板式换热器以松花江水为冷却水条件下的污垢特性

为研究板式换热器在天然水下的污垢特性,实验采用BR0.015F型板式换热器,研究了其在不同的流速和温度下的污垢特性,用扫描电镜观察了已经结垢的换热表面。结果表明：此板式换热器松花江水的污垢类型为渐进型且不存在诱导期,随着流速的增大污垢热阻降低的幅度减小。冷却水温度在27.5～28.5 ℃时污垢热阻较大,温度升高污垢热阻降低;换热表面的混合污垢成片的附着于换热面,有少量的难溶盐析出的晶体生成。     

污水换热器流态化在线防、除垢实验

采用污水源热泵供暖空调是节能减排的有效途径,但换热器结垢问题尚未得到有效解决。本文将固液流态化除垢技术应用到污水源热泵换热器的防、除垢中,并设计了一套污水换热器流态化除垢系统。该系统以沙粒作为除垢颗粒,通过理论分析和实验验证相结合的方法,研究了固液流态化除垢的最佳流速、除垢能力、强化换热效果及减少磨损的最佳工作参数。实验结果表明;当换热管内污水流速达到0.87m/s时,直径2～3mm沙粒可流化,沙粒循环回收率达到95%,实现了污水换热器在线清洗;沙粒对壁面的碰撞力可有效去除换热管壁的软垢及铁锈,除垢效果明显;该除垢系统持续运行24h后,污水换热器传热系数提高了25.6%;沙粒体积分数为4%,流速为扬动流速,是减少磨损和保证除垢效率的最佳工作参数。     

换热器结垢与清洗

文章筒述了换热器结垢的原因和类型,其中结垢原因主要有流体速度、流体性质、传热壁面的温度以及换热设备的参数等;污垢的基本类型有析晶污垢、微粒型污垢、化学反应污垢、腐蚀型污垢、生物型污垢以及凝固污垢等;分析了常用的除垢方法有机械清洗、物理清洗、化学清洗。     

冷却水换热器结垢和腐蚀的原因及处理措施

阐述了冷却水换热器结垢和腐蚀的原因,并对其危害进行了介绍;探讨了结垢和腐蚀的处理措施,为解决冷却水换热器结垢和腐蚀问题提供了借鉴和指导。     

管内置弹性珠换热管的换热及结垢性能研究

研究开发紧凑、长期高效运行且具有抗污垢能力的换热器一直是石化、发电等行业的重要课题。通过对国内外流化床在换热器除垢方面的研究,提出了将束缚珠子应用于换热管内,通过珠子的湍振运动不仅可以增加换热系数,而且可以延长高效运行时间,具有较强的抗污垢能力。     

Impact of deposit ageing on thermal fouling: Lumped parameter model

The thermal and hydraulic performance of heat exchangers can be seriously impaired by the formation of fouling deposits on the heat transfer surfaces. The thermal effect of fouling can be complicated when the deposit is subject to ageing, represented here as a change in deposit thermal conductivity (but not thickness) over time. In this article, we revisit the ageing concept for crude oil fouling proposed by Nelson (Refiner Nat Gas Manufacturer. 1934;13:271–276, 292–298), using a numerical model incorporating first order kinetics to generate quantitative comparisons of different ageing rates. Results are reported for lumped parameter systems (which also simulate point measurement methods commonly used in laboratory testing) that demonstrate that ageing can have a substantial influence on the rate of heat transfer and hence on the surface temperature and rate of fouling. Rapid ageing (compared with the rate of deposition) does not pose problems, but slow ageing, or the use of constant heat fluxes in experiments, can lead to modified thermal fouling behavior. It is concluded that deposit ageing dynamics should be considered alongside deposition rate dynamics when interpreting experimental fouling data and when modeling fouling behavior in support of heat exchanger design or operation. © 2009 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 2010     

板式换热器铁细菌生物污垢特性的实验分析

为探讨铁细菌在板式换热器里的污垢规律,对不同流速、温度及浓度下铁细菌在板式换热器内的污垢特性进行了实验研究。结果表明：随着流速的增加,铁细菌的污垢热阻渐近值逐渐减小;随着温度的升高,铁细菌的结垢诱导期明显缩短,结垢速率加快,污垢热阻的渐近值呈减小的趋势;而随着浓度的增加,污垢热阻值呈现明显的增长。     

高频电磁场抑垢效果的实验研究

用高频电磁法进行换热设备的抑垢处理,具有应用方便、投资小、无污染等优点,是一种极具发展前景的应用技术。但有效评价高频电磁场在线抑垢效果的策略及手段还很欠缺。基于污垢热阻值的在线监测技术,通过自主研发的在线监测评价实验系统采集和处理模拟换热器中研究管段的流体出入口温度、流速和壁温,得到加磁处理与未加磁处理的污垢热阻变化趋势以及加磁处理的抑垢率。同时测量和分析了溶液电导率的变化,完成了高频电磁场的抑垢效果的客观评价,并取得了良好的预期结果。     

