一、引言
在盐溶液蒸发过程中,结垢现象是影响传热效率和设备寿命的主要问题之一。垢层不仅降低了传热系数,还可能导致设备腐蚀、堵塞和能耗增加。因此,深入了解垢的种类及其形成机理,并采取有效的防垢和除垢措施,对于提高生产效率、降低维护成本至关重要。
一、盐溶液蒸发换热管防垢与除垢的必要性
1.垢层厚度与传热系数的关系综合分析表明,垢层的存在显著降低了传热系数 ( K )。随着垢层厚度 ( δ ) 的增加,( K ) 值进一步下降。具体来说,对于清洁的加热表面,若初始传热系数 (K0 ) 较大,则在相同的垢层厚度 ( δ ) 下,( K ) 值的下降速度更快。这说明垢层对高效传热的负面影响尤为明显,尤其是在高传热效率的设备中。为了更直观地理解这一点,可以参见下表:
垢层的热阻值随垢层厚度增加而增大。因此,及时清除或抑制垢层的形成对于维持高效的传热过程至关重要。
实验研究表明,垢层厚度每增加1毫米,传热系数 ( K ) 可能下降10%至30%,具体数值取决于垢层的种类和性质。例如,碳酸钙(CaCO?)垢通常比硫酸钙(CaSO?)垢具有更高的导热性,但其附着力更强,更难以清除。因此,不同类型垢层对传热系数的影响也有所不同。
1.2 结垢对传热系数影响的测定值
二、换热管中垢的种类及其形成机理
盐溶液(如盐水)中含有多种离子如Na?、Cl?、Ca??、Mg??、SO???、HCO??等。在蒸发结晶过程中,这些离子形成的化合物由于浓度增加、温度升高或分解,达到过饱和状态而析出,附着于加热管表面形成污垢,对传热过程产生不利影响。
1. 换热管中垢的种类根据溶解性,换热管中的垢可分为可溶性垢和不可溶性垢两大类:
(1)可溶性垢:
氯化钠垢(NaCl):由盐溶液中的NaCl析出形成。
硫酸钠垢(Na?SO?):由硫酸钠析出形成。
(2)不可溶性垢:
硫酸钙垢(CaSO?):由硫酸钙析出形成。
碳酸钙垢(CaCO?):由碳酸氢钙受热分解生成。
盐溶液蒸发结晶(真空制盐行业)生产中垢的组成见下表:
2.垢的形成机理
(1) NaCl垢的形成机理
盐溶液中的NaCl溶解度随温度变化不大,因此NaCl垢的形成主要是由于沸腾汽化水分(因管内沸腾或管内局部沸腾)。为抑制加热管内沸腾,特别是盐溶液强制循环蒸发器应着重考虑优化设计和操作条件,具体措施包括设置适当的沸腾段及优化结晶条件。
沸腾段是指加热室上管板至蒸发室液面的垂直距离,其作用在于提高加热室料液的压强(压力),从而提高其沸点,抑制加热管内料液沸腾汽化。
加热管的传热情况和温度分布特点:A、加热管横截面上,管壁处卤水的温度最高;整个加热管上,上部温度最高。盐溶液沸点在加热管出口处最低,因此最容易产生管内沸腾的位置为加热管出口的管壁处。
产生管内沸腾的主要原因如下:
§
蒸发器设计时沸腾段不够高;
操作液面低;
蒸汽压力突然升高;
循环泵故障;
大块盐卡管。
(2) Na2SO4垢的形成机理
同由于硫酸钠的逆溶解度性质,当温度大于17.9℃时,温度升高,Na2SO4的溶解度降低。导致蒸发换热管内沸腾使硫酸钠饱和析出。
硫酸钠蒸发过程中,硫酸钠均呈现逆溶解度性质,且硫酸钠溶液接近饱和,在加热管壁处,温度最高溶解度最低,硫酸钠极易饱和析出,形成污垢,造成频繁刷洗蒸发器。
(3) CaSO4垢的形成机理
硫酸钙具有逆溶解度性质,在盐溶液蒸发生产中,除末效在50℃左右,其它各效均在逆溶解度范围,当CaSO4溶液接近饱和时,极易生成污垢。另外,硫酸钙具有很强的介稳能力,即介稳区宽,可以拥有较大的过饱和度,而无水石膏垢的生成速率与过饱和度的平方成正比。
CO3垢的形成原因:碳酸氢钙受热分解,生成溶解度极低的细小碳酸钙晶粒,极易附着在加热管壁上,形成污垢。
三、防垢与除垢措施
为了有效防止和清除换热管中的垢层,必须采取综合性的防垢与除垢措施。
1. 防垢措施
(1)优化设计:合理设计蒸发器的结构和参数,确保沸腾段高度足够,避免局部沸腾现象的发生。
(2)控制操作条件:保持稳定的蒸汽压力和液面高度,避免蒸汽压力波动和液面过低。
(3)选择合适的材料:采用耐腐蚀、抗垢能力强的材料制作换热管,减少垢层的附着力。
(4)添加防垢剂:向盐溶液中添加适量的防垢剂,如聚磷酸盐、硅酸盐等,抑制垢的形成。
2. 除垢措施
1.物理清洗:定期使用高压水射流、刮刀等工具进行物理清洗,去除附着在换热管上的垢层。
2.化学清洗:采用酸洗、碱洗或络合剂清洗等方法,溶解并清除垢层。常用的化学药剂包括柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、硝酸等。
3.机械清洗:使用刷子、刮刀等工具进行机械清理,适用于较厚的垢层。
四、结论
盐溶液蒸发换热管中的结垢现象严重影响传热效率和设备寿命。通过深入理解垢层的种类及其形成机理,并采取有效的防垢与除垢措施,可以显著提高设备的运行效率和可靠性。未来的研究应继续关注新型防垢材料和技术的应用,以实现更高效的防垢和除垢效果,推动盐溶液蒸发行业的可持续发展。
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只看楼主 我来说两句 抢板凳防止蒸发器换热管结垢的措施介绍,供大家学习和参考
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