本文聚焦于焦化废水处理中的列管式换热器。首先阐述焦化废水的特性及其对换热器设计选型的挑战，接着分析列管式换热器在焦化废水处理中的工作原理与结构特点。深入探讨影响其换热效率的因素，如污垢热阻、流体流速等，并提出相应的优化策略。同时，针对焦化废水对换热器的腐蚀和结垢问题，提出有效的防护与清洗措施。最后，对列管式换热器在焦化废水处理中的未来发展趋势进行展望，旨在为提高焦化废水处理效率、延长换热器使用寿命

焦化废水列管式换热器：性能优化与运维管理

摘要：本文聚焦于焦化废水处理中的列管式换热器。首先阐述焦化废水的特性及其对换热器设计选型的挑战，接着分析列管式换热器在焦化废水处理中的工作原理与结构特点。深入探讨影响其换热效率的因素，如污垢热阻、流体流速等，并提出相应的优化策略。同时，针对焦化废水对换热器的腐蚀和结垢问题，提出有效的防护与清洗措施。最后，对列管式换热器在焦化废水处理中的未来发展趋势进行展望，旨在为提高焦化废水处理效率、延长换热器使用寿命提供参考。

一、引言

焦化行业是钢铁、化工等产业的重要支撑，但在焦化生产过程中会产生大量成分复杂、污染性强的焦化废水。这些废水含有高浓度的有机物、氨氮、硫化物及重金属等污染物，若未经有效处理直接排放，将对环境造成严重危害。在焦化废水处理工艺中，换热器是关键设备之一，用于实现废水与冷却介质之间的热量交换，以满足后续处理工艺的温度要求。列管式换热器因其结构简单、换热效率较高、适应性强等优点，在焦化废水处理中得到广泛应用。然而，焦化废水的特殊性质给列管式换热器的运行带来了诸多挑战，如腐蚀、结垢等问题，影响了换热器的性能和使用寿命。因此，深入研究焦化废水列管式换热器的性能优化与运维管理具有重要的现实意义。

二、焦化废水的特性及其对换热器的影响

2.1 焦化废水的特性

焦化废水主要来源于焦炉煤气初冷和焦化生产过程中的用水，其成分复杂，具有以下特点：

有机物含量高：含有酚类、多环芳烃、含氮杂环化合物等多种有机物，这些有机物大多具有生物毒性，难以生物降解。

氨氮浓度高：氨氮是焦化废水中的主要污染物之一，高浓度的氨氮会对微生物产生抑制作用，影响生物处理效果。

含盐量高：废水中含有大量的氯化物、硫酸盐等无机盐，会导致水的电导率升高，增加设备的腐蚀风险。

含有悬浮物和重金属：废水中含有煤粉、焦油等悬浮物，以及汞、镉、铅等重金属，这些物质会在换热器表面沉积，形成污垢，影响换热效率。

2.2 对换热器的影响

焦化废水的上述特性对列管式换热器的性能和使用寿命产生了严重影响：

腐蚀问题：废水中的氯离子、硫化物等具有强腐蚀性，会侵蚀换热器的金属管壁，导致管壁变薄、穿孔，引发泄漏事故。

结垢问题：废水中的悬浮物、有机物和无机盐等会在换热器表面逐渐沉积，形成污垢层。污垢层的导热系数远低于金属管壁，会显著降低换热器的传热效率，增加能耗。

堵塞问题：当污垢积累到一定程度时，会堵塞换热器的管程或壳程，影响流体的正常流动，降低换热器的处理能力。

三、列管式换热器的工作原理与结构特点

3.1 工作原理

列管式换热器由壳体、管束、管板和封头等部件组成。壳体内装有平行排列的管束，管束两端固定在管板上。一种流体（如焦化废水）在管内流动，称为管程流体；另一种流体（如冷却水）在管外流动，称为壳程流体。通过管壁的热量传递，实现两种流体之间的热量交换。根据流体在管程和壳程的不同流动方式，列管式换热器可分为顺流、逆流和叉流等几种形式，其中逆流换热的平均温差最大，换热。

