图1 换热器的正确选型不仅有助于提高换热效率，而且有助于延长换热器的使用寿命

在冷-热介质的热交换过程中，换热器是保障能源平衡的关键设备。提高换热器的工作效率，延长其使用寿命对于化工企业非常重要。

在现今欧洲的化工生产基地中，节能有着非常重要的意义。聪明而巧妙地完成冷热水之间的热交换以及蒸汽和介质流的热交换，能够成功地降低能源费用。为了实现这一目标，换热器起着重要的作用。GEA Ecoflex公司的生产负责人Julian Peschel先生认为：“换热器有三个发展趋势即结构紧凑且高效；更高的工作可靠性；更长的使用寿命和更高的抗结垢性能。板式换热器，尤其是全焊接的板式换热器，能够满足这三大趋势要求。”

原则上讲，换热器的选择取决于流程工艺的技术要求，例如工作温度、压力或者换热器材料的耐腐蚀性。Späne集团北方区销售负责人Volker Wöhrmann先生指出：“目前，流程工业换热器的发展趋势是功率越来越高、维护保养的时间越来越短。出现了新结构、新型式的换热器，例如结构非常紧凑的板式换热器。”

结垢影响换热器的使用寿命

换热器的使用寿命与介质类型、结构、工作温度和其他工作参数有着密切的关系。例如，有些换热器的使用寿命可以长达几年，而有些同样的换热器的使用寿命则只有几个星期。使用寿命较短的例子如海水、河水循环冷却用换热器，它们的平均寿命大约为一年。

污垢和沉淀是影响换热器使用寿命的主要因素。如何避免结垢？Wöhrmann先生在介绍换热器中常见的沉淀物时说道：“很多情况下，沉淀在换热器中的沉淀物是有机物和无机物构成的复合性沉淀物，例如生物膜和粘性分泌物，也有氧化物、碱性和硅酸盐类的钙化物。”因此，延长换热器使用寿命不仅对换热器的高温、低温系统提出了要求，而且对用户企业的生产过程提出了要求。Wöhrmann先生说：“来自生产过程中的有机钙化残留物可以沉积生成阻力很大的钙化层。”

污垢、沉淀物的形成机理是各不相同的。最常见的沉淀物包括生物淤积，以及液体介质局部过热而在换热器表面留下的烧结物，例如，水碱水垢钙化层。这些沉淀物使得介质的流动阻力不断增加，破坏了紊流，形成了层流，直至流量减小，导致输送泵的功率提高，换热器的效率降低，增加了生产过程的成本。

沉积的污垢增加了能源消耗，严重时还可能导致换热器损坏而停止工作。“一般来讲，几乎所有的污垢和沉淀物都可以通过合适的化学清洁方法来清理。”Peschel先生在介绍CIP原位清洁系统时说道。

图2  “对于结垢特别严重的工况可以考虑使用冗余系统。”
——Julian Peschel先生，GEA Ecoflex公司。

但有些清洁剂在清洁的同时会腐蚀换热器，对换热器造成损害。而机械性的清理往往得不到理想的效果，同时机械性清理的费用较高。

高紊流减少污垢形成

在清洁换热器时，首先需要判断污垢是冷却水中的生物淤积，还是地方性的淤积物或者含有焦油的介质，然后再选择合适的清理方式，以便延长换热器的使用寿命。在各种清理淤积的方法中，最有效的是形成强力的紊流流动，从而由流动介质进行自我清洁。这一方法在高温（>180℃）或者更高温度、更高压力的焊接式换热器中是最有效的。通常情况下，这种环境中工作的换热器只有利用化学除垢或者通过反向冲洗来清洁。Gesamex公司的Thomas Bieler先生强调说道：“最安全可靠的除垢方法是选择正确的换热器规格型号，保证流动介质的高紊流。”

对于其他类型的换热器来讲，紊流也是最好的沉淀物预防措施。“换热器结构影响高紊流的流动，高紊流能够产生较高的剪切力，但压力损失很大。”Peschel先生介绍说道。板式换热器基于其结构设计的特点，可以避免这些缺点。据Peschel先生介绍，采用抗结垢的涂层材料也是一种延长换热器使用寿命的措施。但很多抗结垢涂层材料都尚处于研发或者试验阶段，还没有太多的实践经验。但GEA Ecoflex公司非常肯定，未来，抗结垢涂层材料会在延长换热器的使用寿命方面发挥巨大的作用。

Peschel先生还介绍说：“对于结垢特别严重的工况可以考虑使用冗余系统。”

板式换热器的沟、槽相对较少，不易积存固体物质。同时板式换热器通道横截面积较大，所产生的紊流较小，因此其自洁效果较差。换热器的使用操作对污垢的淤积也有一定的影响，板式换热器在部分负荷时才会有结垢的趋势，当板式换热器的规格型号选得过大时容易产生结垢。

Bieler先生认为，最重要的是选择正确的换热器，且维护保养简单。他的经验是：“在安装设备时就安装好CIP原位清洁的接口。”表面涂层和电解抛光都能降低沉淀物的沉积，提高换热器的防腐性能。

Alfa Laval公司认为除了合理的结构之外，高光洁度的表面处理和采用CIP原位清洁系统也是抗结垢效果较好的措施。“如果这些都帮不上忙的话，就应该考虑对流经换热器的液体介质或者对换热器的结构设计采取措施，保证能够简单有效地进行机械性清理。”Alfa Laval公司的Udo Blume先生说道。目前，他们正在进行换热器传热面的抗结垢涂层材料的实验。这一实验目前尚处在研发阶段，其效果和作用还未知。

图3 “换热器的发展趋势是效率越来越高，维护保养周期越来越长。”
——Volker Wöhrmann先生，Späne集团。

化学清洁剂的正确选择

用户有多种多样的换热器清洁方式可以选择，包括化学清洁、高压机械清洁、使用干冰进行清洁等。

但若选择的清洁方式不合适，或使用了错误的化学清洁剂，会加快换热器部件的表面损伤。“只要有少量的腐蚀，就会给换热器的表面粗糙度带来很大的影响。这会造成换热器工作时加快沉积物、淤积物的积留，从而使得清洁周期变短。”Wöhrmann先生说道。这种无法修复的损伤会大大缩短换热器的使用寿命。

是否能够选择原位清洁，主要取决于换热器清洁口的可接近性以及维护人员清洁时可用的操作空间。Späne集团的Korinexan工业技术服务公司不仅提供原位清洁的技术服务，而且提供换热器的内部大修服务。Wöhrmann先生说：“在原位清洁时，我们随时待命，能够在几小时内到达用户现场。”在对换热器进行内部大修时，他们能够提供包括电解抛光在内的全套服务。

在换热器的使用过程中，需要考虑对换热器进行全面的检修。位于柏林市附近的Arimex PWT板式换热器服务公司能够提供全套的技术服务，包括换热器的维护、维修和调试。Arimex公司可以对任何厂家生产的板式换热器的换热板进行内部检修。其中包括利用专用工具对换热板的拆卸，清除原有的旧涂层材料，对换热板进行清理（根据污垢情况和种类进行化学清理或者高压清理）以及利用渗透剂和UV射线对换热板进行检测。Arimex公司还使用高端的密封件对换热器的密封件进行更换。Arimex公司可以按照用户的希望现场完成换热板的拆卸和装配，并进行压力检测。

小结

高紊流是延长换热器使用寿命最重要的措施。为了延长使用寿命，换热器必须要有正确的结构设计。抗淤积涂层材料是一种非常好的方案，但它还需要通过实践的检验。