文/Dominik Stephan

本文將介紹管殼式換熱器維護(hù)的工作原理和維護(hù)策略——為什么有些換熱器會出現(xiàn)故障，而有些換熱器卻可以年復(fù)一年地可靠運(yùn)行？管道的幾何形狀有什么影響以及維護(hù)選項(xiàng)有哪些？雖然幾乎所有過程工廠都離不開換熱器，工廠這些設(shè)備本身在運(yùn)行中好似一個(gè)個(gè)黑匣子，但有一點(diǎn)可以有所改變：如果在了解哪些換熱器會污染、污染原因以及應(yīng)當(dāng)如何應(yīng)對之后，就可以節(jié)省能源和清潔費(fèi)用從而節(jié)約成本。

無論是在煉油廠、煙氣處理廠還是化工廠，換熱器都是工廠建設(shè)中不

高壓下作業(yè)

可或缺的主力。然而，當(dāng)沉積物、結(jié)殼堵塞管道時(shí)，一直在生產(chǎn)中連續(xù)使用的換熱器反而會造成損失。如果是在最壞的情況下，即使是小于0.5 mm的薄層也會導(dǎo)致40%~90%的“熱傳遞”損失。大量研究得出的結(jié)論是，由于換熱器臟污引起的額外能源消耗可能導(dǎo)致全球多排放1%~2.5%的二氧化碳，發(fā)達(dá)國家的額外成本可能占GDP的25%。

通過適當(dāng)?shù)木S護(hù)程序，管殼式換熱器可以長期保持可靠和高效。然而，這項(xiàng)不受歡迎的任務(wù)通常被委托給服務(wù)供應(yīng)商，希望設(shè)備在這些專業(yè)人士的手中能得到妥善處理。但是通常情況下，甚至沒有統(tǒng)一和有說服力的標(biāo)準(zhǔn)來評估清潔工作的成功與否。

事實(shí)上，清潔并不意味著立即清潔：目前已經(jīng)有大量技術(shù)能夠提供徹底的表面處理解決方案。無論是使用化學(xué)制劑、高壓水射流、超聲波還是鉆進(jìn)管道，每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，必須根據(jù)系統(tǒng)操作員所處的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)選擇。任何想要清潔換熱器的人都面臨著必須拆卸和打開設(shè)備的問題，即使管束已從外殼中拉出，污染也絕不是隨意可以排出的。尤其是管道內(nèi)部很容易發(fā)生堵塞，為此維護(hù)人員經(jīng)常依靠高壓水射流進(jìn)行清潔，因?yàn)榇蠖鄶?shù)服務(wù)提供商都熟悉這種方法。但通常情況下，這種看似簡單的解決方案在實(shí)踐中也存在缺陷：工作量較大，過程較長。清潔過程需要大量的能源和寶貴的水，并且由于產(chǎn)生的噪聲，工作過程讓人感到非常不舒服。使用480 kWxh的電機(jī)驅(qū)動100 MPa的泵時(shí)，高壓每分鐘消耗256 L的水，每小時(shí)消耗24 L燃料。此外，處理高壓也存在一定的危險(xiǎn)。但是，其中最重要的一個(gè)依據(jù)莫過于這種方法特別是在清潔硬結(jié)殼方面的能力只是中等程度。

但還有另一種方法：即使用刷子或刮刀進(jìn)行機(jī)械式管道清潔，這些方法越來越多地被自動控制所替代。例如來自科隆的J?nsch公司使用壓縮空氣“射擊”水的沖洗圓形空心鉆頭在長達(dá)8 m的管道中，或者可以使用柔性軸將沖洗水或清潔工具帶到難以進(jìn)入的內(nèi)管中的應(yīng)用位置。在奧地利AC R?dler公司的R?dler管道清潔工藝（RTC）中，使用特殊的鉆頭輕輕去除沉積物，并使用黃銅導(dǎo)軌對管道進(jìn)行拋光。由于配合的準(zhǔn)確性，不會留下殘余的覆蓋物，因此光滑的表面幾乎不會形成新覆蓋物的加工面。制造商解釋說，使用R?dler管道清潔工藝（RTC）可以在3 min內(nèi)清潔和再生一條3 m長的完全堵塞的管道。所使用的電動機(jī)每小時(shí)只需要5 kW，每分鐘大約需要10 L水。然而，該種方法并非適用于所有情況，提前是合適的機(jī)器和專家必須來到工廠現(xiàn)場。此外，只有直的內(nèi)管可以進(jìn)行清洗，這使得化工行業(yè)常見的U形彎管換熱器的清洗成為問題。

