在化学加工工业中，热交换器面临的一些主要问题是结垢、振动、泄漏和能耗增加。所有这些问题都直接影响热交换器的性能，并影响下游设备的性能。
作者：Mrinal Das – Dorf Ketal Chemical 项目与工程采购高级副总裁
其中许多问题是相互关联的。例如，许多换热器泄漏是由流量分配问题引起的。如果通过换热器的流量不均匀，那么高流速会导致额外的问题，即振动。这种振动会增加换热器的侵蚀效应，从而导致频繁泄漏，从而造成维护和相关成本的问题。因此，使用分析工具来解决换热器内部的流量分布问题变得至关重要。在上述所有问题中，最麻烦和最常见的问题是结垢。
热交换器中的结垢
结垢是一个渐进的过程，可以定义为不需要的材料沉积在热交换器表面上。不需要的材料可能是无机盐、聚合物、污泥、沉积物、晶体、焦化产品、生物沉积物等。热交换器中的结垢直接影响传热和流动。结垢是由瞬态质量动量和流体与表面之间的传热现象的协同结果引起的。结垢过程很大程度上取决于温度、压力、粘度、密度、导热系数等操作条件。加工厂中的结垢会导致热性能显著降低，压降增加，促进腐蚀，并最终导致热交换器故障。
»结垢是一个渐进的过程，可以定义为不需要的材料沉积在热交换器表面。
常见污垢类型
一般来说，在加工厂中观察到大约六种类型的液体侧结垢机制，即腐蚀结垢、生物结垢、颗粒结垢、化学反应结垢、沉淀或结晶结垢、冷冻/凝固结垢。常见的污垢类型包括化学、生物、沉积和腐蚀。化学结垢是由流体流中的化学反应引起的，导致材料沉积在热交换器表面。当流体被加热到接近其分解（降解）温度的温度时，这种类型的污垢对于化学敏感材料很常见。碳氢化合物材料在传热表面上的结焦也是一个常见的化学结垢问题。当生物有机体在传热表面上生长时，就会发生生物污垢。这是常见的结垢机制，其中未经处理或处理不当的水被用作冷却剂。
腐蚀结垢是由涉及热交换器表面材料的化学反应引起的。许多金属，如铜和铝，形成粘附的氧化物涂层，用于钝化表面并防止进一步腐蚀。许多金属氧化物是腐蚀产物，其导热系数相当低，即使是相对较薄的氧化物涂层也可能显着影响热交换器的性能。
当流体颗粒沉降到无机表面区域时，就会发生沉积结垢。当流体速度低于临界水平时，通常会出现这种情况。这种类型的污垢可以通过对组合颗粒/流体的适当管理来提供帮助。实际上，许多工艺中都存在不止一种结垢机制，它们的综合影响是惊人的，可能比预期的要严重得多。
在下图中，可以一目了然地看到结垢过程中的各种沉积和去除过程。
虽然无法消除热交换器中的结垢，但绝对可以控制和减少结垢。
如何监控您的热交换器
因此，拥有数据点和信息来精确监控换热器变得非常重要。可以测量用于监测的参数包括冷流体的入口和出口温度、出口流体的入口和出口温度、冷流体和热流体的质量流量以及整个热交换器的冷热流体压力变化。
为了保持热交换系统有效运行，建议考虑以下几点：1）了解与压力、流量和温度指示相关的所有可用数据;2） 找出并评估操作员在日常工作中记录的流量、压力和温度;3） 持续检查压力 – 压差跟踪
在换热器的壳侧或管侧可能是非常有价值的信息——如果压差在一段时间内积聚，则意味着某些东西限制了流量;4）要记录温度数据信息，最好使用手持式温度枪，红外测温枪可以帮助您在整个运行过程中有效地监控系统的温度。
通过利用当今的手动跟踪系统技术，任何过程工业都可以跟踪热交换器。酸碱化学清洗方法与冲洗相结合，可用于清除热交换器中的污垢。化学清洗可以有效地清洁污垢，而无需拆卸换热器。该过程使热交换器能够在更短的时间内运行，而无需使其离线。
防污设计
在设计阶段，要考虑结垢因素。制造商采用不同的换热器结构方法，以帮助增加可能受结垢影响的传热面积。在制造过程中，要考虑许多重要因素，以尽量减少结垢的发生和积聚：a）将更多的结垢液分配到管侧;b） 将换热器设计为壳侧的污垢流体速度为 3 英尺/秒，管侧的结垢流体速度为 5 英尺/秒;c） 允许更容易清洁热交换器;d） 维修时，请确保管壁温度不要保持太热，因为它可能会产生不必要的盐沉积或使任何化学品无效。
结垢的影响会导致管道或/和换热器壳侧的通道壁上沉积。这种减少的通道面积会导致压降增加和传热减少。传热和压降与通道直径成反比。压降将增加到直径的立方根。与热交换器的清洁通道相比，被污染的热交换器通道的压降非常高。
结垢会造成巨大的生产损失，并导致效率下降。这种生产损失可能与由于结垢导致的计划外和计划内操作停机有关，
结垢过程中的各种沉积和去除过程。
使用化学品/防污装置清除重污垢沉积物的维护成本，与更换堵塞或腐蚀设备相关的维护成本，每个换热器的行业清洁成本在 46 至 55,000 欧元之间。结垢可以通过结垢过程流体的性质、传热过程或两者的组合来确定。传热机理是造成大部分结垢的主要原因。高温会增加结垢率。通过降低温度，可以降低结垢率，从而减少清洁周期。因此，通过大幅提高传热效率和改变换热管内的流动条件来减少结垢非常重要。
结论
我们可以得出结论，通过适当的设计、控制导致结垢的材料、良好的建筑材料选择、热交换器表面的适当保护涂层以及定期清洁，可以大大减少热交换器中的结垢效应。必须对结垢热交换器的运行参数进行详细有效的分析，因为这对于计算产品和服务流体的正确结垢系数至关重要。换热器的工艺和机械设计应确保正确的流体速度、温度和其他操作参数。
应进行预防性维护，特别是通过系统检查和清洁，以防止结垢并保持热交换器的有效运行。虽然无法消除热交换器中的结垢，但绝对可以控制和减少结垢，以保持热交换器的性能，而不会对工艺性能产生不利影响。建议阅读并参考《热交换器世界》等出版物的案例研究文章，以获得更多的知识和意识。