表示工作流体(冷却循环水)一侧传热面积m2;

F2表示冷媒来体(冷却循环水)一侧传热面积m2;

Fm表示换热片的平均面积m2;

δ表示换热片的厚度m;

λ为换热片材质的导热系数W(m2×K)-1;

a1、a2分别为工作流体侧和冷媒流体侧的导热系数W(m2×K)-1;

R和RF则分别表示工作流体侧的污垢热阻和冷媒流体侧的污垢热阻。

比较式(1)和式(2)可知，有污垢时的热阻式(2)增加了工作流体(循环冷却水)一侧的污垢热阻R和冷媒流体(冷冻水)一侧的污垢热阻RF两项热阻。这就使得整个换热器的热传导效率下降，能耗增加，因此在换热器的实际运行中，必需设法减少换热片表面不形成污垢，或者及时清理换热片表面已经形成的污垢，以利节能。

水垢的形成及危害

冷却水在热交换过程中，由于冷媒流体(冷冻水)吸收了工作流体(冷却水)的热量，使其温度上升，此时原来溶于水中的Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2在温度的作用下析出CO2生成微溶于水的CaCO3和MgCO3。由于CaCO3和MgCO3的溶解度随温度的上升而下降，从水中结晶析出，当这些结晶物不断地沉积于换热器表面，便形成了很硬的水垢，其反应如下：

Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2=MgCO3↓+CO2↑+H2O

水垢的主要危害是降低交换器的换热效率，造成能耗的增加，此外当水垢出现在工作流体(冷却水)侧时，会引起冷却水的流量不足和压力降低，严重时造成停产。

Kotz发现，冷凝管中的水垢厚度在0.3mm时，其热交换的效率降低21%，表1列出的是换热器管壁水垢厚度与热交换效率的关系，由表1可以看到，当水垢厚度达到1.6mm，其热损失高达75%以上，这表明水垢对热交换器的性能影响是相当严重的，为了能使热交换器工作性能正常，定期进行清洗，彻底清理水垢是必要的。

换热器的污堵与清洗

板式换热器使用一段时间后，由于水垢的形成、滋生的有害物以及瘀泥的沉积等共同作用，会使换热器发生污堵后，换热效率下降，冷媒耗量明显增加，此时通过正确的清洗方式可使其恢复原有性能。

然而板式换热器由于构造上的特殊性，其维修、清洗和部件更换等要求有较高的专门技术水平，否则不仅达不到预期效果，反而会发生设备漏水、变形甚至损坏等严重故障。因此大多数板式换热器的用户，都是请原设备厂家或可靠的公司进行维修和清洗的。

我们通过几年的实践摸索，逐渐掌握了板式换热器的维修、清洗和部件更换的方法，自行对冷却循环水用的板式热交换器进行清洗和维护，省去了昂贵的清洗费用，并取得了非常好的效果。 图2(a)是热交换器清洗前的单个换热片的图片，由图2(a)可以看到清洗前的换热片，其水流通过已被污垢完全堵塞，此时要想达到原来的额定流量，有必须增加进水压力，即增加水泵的动力能耗，另一方面，换热片结垢之后，其热阻明显增加，此时的冷媒(或热媒)流体不容易把冷量(或热量)传输到被交换的工作流体侧，此时，即使是通入热交换器的冷媒(或热媒)流量不变，其换热效率将明显变差，在这种情况下，若工艺依然要求维持原有的交换效率不变，则必须在提高进水压力的同时加大进入热交换器的流量，这就遭到了双重的能耗增加。 图2(b)是热交换器清洗后的单个换热片的图片，由图2(b)可以看到热交换器清洗后其污垢已被彻底清理，换热片表面光亮如新，此时热交换效率即恢复到原来水平。

热交换器清洗后的效果

通过热交换器清洗前后冷冻水的消耗量统计比较，验证了热交换器的清洗效果，结果如图3所示，图中2004年曲线为换热器清洗后冷冻水的月消耗情况，2005年曲线为换热器清洗后冷冻水的月消耗情况。比较2004年和2005年两条不同曲线可以看到，2005年换热器清洗后，其冷冻水的月消耗量明显低于2004年同期，表明换热器清洗后具有非常良好的节能效果。

在图中2004年的曲线中，3月份有一个较低的拐点，这是当时采用化学品清洗后出现的短暂效果，但很快又回到了原来状态，这表明化学清洗方式是不彻底的，污泥等很容易在换热片表面再度繁殖，重新出现污堵情况，因而比较理想的清洗方法是将换热器拆开，对单个换热片进行刷洗。2005年的曲线图即是换热器拆开刷洗后，冷冻水的月消耗量的统计结果，由图可以看到它为一条平稳的曲线，表明冷冻水的耗量相当稳定。

结论

在设备冷却循环水中，采用高效率的板式换热器有利于节能降耗。板式换热器在使用过程中，由于淤泥的沉积会出现污堵，使能耗明显增加，选择合适的清洗方法是板式换热器恢复性能的关键所在。化学清洗只能短暂恢复性能，而拆洗除污的方法可的恢复性能，使能耗明显降低，为使热交换器的工作性能正常，定期对热交换器进行清洗是必要的。