在機(jī)械式清潔工藝種，可以省去化學(xué)準(zhǔn)備，從而降低排放風(fēng)險(xiǎn)和能源成本

生產(chǎn)殘?jiān)⑹摇Ⅺ}和懸浮物會迅速堵塞管道

超聲波和熱解

在這種情況下，超聲波清洗可提供一種補(bǔ)救措施：將管束從換熱器夾套中拉出，并浸入裝有清洗液的盆中。超聲波使材料振蕩，從而形成空化氣泡，釋放的能量可以清除表面的污垢和殘留物。該種方法是新方法且相對復(fù)雜，但在管道外部使用效果較好。

荷蘭一家煉油廠的研究表明，對堵塞的管道進(jìn)行超聲波清洗通常需要使用高壓噴槍“打開”，然而，與“純”高壓相比，操作員能夠節(jié)省超過75%的工作和86%的水。根據(jù)荷蘭的最終報(bào)告，盡管投資增加，但總成本可節(jié)省高達(dá)50%。操作員可以用熱解爐一次性清洗整個(gè)管束，其中有機(jī)污染物在450℃左右的低氧氣氛中分解，可以作為氣體或粉塵分離。

衡量清潔成功與否

清潔工作做得越好越徹底，熱傳遞效果就越好。如果該值呈現(xiàn)懸崖式持續(xù)下降，則必須以更短的時(shí)間間隔對設(shè)備進(jìn)行清潔，如果仍然低于其可能性，結(jié)果將是過早地報(bào)廢。這就是為什么需要標(biāo)準(zhǔn)來衡量換熱器中的污染程度或清潔過程的成功與否。后者還是比較簡單的：把清洗前后的熱傳遞進(jìn)行劃分，得到一個(gè)清洗質(zhì)量的特征值。

為了確定臟污程度，制造商Talcyon使用了Apris聲學(xué)脈沖方法，可利用特征回聲在幾秒鐘內(nèi)對臟污、堵塞或侵蝕損壞進(jìn)行定位。憑借軟件的精確評估和較短的測量時(shí)間，該方法（在2021年獲得了Frost & Sullivan的最佳實(shí)踐獎）可以說領(lǐng)先于光譜學(xué)、渦流方法或“侵入式”超聲波測量。

為了“從外部”探究管道中的流量，可以測量入口和出口的質(zhì)量流量和溫度，或者可以將超聲波傳感器作為精確定義的測量部分連接到管道上。例如，Systec Controls以實(shí)際案例的形式提供相應(yīng)完整的打包解決方案。然而，設(shè)備傳遞熱量的能力是無法直接測量的。因此，人們需要通過測量壓力、溫度和質(zhì)量流量等來確定維護(hù)措施的最佳時(shí)間。

德國工業(yè)清潔協(xié)會成員兼高級咨詢工程師Hans-Jürgen Kastner先生解釋道，無論是前瞻性的還是嚴(yán)格按照計(jì)劃進(jìn)行的，所有的維護(hù)策略都有一個(gè)共同點(diǎn)：目標(biāo)應(yīng)該始終是“裸露的管道”。

這位資深的行業(yè)顧問一直致力于換熱器維護(hù)方面的研究，并主張改變對機(jī)組的認(rèn)識：由于即使是看似輕微的污染也會產(chǎn)生巨大的后果，因此沒有其他方法可以解決傳輸功率的損失。由于大約0.5 mm會降低40%~99.7%的熱傳遞，因此表面清潔很難帶來任何明顯的改善。更糟糕的是，如果管中還殘留有一層薄薄的污垢，很快就會導(dǎo)致傳熱幾乎完全失效。

結(jié)語

這位工程師明白，在具有無數(shù)換熱器的典型工業(yè)工廠中，只有少數(shù)的換熱器容易結(jié)殼和堵塞。根據(jù)Kastner的說法，從經(jīng)濟(jì)角度來看，正是這些設(shè)備也證明了在定期維護(hù)之外進(jìn)行監(jiān)控的合理性。他接著說道，“如果操作員缺乏換熱器維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，換熱器的尺寸有時(shí)會過大兩倍”。將維護(hù)措施納入工程階段會更有意義，例如不使用U形管，這樣簡單的措施會大大擴(kuò)展清潔的可能性。