Причины загрязнения теплообменников и методы борьбы с ним

Сентябрь 18, 2019 Categories: Opinion Piece - Экология

При работе в исключительно сложных условиях или при обработке сложных сред, таких как канализационные и сточные воды, даже самые лучшие модели теплообменников могут быть подвержены загрязнению. Знание различных видов загрязнения и причин их возникновения поможет инженерам и операторам выбрать лучший тип теплообменника для конкретного применения, а также поддерживать его в оптимальном состоянии.

Влияние загрязнения на работу теплообменников было признано после 1910 года, когда было проведено первое исследование по этой проблеме. С тех пор появилось множество разработок, направленных на её решение: от запатентованных решений до стандартных методов правильной эксплуатации, таких как поддержание скорости потока и тщательный контроль температуры. Грамотно спроектированный теплообменник будет иметь стандартный «коэффициент загрязнения» для конкретного вещества. Его значение выбирается на стадии формулировки технического задания таким образом, чтобы обеспечить достаточный теплообмен при нормальных (ожидаемых) уровнях загрязнения в процессе эксплуатации.

Что такое загрязнение?

Наиболее распространённым определением загрязнения в отношении теплообменников является осаждение и накопление нежелательных материалов, таких как окалина, взвешенные твёрдые частицы, нерастворимые соли и даже водоросли на внутренних поверхностях теплообменника. В зависимости от проходящих через устройство веществ это загрязнение может проявляться на поверхности, трубного, так и в межтрубного поверхности, а иногда и одновременно.

Почему загрязнению уделяется столько внимания?

Загрязнение оказывает значительное влияние на теплопередачу через поверхность теплообменника и, следовательно, на его общие эксплуатационные характеристики. В конечном итоге, страдает экономичность технологического процесса.

Зарастание труб или проточных каналов также уменьшает их площадь поперечного сечения и увеличивает сопротивление проходящей по ним жидкости. Эти побочные эффекты в совокупности увеличивают перепад давления в теплообменнике, снижая скорость потока и ещё больше усугубляя проблему. В худших случаях теплообменник достаточно быстро оказывается забит.

Наконец, в зависимости от вещества, вызывающего загрязнение, возможна коррозия теплообменника. Её следы часто не заметны на первый взгляд, поскольку находятся под самим слоем загрязнения. Тем не менее, она сокращает срок службы теплообменника и может привести к его полному выходу из строя.

Что такое коэффициент загрязнения?

Коэффициент загрязнения выражает теоретическое сопротивление тепловому потоку, вызванное образованием загрязняющего слоя на поверхностях труб теплообменника. На практике конечные пользователи часто преувеличивают его значение, пытаясь свести к минимуму частоту очистки. Однако в действительности использование неверного коэффициента загрязнения может привести к необходимости более частой очистки оборудования.

Коэффициент загрязнения – это математическая величина (обычно обозначаемая как Rf или Rd), которая выражает тепловое сопротивление осадка и фактически представляет собой отношение коэффициента теплопередачи чистого теплообменника к тому же показателю после загрязнения.

Для ряда распространённых жидкостей и газов, таких как мазут, морская вода и пары спирта, доступны стандартные значения коэффициента. Однако для многих материалов, в том числе наиболее склонных к загрязнению (таких как суспензия), чтобы получить точный результат, лучше всего провести анализ вещества.

Признаки загрязнения

Одним из первых признаков значительного загрязнения, выходящего за рамки проектных параметров, является снижение производительности теплообменника из-за ухудшения теплопередачи.

Увеличение перепада давления иногда может быть вызвано накоплением нагара, но это ненадёжный признак по сравнению с оценкой производительности теплообменника и, конечно, он не настолько эффективен, как мониторинг производительности.

Типы загрязнения

Существуют различные типы загрязнения. Они варьируются в зависимости от многих факторов, таких как условия эксплуатации теплообменника. Существуют также отличия в терминологии, используемой в разных странах мира для различных типов загрязнения. Это может привести к путанице в отношении того, что на самом деле происходит в конкретной ситуации.

