工業(yè)潔凈廠房換熱設備及其維護

本文詳細介紹工業(yè)潔凈廠房換熱設備之直接式換熱器和冷凝器的分類，及換熱設備的維護方案。

1. 工業(yè)潔凈廠房設備之直接式換熱器

直接式換熱器也稱為混合式換熱器，其特點是冷、熱流體直接混合進行換熱，因此在熱交換的同時，還發(fā)生物質交換。直接式與間接式相比，由于省去了傳熱間壁，因此結構簡單，傳熱效率高，操作成本低，但采用這種設備只限于允許兩種流體混合的場合。

(1)蒸汽直接式換熱器

蒸汽和液體混合直接加熱是常見的一種加熱方式。實踐經驗表明，在蒸汽和液體之間需要大的接觸面，以利于蒸汽的快速冷凝，加速換熱速度。研究表明，減小接觸面，換熱速率明顯降低。在設備性能不正常時，如液滴太大或蒸汽泡太大，會導致?lián)Q熱速度低下，這種情況在高黏度產品時容易發(fā)生。

盡管在加熱蒸汽和液體之間有很大的溫度差，但這類設備的加熱仍然是溫和的。原因之一是加熱時間很短，只有幾分之一秒； 另外一個原因，也許是更為重要的，是在蒸汽和物體之間立即形成一層很薄的冷凝液膜。這層液膜起到保護物體免受高溫的影響。因此蒸汽直接加熱方式允許有很高的溫度梯度，這是任何間壁式換熱器無法做到的，這種換熱器對蒸汽質量有一定要求，由于設備性能的需要和保證產品質量，蒸汽須不含不凝結氣體，因為不凝結氣體會影響蒸汽冷凝、干擾換熱過程。關于氣源、蒸汽或鍋爐用水，不應含有影響產品的物質。換句話說，鍋爐用水應該具備飲用水的質量，非正常的水處理劑是不許使用的。在有些使用場合下，如制品提晶，需要除去蒸汽和產品混合時所增加的水分，以保持原有的組分不變。除去水分的方法通常是在真空下使水分蒸發(fā)，這是一舉兩得的做法，因為在真空閃蒸水分時，既除了水分，又可以使產品迅速冷卻。通過溫度控制(在蒸汽混合前、混合后以及蒸發(fā)后)，可以做到處理前后產品的水分含量不變。

這種蒸汽直接加熱設備有兩種類型：噴射式和注入式。噴射式是在連續(xù)流動的液體中噴射蒸汽；注入式是在連續(xù)流動的蒸汽中注入液體。在蒸汽噴射式(蒸汽進入液體)中，蒸汽或者通過許多小孔，或者通過環(huán)狀的蒸汽簾噴射入流體管道中。在蒸汽注入式(液體進入蒸汽)中，液體或者以膜的形式，或者以液滴的形式分布在充滿高壓蒸汽的容器中，落于容器底部，加熱后的液體從底部排出。

(2)蒸汽噴射式換熱器

蒸汽噴射式冷凝器也是混合式換熱器。不同的是，它利用冷卻水與蒸汽混合，使蒸汽冷凝，以除去水分；這在濃縮操作中是必須的，在濃縮操作中要快速除去蒸發(fā)出來的蒸汽，此外還要在蒸發(fā)室內造成真空。

2. 工業(yè)潔凈廠房設備之冷凝器

(1)噴射式冷凝器

用斷面逐漸收縮的錐形噴嘴進行水或其他液體冷卻劑噴射時，水在噴嘴內的流速逐漸增快。速度越高意味著動能越大，而壓力則越小。如果將噴嘴座板的噴嘴上、下游隔開，上游空間(即水室)通入高壓水，則由于水的噴射就造成下游的低壓，因而產生抽汽的作用。吸汽室將蒸汽吸入后，經過導向擋板使之從水流射束的四周均勻地進入混合室，而與許多聚集于喉部的射束表面相接觸。因射束的流速高，其動能大，蒸汽即凝結在水柱表面而被帶走，經過噴嘴所形成的射流速度一般為 15~30m/s。帶走蒸汽的各射流在喉部準確聚集后，通過擴壓管將動能轉換為勢能以后，再從尾管排出。由上述可知，噴射式冷凝器除了有混合冷凝作用外，還具有抽真空的作用，所以特別適用于真空系統(tǒng)中蒸汽的排除。例如食品工業(yè)中的真空濃縮、真空脫氣、真空干燥等。當用這種水力噴射器作冷凝器時，就可以不再需要真空泵了；一般水力噴射冷凝器的高壓水壓力為0.2~0.5MPa，可采用高壓頭的離心泵或多級離心泵供送。中凈環(huán)球凈化可提供潔凈廠房、GMP車間的咨詢、規(guī)劃、設計、施工、安裝改造等配套服務。