换热设备污垢研究的现状和展望

综述了近十余年国内外换热设备污垢领域的研究进展,分析了三个主要研究方向上存在的主要问题,提出了促进污垢研究发展的三点建议。     

换热器结垢与换热网络裕量设计方法研究进展

从结垢现象影响换热系统正常运行的角度出发,介绍了近几年换热网络裕量设计以及针对结垢问题不同学者研究出的换热网络优化设计。总结了在换热网络设计中对换热器清洗时序、清洗周期优化或者增加换热网络的裕量设计的不同换热网络设计最优方法,但这些方法都是在换热网络设计之初,考虑换热器结垢最严重的情况即换热网络在“最差”工况下进行的优化,因此优化得到的换热网络难以保证换热网络全运行周期的持续节能优化。本文结合现有换热网络设计方法的利弊,针对结垢过程的慢时变、持续特点,提出一种基于长周期持续节能的换热网络设计优化方法,在换热网络设计之初,定量分析结垢对网络结构的影响,以换热网络全周期累积总费用为目标函数,实现换热网络的最优综合。     

换热设备污垢研究进展

对污垢的形成过程中起始、输运、附着、剥蚀和老化5个阶段的机理进行了简要的概述。综述了近几年国内外换热设备污垢领域的研究进展,以预测、监测和对策3个主要研究方向进行了归纳。综合已有的研究成果,提出了蒸汽污垢研究这一新方向。     

Ca2+环境下水质参数变化对板式换热器铁细菌微生物污垢的影响

换热设备微生物污垢形成机制和影响因素复杂,污垢数据和规律的获取难度较大。本文采用搭建的板式换热器循环冷却水实验系统,获得了加入Ca²⁺后板式换热器冷却水铁细菌微生物污垢热阻数据,研究了加入Ca²⁺后不同运行工况下冷却水水质参数（OD、pH、电导率）的变化,进一步分析了水质参数变化对微生物污垢生长带来的影响。结果表明,加入Ca²⁺后微生物污垢热阻渐变化明显。随着低温循环冷水进口温度增加,含有Ca²⁺和铁细菌的循环冷却水OD逐渐降低,pH则逐渐升高,电导率减小,微生物污垢热阻逐渐降低;随着流体速度的增加,循环冷却水OD则升高,pH降低,电导率增大,但流速的增大同样加剧了冷却水对通道壁面的剥蚀作用,导致微生物污垢热阻随流速增逐渐下降。     

VC生产工艺中螺旋板换热器的清洗

VC生产过程中,物料产生的污垢会降低螺旋板换热器的利用率,制约着整个生产线的产量。能过定性分析研究了合适的清洗剂,有效清除物料污垢。     

板式换热器Ni-P-TiO2复合纳米镀层微生物污垢特性

换热器微生物污垢问题普遍存在于能源化工领域，污垢的聚集会导致设备的流动阻力、燃料消耗和维护成本支出大幅度增加。本文采用复合纳米镀层来抑制和减轻换热表面的微生物污垢的附着和沉积。首先采用化学镀的方式，在板式换热器的不锈钢316板上镀覆 Ni-P-TiO₂复合纳米镀层和对照性的Ni-P 镀层。基于板式换热器的微生物污垢在线监测实验系统，研究了镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器微生物污垢特性。结果表明，清洁状态下，镀覆两种镀层的板式换热器其摩擦系数（f）和Nusselt数（Nu）相较未镀覆板式换热器均略有增加；微生物污垢实验后，相比较未镀覆的板式换热器，镀覆Ni-P镀层的板式换热器污垢热阻减少了8.36%~23.07%，而镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器污垢热阻减少了16.6%~30.96%；在相同微生物污垢实验工况下，镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器的摩擦系数（f）相比Ni-P镀层的低2.54%~11.82%，但Nu却明显高于Ni-P镀层达8.47%~9.45%，并且污垢热阻明显小于Ni-P镀层达10.66%~18.18%，镀覆Ni-P-TiO₂复合纳米镀层的板式换热器展现了优异的强化传热性能和抑垢性能。     

海水板式换热器微生物污垢特性的实验研究

海洋生物附着及低速海流等因素直接影响海水换热器换热效果。为研究海水板式换热器的污垢特性,本文采用自行设计的板式换热器实验装置,通过富集培养并分离出硫酸盐还原菌（SRB）,使其附着海水板式换热器设备,并利用扫描电镜及热阻试验台,实验研究了附着污垢层的形成、生长及其换热特性,并对低流速海流环境下换热器的污垢热阻特性进行了对比实验。实验结果表明：污垢层的形成在不同时期其形貌和特征不同。能谱分析显示其组成的元素主要为C、H、O、Ca,是由各种有机物和悬浮颗粒组成。在诱导期后,污垢热阻符合渐进污垢增长模型,1 m/s以内的低流速下污垢热阻随流速增大而增大。     

