蒸發(fā)設(shè)備防垢及多相流防垢技術(shù)在蒸發(fā)中的應(yīng)用(已修改)
2025-02-26 02:22 本頁面
【正文】 蒸發(fā)設(shè)備防垢及多相流防垢技術(shù)在蒸發(fā)中的應(yīng)用河北工業(yè)大學(xué) 張少峰 教授 第二屆蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)培訓(xùn)班（天津）一、污垢的影響lK隨污垢熱阻的增加而減少，清潔條件下的 K愈高，則污垢熱阻的影響也愈大。因此設(shè)計換熱器時必須額外增加傳熱面積，以補償污垢熱阻的影響；l污垢熱阻值具有某些不確定性，設(shè)計者往往采用較保守的值以增加安全系數(shù)，這使傳熱面積更加不必要地增大；l污垢是熱的不良導(dǎo)體，污垢沉積在設(shè)備表面提高了壁溫，影響了傳熱效果，降低了生產(chǎn)效率。清潔條件下管壁溫度的變化 污垢條件下管壁溫度的變化 l 污垢聚積在表面，局部腐蝕加劇，產(chǎn)生點腐蝕造成穿孔。l 污垢在管內(nèi)沉積使管內(nèi)的流道截面積變小，增大流動阻力，泵或風(fēng)機的消耗功率增加，再加上清洗設(shè)備的動力消耗，使設(shè)備的總能量消耗增加。l 由于污垢而引起的停車清洗，降低了設(shè)備連續(xù)運轉(zhuǎn)的周期，造成產(chǎn)品產(chǎn)量下降。同時在設(shè)備起、停期間內(nèi)，運行條件達不到規(guī)定要求，引起產(chǎn)品質(zhì)量下降或質(zhì)量不穩(wěn)定而造成損失。n 據(jù)美、英、新西蘭的調(diào)查，污垢給工業(yè)發(fā)達國家所造成的損失平均占國民生產(chǎn)總值的 %；n 1985年美國在污垢方面蒙受的經(jīng)濟損失每年達 80~100億美元 ；n 在運行效率方面，原機械部蘭州石油機械研究所換熱器研究室發(fā)表的專題調(diào)研報告 《 我國換熱器研究及其工業(yè)化進程 》 指出，污垢使我國換熱器的運行效率平均下降 50%，這美國 Exxon公司的測算結(jié)果（由于傳熱面上的污垢須使傳熱面積增加一倍以上）大體一致。 n 在運行效率方面，原機械部蘭州石油機械研究所換熱器研究室發(fā)表的專題調(diào)研報告 《 我國換熱器研究及其工業(yè)化進程 》指出，污垢使我國換熱器的運行效率平均下降 50%，這美國Exxon公司的測算結(jié)果（由于傳熱面上的污垢須使傳熱面積增加一倍以上）大體一致。 有效地防止蒸發(fā)設(shè)備結(jié)垢，提高傳熱效率？n 析晶污垢：指在流動條件下呈過飽和的流動溶液中的溶解無機鹽淀析在換熱面上的結(jié)晶體，例如，過飽和溶液中溶解的無機鹽（如 CaCO CaSO Ca(PO4)、 CaSiO NaCl等）在換熱面上結(jié)晶、附著而形成的污垢，就稱為析晶污垢。n 化學(xué)反應(yīng)污垢：液體中各組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的沉積在換熱面上的物質(zhì)。n 微粒型污垢：懸浮在流體中的固體微粒在換熱壁面上積聚形成的污垢。n 腐蝕型污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質(zhì)對換熱表面材料腐蝕產(chǎn)生的腐蝕物積聚所形成的污垢。n 生物型污垢：由微生物體和宏觀有機物體附著于換熱面上而形成的污垢。 （污泥、溫度）n 凝固型污垢：指清潔液體或多組分溶液的高溶解度組分在過冷換熱面上凝固而形成的污垢。二、污垢分類 按控制結(jié)垢形成的最主要沉積機理：流體性質(zhì)流體性質(zhì)對污垢的影響，實際上包括流體本身的性質(zhì)和不溶于流體或被流體夾帶的各種物質(zhì)的特性對污垢的影響。 例如流體中含有鹽或其他物質(zhì)，可能會因溫度或濃度的變化而結(jié)晶。（無機物顆粒、微生物和養(yǎng)分含量、固體物質(zhì)的濃度和粒徑等） 流體流速 流體的流速可通過對傳熱傳質(zhì)的影響和機械作用力使結(jié)垢受到影響，該影響過程非常復(fù)雜。一般情況下，流速大可阻礙固體顆粒在壁面的沉積，并使晶粒不易附著，從而可減輕結(jié)垢；但是，如果壁面上已經(jīng)結(jié)了垢，則流速的增大會促進傳質(zhì)，因此在擴散決定的結(jié)晶過程時，則有利于垢的增長。三、換熱設(shè)備污垢影響因素 流速對不同類型結(jié)垢產(chǎn)生的影響是不同的，對不同類型換熱設(shè)備結(jié)垢的影響程度也不相同。對于擴散機理控制的結(jié)垢過程，增大流速可減小結(jié)垢速率；在以結(jié)晶類型為主導(dǎo)的結(jié)垢過程中，流速的影響相對較??；在微生物結(jié)垢類型中，流體流速有正、反兩方面作用，一是加大了剪切力，二是增加了養(yǎng)分和氧的供給。換熱設(shè)備參數(shù) 換熱器的一些參數(shù)對污垢的形成有著明顯的影響，這些參數(shù)主要有：換熱面材料、換熱面狀態(tài)、換熱面的型式以及幾何尺寸。 溫度和溫差 流體和污物之間的界面溫度是影響結(jié)垢程度的關(guān)鍵參數(shù)，流體溫度（平均溫度）及其傳熱系數(shù)決定該界面溫度。 其他影響因素：l流體中溶解物質(zhì)的濃度：對于結(jié)晶過程，濃度差（過飽和）是關(guān)鍵的，因為隨濃度差的增大，物質(zhì)傳遞和污垢生成的速率也提高。l飽和濃度隨溫度變化的關(guān)系：直接影響操作條件的選擇和結(jié)垢的形成?？赡艹霈F(xiàn)各種情況，例如飽和濃度隨溫度而上升、下降或保持不變。l垢層的厚度和剪切強度：隨著垢層厚度的增加使流道截面減小，流速增加，因而相應(yīng)地提高了剪切力，這樣有助于使垢層脫落，倘若垢層的剪切強度不太大，則兩者處于平衡狀態(tài)。l界面應(yīng)力和產(chǎn)生晶核的接觸角：隨著界面應(yīng)力的減小，晶核生成的可能性就增大。由于界面上存在的雜質(zhì)組分也可使界面應(yīng)力降低，從而有利于結(jié)垢過程。四、結(jié)垢機理及形成過程l 由于溫度梯度的存在，在加熱面上的料液產(chǎn)生沸騰汽化，形成料液過飽和度大而產(chǎn)生晶核，附著于加熱壁面并成為污垢；l 垢物本身因溶解度隨溫度增加而減少，如溶液中的鈣、鎂離子。當(dāng)達到飽和溫度時，鈣、鎂離子形成晶核附于加熱壁面并成為污垢；l 對于一些熱敏性物質(zhì)容易在管壁局部過熱而產(chǎn)生分解，分解產(chǎn)物附于加熱壁面并成為污垢。l 蒸發(fā)有汽泡產(chǎn)生，然后上升脫離溶液本體而破裂。如果汽泡上升、破裂不順利，或者需要較長時間，則汽泡使加熱面上溶液濃度分布不均勻，汽泡熱阻較大，形成管壁局部過熱，形成垢層，從而降低傳熱效率，形成更多的局部過熱，產(chǎn)生更多的垢層，惡性循環(huán)，無法維持生產(chǎn)。n 加熱壁面上汽泡的行為在很
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