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全国第七届高压水 射流技术讨论会论文 换热器结垢的高压水射流清洗技术 北京燕山石油化工公司高压水射流清洗技术中心 张乐尧　　张齐庄　　焦阳 北京市多科新技术开发公司 李繁华 一九九三年十月 摘要　　换热器是石油化工生产装置中数量最多，又最容易结垢并需及时清洗的设备。研究并解决换热器的结垢及清洗具有十分重要的意义。 本文结合中国特大型石油化工企业—北京燕山石油化工公司十多年来应用高压水射流技术清洗换热器的实践，介绍了针对不同工况下产生的污垢，采用优化的高压水射流清洗技术、工艺及周边设备的情况。论述了如何检查、判定清洗质量，并提出了评估高压水射流清洗换热器的技术成果和经济效益的方法。 １　引言 １.１换热设备是炼油、化工生产过程中广泛应用的设备。各种换热器约占整套装置工艺设备台数的25～70％，占工艺设备重量的25～50％，占工艺设备总投资的12～20％，有时甚至多达50％。北京燕山石油化工公司几十套生产装置中各种换热器达几千台。 １.２换热设备在炼油、化工生产流程中起着重要作用。其工况好坏将直接影响着装置的安全生产；生产能力即产量的高低；产品质量的优劣；物耗、能耗即成本的多少。由于介质情况、操作条件和换热器结构，在生产过程中，换热器管束内、外表面结垢是不可避免的，轻则使装置不能正常运转，重则造成停产或发生事故。 １.３各种换热设备尽管结构型式不同，换热方式各异，在工艺过程中的作用也不一样，但其工作原理是相同的。例如：最通常的列管式换热器间壁传热如（图１）所示，热流体（t1）以对流给热方式传给管壁一侧（t2）的热量为： 　　 Q１=α1A（t１-t２）千卡／小时 　　以传导方式传给管壁（t３），其热量为： 　　　　Q２=λ／δ０A（t２-t３）千卡／小时 管壁另一侧（t３）以对流给热方式给冷流体的热量为： 　　Q３=α２A（t３-t４）千卡／小时 　　式中：A——管壁传热表面积，米２ 　　　　　t１，t２，t３，t４——各处温度，℃；见（图１） 　　　　　α１——热流体给热系数　　千卡／小时２·时·℃ 　　　　　α２——冷流体给热系数　　千卡／小时２·时·℃ 　　　　　λ——管壁的导热系数　　千卡／小时２·时·℃ 　　　　　δ０——管壁厚度，米。 　　对于稳定传热，从热流体传给管壁再传给冷流体的热量应是相等的，即Q１＝Q２＝Q３。即可求出热流体传给冷流体的热量Qc，其式为： Qc＝A（t１-t２）／（（１／α１）＋（δ／λ）＋（１／α２）） 　　　＝K·A（t１-t４）千卡／时　　　　　　　　　　（１） 　　作为现场使用的换热器，α１，α２，δ０是常数，而t１-t４是工艺控制的指标。对于新的或清洗后洁净的换热器δ０一定，则可获得满意的设计热量。 　　而在生产过程中，由于各种原因，换热器管壁内外表面都会结有污垢，如（图１—２）所示，这时有： 　　　　Q１=α1A（t１-t２）　　千卡／小时 　　　　Q２=λ１／δ１A（t２-t３）　　千卡／小时 　　　　Q３=λ０／δ０A（t３-t４）　　千卡／小时 　　　　Q４=λ２／δ２A（t４-t５）　　千卡／小时 　　　　Q５=α２A（t５-t６）　　千卡／小时 　　QF＝A（t１-t６）／（（１／α１）＋（λ１／δ１）＋（λ０／δ０）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＋（λ２／δ２）＋（１／α２）） 　　　　　＝KF·A（t１-t６）　　千卡／时　　　　　　　　　　（２） 　　　　δ１，δ２——管壁内外表面结垢厚度，米；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　λ１，λ２——管壁内外表面结垢的导热系数，千卡／小时２·时·℃ 　　比较（１）、（２）式，显而易见QF＜Qc，即在其它条件不变的条件下，管壁结垢影响了传热。有学者提出，在换热器投入使用后换热面积是不变的。假如热负荷一定，则污垢的产生会使温差提高，其提高量如下式： 　　　　ΔTF／ΔTC＝１＋VCRt 　　式中：ΔTF为结垢后的温差 　　　　　ΔTC为无污垢的温差 　　　　　VC为清洁表面时的总传热系数 　　　　　Rt为结垢的传热系数 　　假如以恒温差操作，则热负荷随着污垢的增加而下降，其下降量如下式，见（图１—３） 　　　　１－（q／A）F／（q／A）C＝VC·RT／１＋VCRf 　　式中：（q／A）F——结垢后的热量与面积比 　　　　 （q／A）C——无垢时的热量与面积比 　　清洗的目的就在于及时、彻底清除这些污垢，使换热器恢复原设计的能力