污垢诱导期影响因素分析及研究现状-中国电机工程学会.PDF

中国电机工程学会第十届青年学术会议 ·吉林 污垢诱导期影响因素分析及研究现状 曹生现 陈延岭 孙伟华 杨善让 陈立军 徐志明 （东北电力大学 节能与检测中心 吉林 吉林 132012） 摘要：污垢诱导期是结垢过程的诱发和起始，本文介绍了近几年污垢诱导期的研究情况，说明了研究污垢诱导期的意义， 同时分析了影响诱导期的因素。 关键词：诱导期;热阻;污垢;换热设备 1 引言 污垢常存在于循环冷却水系统中所使用的各种设备表面，它可以减低设备工作性能，增加管道流动阻 力，降低传热能力，污染水质及产品，诱导表面材料腐蚀等。根据Steinhagen对新西兰1100家企业的3000 台各种类型的换热器的通信调查表明，90%以上的换热器都存在不同程度的污垢问题[1]。 污垢的形成的过程可分为起始、输运、附着、剥蚀和老化五个阶段[2]，除垢的最好措施是在起始阶段 限制污垢的生长，即延长污垢的结垢诱导期。污垢的诱导期和抑制作用的持久性(恢复时间)在污垢的防止 和处理中被用作判断防污垢处理性能的依据。对于给定的换热表面和系统而言，诱导期是不十分固定的， 只是具有统计意义上的平均值，迄今为止人们对诱导期的认识尚不很清楚，缺乏有关诱导期全面、系统的 研究报道。但对诱导期的深入研究既可以推进对污垢形成的认识，对发展新的、有效的阻垢、除垢技术有 实用意义。因为实验研究揭示，清洁表面上一旦有初始沉积出现，其后的污垢积累将以更大的速率进行。 但如果能够明确确定诱导期的影响参数及其影响，则就可以设法调节这些影响参数是诱导期无限增大，亦 即无明显污垢形成，那当然就是最为理想的防垢措施。 2 研究现状分析 20世纪80年代以来，伴随着资源利用效率和环境要求的不断提高，Somerscales所抱怨的“污垢研究 一直没能得到足够关注”[7]的情况开始有所转变。进入90年代以后，污垢诱导期的研究在其相关学科的发 展，特别是计算机应用技术飞速发展的推动下，借力国际合作研究的良好氛围蓬勃开展起来[8]。虽然取得 的成就是令人欣慰的，但不容讳言的是：现状离预期目标还相当遥远。 [9] [10] [11] [12] Panchal等 发现在一些污垢形成过程中存在阈值现象。Rankin和Adamson ，Baier 和Kjaer 等许 多学者报告说低表面能的聚四氟乙烯或硅酮涂层表面可以延缓污垢的生成，即可以延长污垢的诱导期，且 易于清洗。可是，也有相反的报道说在低表面能表面上污垢结垢诱导期较短，更容易形成污垢。Addesso 和Lund[13]发现蛋白质在聚四氟乙烯涂层表面和不锈钢表面#304、#316以及钛表面的吸附情况类似。Yoon[14] 等发现在聚四氟乙烯表面上牛奶的污垢速率高于#304不锈钢。Müller-Steinhagen、赵起等利用DLC和其他 涂层开发了一种长久维持低污垢表面。一些专利技术将析晶污垢减小70%-100%，微生物的黏附减少90%以 上[15~18] [19] 。Förster等 将九种材料的表面能与污垢的诱导期比较后推测，表面能与污垢特性没有直接关系。 但却可将5种材料的表面铺展系数与诱导期相关联。但是，这种模型没能解释为什么DLC涂层表面具有几乎 无限长的诱导期，而聚四氟乙烯涂层表面却只有很短的诱导期。McGuire等[20]调查了固体表面能对牛奶宏 观分子吸附的影响，提供了沉积率与表面能（或表面张力）的经验关联式。Müller-Steinhagen、赵起等 还提出了新的表面沉积判据[18]，其研究还表明微粒污垢没有诱导期[21]。Khan M S[22,23]等根据实验数据提出 了以AI-SI316不锈钢为材料的套管式逆流换热器为研究对象，发现在实验范围内管表面温度、雷诺数和管 内径对CaCO 结垢诱导期无影响，但微溶CaCO 的浓度以及管子粗糙度对诱导期有显著影响。 3 3 刘天庆等[24]对水系统中荧