冷却水污垢及其对冷却器换热影响

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1、冷却水污垢及其对冷却器换热的影响冷却水污垢及其对冷却器换热的影响作者：佚名　日期：2010年01月23日　来源：不详　【字体：大中小】　我要评论(0)核心提示：1污垢的形成　　在一套空分装置中，需配置多种气体冷却器，以满足和实现空分装置的工艺要求。冷却器中冷却水质的变化，将对冷却器的运行产生影响。在换热过程中，冷却水的水质和冷却器的工作条件不断变化，换热表面上污垢的形成过程也很复杂，形成的污垢种类也不相同。水垢的形成，一般被认为是溶解在冷却水中的固体，由于温度升高及溶解度的变化及其某些化学变化，逐渐在换热表面析出并紧附其上，最终形成水垢。　　结晶过程形成的盐垢是污垢的主要种类之一。当

2、冷却水中形成盐类离子的含量超过了饱和溶解度时，该种盐类就会结晶沉1污垢的形成　　在一套空分装置中，需配置多种气体冷却器，以满足和实现空分装置的工艺要求。冷却器中冷却水质的变化，将对冷却器的运行产生影响。在换热过程中，冷却水的水质和冷却器的工作条件不断变化，换热表面上污垢的形成过程也很复杂，形成的污垢种类也不相同。水垢的形成，一般被认为是溶解在冷却水中的固体，由于温度升高及溶解度的变化及其某些化学变化，逐渐在换热表面析出并紧附其上，最终形成水垢。　　结晶过程形成的盐垢是污垢的主要种类之一。当冷却水中形成盐类离子的含量超过了饱和溶解度时，该种盐类就会结晶沉淀析出。而离子的饱和溶解度是随温

3、度的升高而降低的。在换热过程中，随着冷却水温度的升高及离子饱和度的降低，盐类物质就会在换热金属表面析出，形成水垢。这也就是在冷却器中，温度较高的冷却水出口端的水垢层往往比其他部位厚的原因。　　水垢还有其他多种形式，如藻类、菌类、泥类等。冷却水结垢的主要成分是CaCO3，同时也含有CaSO4、Ca3（PO4）2和MgSiO3等成分。由这些盐垢构成的污垢层，其导热系数较小、热阻较大，对换热器的换热影响较大，因此在冷却器的设计中应予以充分重视。2冷却器污垢层及其热阻　　在冷却器中，换热表面上的结垢层是不均匀的，并随着运行时间的变化而变化。污垢层的热阻主要与垢层厚度以及垢层成分有关，其关系可

4、表示为：　　r=δ/λ（1）　　式中r—污垢层热阻,m2.h.℃/J；　　δ—污垢层厚度，m；　　λ—污垢层的导热系数，J/m.h.℃。　由（1）式可知，在污垢层成分稳定、均匀的条件下，污垢热阻与其厚度成线性关系。　　污垢热阻r和厚度δ是随着运行时间的推移而增加的，当热阻（或厚度）增加到一定值时，其变化变得缓慢，并趋近一个定值。其表达式为：　　rD=r∞(1-e-ADδ)(2)　　式中rD—某瞬间的污垢热阻，m2.h.℃/J；　　r∞—无穷长时间的极限污垢热阻，m2.h.℃/J；　　D—运行时间，h；　　A—常数。　　在冷却水质条件和运行工况稳定时，从实

5、际运行的数据中可得出，污垢层厚度与运行时间的关系有以下规律：在冷却器开始运行的第一个月中，污垢层厚度迅速增加，一个月后，污垢层增加缓慢。而且第一个月的结垢厚度为全年的50%，即第一个月的污垢热阻为全年的一半。目前国内大多数运行单位冷却水的年污垢热阻为1×10-5m2.h.℃/J。将年污垢热阻视为极限污垢热阻，并由式（2）可得出污垢热阻与运行时间的关系：　　r=1.0×10-5×（1-e-0.0231D）(3)　　同样，年污垢热阻为0.5×10-5m2.h.℃/J和1.5×10-5m2.h.℃/J时，污垢热阻与运行时间的关系分别由式（4）、（5）表示：　　r=0.5×10-5×（

6、1-e-0.0231D）（4）　　r=1.5×10-5×（1-e-0.0231D）（5）　　分别将式（3）、（4）、（5）绘成曲线，如图1所示。图1污垢热阻与时间关系图　　由图1可以看出，冷却器在运行到180天后，其换热表面上因结垢而形成的热阻值已趋于稳定，并接近年污垢热阻。　影响冷却器结垢的因素较多，除了冷却器的结构、换热表面质量和热流密度等因素外，还与冷却水的流速、温度和热流体的工矿条件有关，特别是冷却水的水质条件更为重要。因此在冷却器的设计、制造、运行、操作和冷却水处理方面都应注意冷却器的结垢问题。3污垢热阻对换热系数和面积的影响　　冷却器结垢过程十分复杂，但在冷却器换热设计

7、中，主要是考虑污垢热阻对其的影响。　　空分装置中，主要使用管壳式冷却器，其中又以叠片（或翅片）式和光管式冷却器最为常见。低压空气冷却器采用叠片式或翅片式，管程为水，壳程为空气；中压氧气、氮气冷却器采用光管式，管程为气，壳程为水。　　对于叠片式、翅片式冷却器的换热系数K值，常常是通过试验来确定。此时，K值是某一个水质条件的K0值，也就是对应某一个污垢热阻r0的K0值，对于不同污垢热阻r时的K值，可用式（6）进行计算：　　K=1/[K0+B