Если не усложнять, существует всего четыре типа загрязнения, перечисленные ниже:

  • Химическое загрязнение: когда химические соединения в жидкости образуют осадок на поверхности трубок. Наиболее распространённым примером является накипь в чайнике или котле, обусловленное образованием солей на нагревательном элементе, поскольку растворимость солей снижается с повышением температуры. Этот процесс не контролируется инженером-проектировщиком, но может быть сведен к минимуму путем тщательного контроля температуры стенки труб, непосредственно находящейся в контакте с жидкостью. Если накипь уже образовалась, то она должна быть удалена либо путем химической обработки, либо механическим путем (проволочные ерш, специальные сверла для удаления накипи или струя воды под высоким давлением).
  • Биологическое загрязнение: вызвано ростом микроорганизмов в жидкости, которые осаждаются на поверхности теплообмена. Опять же, этот процесс не может контролироваться инженером-проектировщиком, но на него может повлиять выбор материалов. Поскольку некоторые, цветные металлы, особенно латунь, ядовиты для некоторых организмов и успешно используются для минимизации данного типа загрязнений. Когда происходит значительно обрастание поверхностей теплообмена, то очистка происходит либо химическим, либо механическим путем.
  • Отложение осадка: это когда частицы, содержащиеся в жидкости, оседают на поверхности теплообмена в результате падения скорости жидкости ниже критического уровня. В значительной степени это может контролироваться инженером-проектировщиком, так как критическая скорость течения легко рассчитывается для любой жидкости с содержанием частиц, поэтому при проектировании конструкции теплообменника обеспечивается минимальная скорость, которая выше критического уровня. Вертикальное расположение теплообменника при монтаже тоже минимизирует эффект загрязнения, т.к. за счет гравитационной силы частицы будут притягиваться вниз даже при малых скоростях течения сред. Теплообменники очищаются механическим путем при данном типе загрязнений.
  • Коррозионное загрязнение: когда продукты процесса коррозии накапливаются на поверхностях труб, образуя дополнительный слой, оказывающий термическое сопротивление и негативно влияя на производительность теплообменника. Благодаря тщательному подбору материалов, используемых при изготовлении теплообменника, эффект данного загрязнения может быть сведен к минимуму. Мы имеет широкий ассортимент коррозионно-стойких материалов на основе нержавеющей стали и других сплавов на основе никеля.

Предотвращение и уменьшение загрязнения

В любом случае профилактика лучше лечения. Предотвратить или уменьшить загрязнение заранее дешевле и эффективнее с точки зрения поддержания производительности теплообменника, чем удалять или чистить уже загрязнённое устройство.

Некоторые методы снижения уровня загрязнения каждого типа уже обсуждались ранее. Использование труб со спиральной накаткой в конструкции теплообменников, как это делает компания HRS, помогает предотвратить как загрязнения в виде отложений, так и химические загрязнения. Количество осадка можно уменьшить, обеспечив более высокие уровни турбулентности при более низких скоростях жидкости, в то время как химическое загрязнение часто уменьшается путём повышения коэффициента теплопередачи за счёт труб с накаткой. В последнем случае температура стенок трубы приближается к объёмной температуре рабочих жидкостей.

Качество поверхности теплообменника также будет оказывать влияние. Шероховатые поверхности, как известно, быстрее собирают частицы и способствуют образованию загрязнений. Гладкие, полированные поверхности, которые можно получить на трубах из нержавеющей стали марки 304 или 316, помогают минимизировать загрязнение.

Выводы

Хотя некоторые формы загрязнения неизбежны, грамотное конструирование и правильный выбор подходящего теплообменника (например, со спиральной накаткой труб) могут значительно снизить интенсивность загрязнения. Первым шагом всегда должен быть анализ, как обрабатываемого продукта, так и второго теплоносителя. Необходимо рассчитать точные значения коэффициентов загрязнения, а затем разработать адекватную конструкцию для обеспечения соответствующих величин скорости жидкости, температуры и других рабочих параметров.

Конструкция должна учитывать вероятность загрязнения и требуемую частоту осмотра и очистки. Необходимо предусмотреть функциональные элементы, позволяющие сделать эти процессы максимально быстрыми и простыми. Это встроенные панели для осмотра и съёмные секции труб.

Сбор как можно большего количества информации на этапе проектирования, несомненно, является наилучшим способом обеспечения эффективной работы теплообменников в течение многих лет.

© 2019 HRS Heat Exchangers. All Rights Reserved

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

Параметры cookies-файлов на этом сайте установлены, как "разрешить cookies ", чтобы обеспечить Вам лучший просмотр сайта. Если вы будете продолжать использовать этот веб-сайт без изменения настроек cookies-файлов или нажмете кнопку "Принять", то вы соглашаетесь с этим.

Close