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剖析板式换 热器的污堵与清 洗及其对能耗的影响


作者:www. 来源:www. 日期:2016/8/24 9:04:44 点击率:

 

剖析板式换热器 的污堵与清 洗及其对能耗的影响
 
微电子工业 的不断发展,在冷却水使用方面,不仅用量变得越来越大,同时对冷却水的可靠性、安全性和稳定性也提出了更严格的要求。用量的增大,必然导致能耗的上升。随着当今能源的日益紧俏,如何选择高效节能的换热器以及如何确 保换热器运行过程的节能降耗,已成为“能源管理者 们”义不容辞的责任。本工作针对板式换热器 污堵后的能耗增加问题,分析污堵产生的原因,探索如何清除换热器污堵以及如何提高换热效率的可行性方法。
 
板式换热器 的特点及工作原理2.1板式热交换 器的特点板式热交换器是一种新型高效的换热设备,它具有传热效率高、结构紧凑、占地面积小、易于安装的优点,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。因而它被广泛用于石油、化工、冶金、机械、轻 工、食品、医药、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广泛采用。
 
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愣波结构优化设计,使其热交换率达到92%以上,即使 流体流速在雷诺准数值以下,流体在板片之间的运动亦呈三维运动,促使流体形成剧烈紊动,减少边界层热阻,强化传热效率。,)和(b)分别是冷 媒流体(冷冻水)和工作流体(冷却循环水)的换热片。比较)和(b)可以看出 ,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 其瓦愣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人,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T作流体侧则 恰好相反,瓦愣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,通过瓦愣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,则必须使丁作流体从换热器的下面进人。设置瓦愣波结构的目的是流道比较均匀,另外流体经过瓦愣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=个过程:① 循环冷却水(工作流体)在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。
 
当无污垢时 其传导的总热阻|可用一侧传 热面积m2;心表示冷 媒流体(冷却循环水)一侧传热面积表示换热片的平均面积m2;分别为工 作流体侧和冷媒流体侧的导热系尺和\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。
 
比较一侧的 污垢热阻尺和冷媒流体(冷冻水)一侧的污垢热阻两项热阻。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,必需设法控制换热片表面不形成污垢,或者及时清除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(HC3)2和Mg 2在温度的作 用下析出C02生成微溶于 水的CaC3和MgC03.由于CaCO,和MgC3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:水垢的主要危害是降低热交换器的换热效率,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1.6,其热损失 高达57%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,彻底清除水垢是必要的。
 
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专业公司进行 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。)是热交换器清洗前的单个换热片的图片。由(a)可以看到 清洗前的换热片,其水流通已被污垢完全堵塞,此时要想达到原来的额定流量,就必须增加进水压力,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,即使是通人热交换器的冷媒(或热媒)流量不变,其换热效率将明显变差。
 
在这种状况 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人热交换器的流量,这就造成了双重的能耗增加。
 
 
 
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