换热器因应结垢慢时变的控制系统重构分析

换热器作为化工过程中重要的热量传递设备,一般需要持续运行较长时间,期间由于结垢热阻的不断累积,换热器的换热效率将随时间逐渐下降,直至无法满足工艺要求。在实际的工业换热过程中,工艺人员通常会对换热器进行裕量设计,然而,当换热器需要运行的时间增长或者裕量设计不足时,面对不可避免的结垢增长,常用的流量控制策略在换热器运行末期的调节效果逐渐变差,旁路控制的方案无法实现全周期的持续控制。因此,本文首先在渐近增长模型的基础上建立了换热器结垢累积的积分渐近模型,该模型考虑了过程参数对结垢速率的影响;其次,以一个用于水循环的小面积换热器为例,分析了考虑结垢增长的条件下流量控制和旁路控制的调节效果;最后,针对结垢过程的慢时变和持续性等特点,设计了基于流量与旁路开度的控制系统重构方案。示例的运行结果表明,对于同样面积裕量有限的换热器,这一控制方案能延长其使用寿命,实现其全周期持续可控的目标。     

基于持续节能的多周期换热网络优化设计

在石油化工工业中,换热网络的操作条件时常发生改变,尤其是结垢热阻随运行时间不断增大。针对操作条件的改变,有研究者提出多周期换热网络最优综合的设计与改造方法。但是,这些方法不涉及结垢热阻对设计结果的影响。然而,换热器结垢不可避免,传热系数随之改变,将导致操作工况偏离最优值,难以实现持续节能优化。以多周期换热网络优化为基础,提出一种基于持续节能的多周期换热网络综合设计方法,以换热网络累积总费用为目标函数,考虑换热器结垢对多周期换热网络优化结果的影响,进而实现多周期换热网络的最优综合。首先,结合示例分析换热器结垢对多周期换热网络优化结果的影响,得出考虑到结垢热阻的影响多周期换热网络在各个周期内的优化结果将改变;然后,基于持续节能优化,以换热网络累积总费用为目标函数,提出一种多周期换热网络优化方法;最后,结合示例验证了该设计方法的有效性。     

考虑关键换热器备用的原油预热系统清垢周期优化

原油结垢是原油预热过程面临的一个严峻问题,它使换热器的传热系数降低,影响正常的生产过程。应对原油预热过程的结垢问题最普遍的方法就是对换热器进行周期清洁,并优化清洁周期。许多结垢严重的行业都采用换热器备用的方式来减少因换热器离线造成的热回收减小,但原油预热系统尚未考虑,因而进一步考虑了关键换热器的备用来进行原油预热系统清垢周期优化。首先选取关键换热器,再通过模拟退火算法进行清洁周期优化。应用所提出的方法对简化的原油预热系统进行了清垢周期优化,结果显示,考虑换热器备用时所得到的清垢周期经济效益更好。     

基于技术系统进化理论的换热器化学除垢方法的研究

基于技术系统进化理论预测换热器化学除垢方法的研究方向,寻找一种能够代替或改善现有的除垢方法,从而解决现有化学法存在的污染环境、损伤设备、成本较高等缺点。     

基于智能预测和机理模型的换热网络清洗决策

原油石化装置的换热器常受到结垢影响,导致换热器性能衰退严重,换热网络性能也会随之衰退,同时换热器之间的耦合关系,导致不同换热器的性能衰退对换热网络整体性能变化的影响不同。以往的清洗决策主要是根据单台换热器性能衰退到一定程度来制定的,这会导致换热网络整体可能处在较差的运行状态。因此,本文提出一种基于智能预测和机理模型的换热网络清洗决策方法,基于换热器的运行数据建立智能预测模型,获得换热器性能变化趋势,结合换热网络的性能模拟模型,进一步获得换热网络的性能变化趋势,从而从换热网络整体性能变化的角度来制定清洗方案。研究表明,对收集到的原油换热器运行数据,建立神经网络预测模型,具有较好的预测精度。通过对原油精馏装置换热网络的案例分析,当HE1、HE2和HE5三台换热器同时发生性能衰退时,换热网络年度公用工程能耗费用将增加12.1%。与传统基于单台换热器性能衰退情况制定的清洗方案相比,从换热网络整体性能衰退角度制定的清洗方案,年度额外公用工程费用减少13.1%,损失费用减少14.1%,年度总费用减少13.8%,而清洗次数仅增加3台次。