3.2 结构特点

结构简单：列管式换热器由少量的零部件组成，结构紧凑，易于制造和安装。

适应性强：可根据不同的工艺要求，选择合适的材料、管径、管长和排列方式，以满足不同流体的换热需求。

处理能力大：管束数量多，换热面积大，能够处理较大流量的流体。

检修方便：当换热器出现故障时，可通过拆卸封头和管板，对管束进行检修或更换。

四、影响列管式换热器换热效率的因素及优化策略

4.1 影响换热效率的因素

污垢热阻：污垢在换热器表面的沉积会增加额外的热阻，降低传热系数。污垢热阻的大小与废水的成分、流速、温度等因素有关。

流体流速：流体流速过低会导致流体在换热器内的停留时间过长，容易形成污垢；流速过高则会增加流体的流动阻力，消耗更多的能量。

流体物性：流体的密度、粘度、比热容等物性参数会影响流体的传热性能。例如，粘度较大的流体传热系数较低。

换热器结构参数：管径、管长、管间距、管束排列方式等结构参数会影响流体的流动状态和传热面积，从而影响换热效率。

4.2 优化策略

优化换热器结构：合理选择管径、管长和管束排列方式，增加换热面积，提高流体的湍流程度，降低污垢热阻。例如，采用波纹管代替光滑管，可增强流体的扰动，提高传热系数。

控制流体流速：根据废水的特性和换热器的设计要求，合理控制管程和壳程的流体流速。一般来说，管程流速可控制在 0.5 - 2m/s，壳程流速可控制在 0.2 - 1m/s。

采用强化传热技术：在换热器表面采用涂层、翅片等强化传热措施，提高传热效率。例如，在管外表面涂覆一层高导热系数的涂层，可降低污垢与管壁之间的接触热阻。

定期清洗换热器：建立科学的清洗制度，定期对换热器进行清洗，去除污垢层，恢复换热器的传热性能。清洗方法包括化学清洗、物理清洗和生物清洗等。

五、焦化废水对列管式换热器的腐蚀与防护

5.1 腐蚀机理

焦化废水中的氯离子、硫化物等腐蚀性介质会破坏金属表面的氧化膜，使金属基体暴露在腐蚀环境中，发生电化学腐蚀。在腐蚀过程中，氯离子会加速金属的阳极溶解，而硫化物会在金属表面形成疏松的硫化物膜，进一步加剧腐蚀。

5.2 防护措施

选材优化：根据焦化废水的腐蚀特性，选择耐腐蚀性强的材料制造换热器，如不锈钢、钛材、双相钢等。对于腐蚀性较强的工况，可采用内衬防腐材料的复合管。

表面处理：对换热器表面进行防腐处理，如镀锌、镀镍、涂覆防腐涂料等，形成一层保护膜，阻止腐蚀性介质与金属的直接接触。

电化学保护：采用阴极保护或阳极保护等电化学保护方法，通过外加电流或牺牲阳极的方式，使换热器表面形成保护电位，防止腐蚀的发生。

添加缓蚀剂：在焦化废水中添加适量的缓蚀剂，缓蚀剂可以在金属表面形成一层吸附膜，抑制金属的腐蚀反应。

六、列管式换热器的结垢与清洗

6.1 结垢机理

焦化废水中的悬浮物、有机物和无机盐等在换热器表面沉积形成污垢的过程是一个复杂的物理化学过程。主要包括以下几个阶段：

吸附阶段：废水中的微小颗粒和离子在换热器表面吸附，形成初始的吸附层。

结晶阶段：无机盐在吸附层上结晶生长，形成结晶垢。

凝聚阶段：有机物和悬浮物在结晶垢表面凝聚，形成复合垢。

6.2 清洗方法

化学清洗：使用合适的化学清洗剂溶解污垢，如酸性清洗剂可用于去除碳酸盐垢和铁锈，碱性清洗剂可用于去除油脂垢和有机物垢。化学清洗具有清洗效果好、速度快等优点，但可能会对换热器材料造成腐蚀。

物理清洗：采用高压水冲洗、机械刷洗、超声波清洗等物理方法去除污垢。物理清洗不会对换热器材料造成腐蚀，但清洗效果可能不如化学清洗。

生物清洗：利用微生物的代谢作用分解污垢中的有机物，达到清洗的目的。生物清洗具有环保、无腐蚀等优点，但清洗周期较长。

七、未来发展趋势

7.1 高效节能型换热器

随着能源问题的日益突出，开发高效节能型列管式换热器将成为未来的发展方向。通过优化换热器结构、采用新型强化传热技术和材料，提高换热器的传热效率，降低能耗。

7.2 智能化运维管理

结合物联网、大数据和人工智能等技术，实现对列管式换热器的智能化运维管理。通过实时监测换热器的运行参数，如温度、压力、流量、腐蚀速率等，实现故障预警和远程诊断，提高设备的运行可靠性和维护效率。

7.3 绿色环保型清洗技术

研发绿色环保型清洗技术，减少化学清洗剂的使用，降低对环境的污染。例如，开发新型的生物清洗剂和物理清洗方法，实现清洗过程的绿色化。

八、结论

列管式换热器在焦化废水处理中发挥着重要作用，但焦化废水的特殊性质给换热器的运行带来了诸多挑战。通过优化换热器结构、控制流体流速、采用强化传热技术等措施可以提高换热效率；通过选材优化、表面处理、电化学保护等方法可以有效防护腐蚀；通过化学清洗、物理清洗和生物清洗等方法可以去除污垢。未来，随着技术的不断发展，列管式换热器将朝着高效节能、智能化运维管理和绿色环保的方向发展，为焦化废水处理提供更有力的支持。