(2)填料式冷凝器

冷卻水從上部噴淋而下，與上升的蒸汽在填料層內接觸。填料層是由許多空心圓柱形填料環(huán)或其他填料充填而成，組成兩種流體的接觸面，混合冷凝后的冷凝水從底部排出，不凝結氣體則由面部排出。

(3)孔板式冷凝器

孔板式冷凝器裝有若干塊鉆有很多小孔的淋水板，淋水板的形式有交替相對放置的弓形式和圓盤圓環(huán)交替放置的形式。冷卻水自上方引入，順次經板孔穿流而下的同時，還經淋水板邊緣泛流而下。蒸汽則自下方進入，以逆流方式與冷水接觸而被冷凝，少量不凝結氣體從上方排出。進入的冷卻水經與蒸汽進行熱交換后被加熱，而后從下方尾管排出。

(4)低位式冷凝器

除噴射式冷凝器外，填料式和孔板式冷凝器都需要真空泵，使冷凝器內處于負壓狀態(tài)。在這種情況下，如無適當措施，冷凝水無法排出，通常采用兩種方法，即低位式和高位式。

直接使用抽水泵將冷凝水從冷凝器內抽出，因而可以簡單地安裝在地面上，故名低位式冷凝器。高位式冷凝器不用抽水泵，而是將冷凝器置于10m 以上的高度，利用其下部很長的尾管(稱為氣壓管，俗稱大氣腿)中液體靜壓頭的作用來平衡上方冷凝器內的真空度，同時抽出冷凝水。為了保證外部空氣不進入真空設備，氣壓管應淹沒在地面的溢流槽中。

(5)水簾(水幕)式空氣冷卻器

這種混合換熱器常用作空氣的冷卻凈化器。含塵空氣進入后，經與冷卻水的水幕接觸而降溫、增濕、凈化。

工業(yè)潔凈廠房換熱設備維護方案如下：

工業(yè)運轉不可缺失換熱設備，這類設備常態(tài)的運行很易凝結污垢，若沒能及時予以消除將會累積更多。運轉狀態(tài)下的換熱設備被損耗，從長期來看減低了本該有的設備性能，縮減可運轉的年限。常見問題有結垢與腐蝕。

(1)運行中結垢

在換熱器表層，日常運轉時的設備內經由很多的流體，因而匯聚了固態(tài)性的污垢物質。水的硬度是水質標志之一，它反映了水的含鹽特性，其值為水中鈣、鎂、鐵、錳等溶解鹽類的總量。固體及匯入進來的流體是彼此接觸的，水垢帶來了后續(xù)較大的運轉干擾。換熱設備凝集起來的表層污垢縮小了應有的換熱實效，熱阻由此也會提高。同時，若表層累積著偏多污垢，那么通道經由的流體也將變得更少并且增添了阻力。泵體功率被減低，耗費了較多的修護資金。

因此，對于換熱設備要經常的清洗，在流體進入換熱設備之前增加過濾設備，使得進入設備的流體無雜物；同時將進入的流體進行軟化處理防止產生結垢。在后續(xù)運轉中，要隨時查驗并調控各時點的溫度及流速。可增設配備的旁路系統(tǒng)，維持初期設定好的溫度條件及流速狀態(tài)；及時修護設備，在更大范圍內推遲結垢且延長可運轉的總時間，運送至進口的物料總量也并非固定，是不斷變更的；在各個階段內都應測定聚集于換熱器的污垢總量，測定酸堿值及微粒體積；針對各類狀態(tài)下的結垢，都要配備不同添加劑，所以熱交換設備用水須經過軟化處理；水軟化方法通常有例子交換法、化學沉淀法和加熱法等。

(2)腐蝕與維護

由于現(xiàn)場環(huán)境及流體的性質，換熱器板材選擇不當，會導致?lián)Q熱器發(fā)生腐蝕泄漏等狀況。為防止這一現(xiàn)象的發(fā)生， 選擇換熱器時需要明確流體的介質及使用地區(qū)的環(huán)境，同時在流體中增加緩蝕劑，以抑制腐蝕；一般腐蝕分為的化學反應腐蝕和電化學反應腐蝕兩種。

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