Отложения в пластинчатых теплообменниках

В процессе эксплуатации пластинчатых теплообменников на внутренних поверхностях водяного тракта образуются отложения.

Основные виды загрязнений пластинчатых теплообменников:

• кристаллизация (чаще всего в виде накипеобразования),

• седиментация (отложение глины, песка, ржавчины),

• нарастание органических продуктов и полимеров.

Коксование (результат гидрокарбонатных отложений при высоких температурах) отсутствует, так как температуры в пластинчатом теплообменнике низкие. Собственные продукты коррозии также отсутствуют, так как для изготовления пластин применяется нержавеющая сталь.

Динамика загрязнения может протекать по двум, принципиально отличающимся схемам:

Схема А. Кристаллизация и отложение твердых взвесей.

В этом случае большое значение имеет степень турбулизации потока, поскольку, чем выше степень турбулизации, чем выше скорость потока в каналах, тем интенсивней происходит самоочистка поверхности теплообмена (за счет динамического воздействия потока жидкости на относительно рыхлые отложения). По мере увеличения толщины отложений, возрастает и интенсивность срыва потоком этих отложений (возрастает скорость уноса отложений). Когда скорость уноса сравнивается со скоростью образования отложений, возникает состояние динамического равновесия (кривая «А» на рисунке становится горизонтальной). При этом толщина слоя отложений не увеличивается, и эффективность теплообменника стабилизируется (дальнейшего ухудшения в его работе нет). Чем выше степень турбулизации потока, тем раньше кривая (А) выйдет на стационар (при меньшем коэффициенте загрязнения).

Схема В. Выкристаллизовывание чистых веществ.

В этом случае интенсивность образования отложений слабо зависит от степени турбулизации  потока и практически полностью определяется температурным режимом работы теплообменника и химическим составом среды. Процесс протекает по кривой (В). Соответственно в этом случае не избежать периодических очисток теплообменной поверхности.

Таким образом, наибольшие неудобства доставляет выкристализовывание чистых веществ. Применительно к водным средам это – накипеобразование.

Накипеобразование (CaSO₄ – сульфат кальция (гипс), CaCO₃ – карбонат кальция (мел)). Особенно интенсивно протекает в нагреваемой (относительно холодной) среде.

Факторы, способствующие накипеобразованию:

• повышенное солесодержание, прежде всего - жесткость воды, определяющаяся концентрацией катионов Са²⁺ и Mg²⁺, повышенное содержание сульфат и карбонат ионов (SO₄^2-, CO₃^2-);

• высокая температура (особенно при T>60 ⁰C).

Методы борьбы и профилактика:

• механические фильтры (в данном случае неэффективны);

• механическая очистка теплообменной поверхности;

• ионообменные фильтры (Na⁺ катионирование; регенерация NaCl);

• физические методы (магнитная обработка, УЗК обработка и т.д.). Суть – процесс образования солей  происходит не на теплообменной поверхности (накипь), а в потоке жидкости (шлам) с последующим удалением (отстойники, продувка);

• химическая очистка