熱交換器在源與工作流體之間傳遞熱量。

被忽視的換熱器可能因水垢堆積和未被發(fā)現(xiàn)的泄漏而悄悄消耗數(shù)千美元的能源和水資源浪費。通過定期評估和及時的管道束維修，設施可以顯著提升熱效率，防止代價高昂的故障，并延長關鍵基礎設施的使用壽命。

熱交換過程涉及維持兩個源之間的有效熱傳遞，但由于熱交換器極易受到處理或未處理水的水垢堆積影響，這也帶來了挑戰(zhàn)。此外，這些礦物沉積物附著在管束表面，導致以下問題：

• 能量損失：結垢堆積和泄漏會降低系統(tǒng)熱傳遞能力的有效性。即使是薄薄的一層氧化物也能減少3%到6%的熱量傳遞，導致數(shù)千美元的能源浪費。開環(huán)系統(tǒng)（家庭熱水、清潔蒸汽發(fā)生器、蒸汽交換加濕器以及某些制造工藝）規(guī)模最大，因為補水水中含有溶解礦物質。它們應每年清潔一次。閉環(huán)系統(tǒng)（建筑供暖系統(tǒng)和部分制造工藝）應至少每三年清洗一次，或按需要進行。

• 加熱時間延長：隨著規(guī)模的擴大，熱交換器傳遞熱量所需的時間會長得多。例如，如果設施需要可靠的熱水供應，除垢熱交換器有助于保持制造商設計的能量傳輸時間。

• 漏水管束：當秤附著在熱交換器上時，開始腐蝕表面。隨著時間推移，秤可能會腐蝕金屬并產(chǎn)生泄漏。檢查、測試和清潔有助于避免突然出現(xiàn)泄漏和熱交換器故障的緊急情況。

大多數(shù)換熱器會在未被發(fā)現(xiàn)的情況下漏水，直到蒸汽系統(tǒng)出現(xiàn)水錘效應、故障的存水彎和閥門增加，或壓力/溫度問題。大多數(shù)情況下，這些問題可以通過定期的檢查、測試和除垢程序來預防。

根據(jù)應用不同，可以使用多種開環(huán)和閉環(huán)熱交換器設計。

熱交換器評估的四個關鍵目標

定期進行熱交換器評估對于其高效使用至關重要。該項目的四個最重要目標——應包括測試、維護和修理——分別是確保運行完整性、保證熱效率、促進節(jié)水和促進化學品節(jié)約。

作完整性：熱交換評估應從基本的熱交換器識別和文檔記錄開始。文檔應包括標簽#、位置、類型、制造商、型號和應用。例如，APM熱交換器調查會在不銹鋼標簽上標注唯一編號，方便快速查詢熱交換器的位置和信息。

隨后進行靜水壓測試，將換熱器從真空中取下，以識別和驗證隔離閥和清潔口的功能。隨后將進行壓力測試以驗證束的完整性。流體通過熱交換器的壓力略高于工作壓力，以便調查介質之間是否有泄漏（例如水側到蒸汽側）。

熱交換器調查報告包括匯總數(shù)據(jù)，列出總熱交換器數(shù)量，突出顯示存在“功能障礙”的設備，以及結果的圖形展示。信息包括每年估計的總蒸汽損失;總估計的年度熱損失;熱交換閥狀態(tài);以及管束失效。

對于熱交換器泄漏，評估將包括泄漏的水量、自來水的溫度以及期望的輸出溫度。開發(fā)了一個電子表格來計算損失的能量，公用事業(yè)公司可以用來激勵修理泄漏的熱交換器。所有運行完整性信息匯集成最終報告，包含評估細節(jié)，以及清潔每個熱交換器的費用和/或必要的維修費用。

如果沒有泄漏，內窺鏡照片可以用來記錄視覺評估，證明束內是否積垢，并評估未來是否可以清潔。如有必要，報告可能包含安裝可進行現(xiàn)場清潔的接口建議。

熱效率：由于燃料用于產(chǎn)生熱量，需要確保熱量到達預期位置。在災難性情景中，例如熱交換器泄漏，水被加熱到一定溫度后，水從水側泄漏到蒸汽端，并帶著冷凝水流失。這些水必須補充，而且由于補充水通常是街頭水，溫度通常在約60到65華氏度之間，要重新加熱到理想的輸出溫度130華氏度需要相當大的能量。這種已經(jīng)被加熱的水資源浪費，嚴重導致熱效率損失。

熱交換器水面積聚的白色水垢也阻礙了熱量的高效傳遞。完全干凈的金屬比表面覆蓋的金屬更好地將熱從一種介質傳遞到另一種介質。此外，水垢的積累會減少通過該熱交換器的介質體積，所以在其他條件相同的情況下，隨著水垢堆積減少，元素的可用體積減少，排出相同量的水所需的時間會更長。在這種情況下，通過原地清潔工藝去除除垢，熱效率提升，對設施和運營人員的干擾更小。

去除水垢非常重要，因為水垢會增加熱交換器內的壓力差。它還能減少水流，增加泵的能量需求，降低熱量有效和高效傳遞的能力。規(guī)模還會造成沉積不足腐蝕的環(huán)境，從而縮短熱交換設備的壽命。

由于比例尺的化學成分、束束大小以及兩端的壓力，精確測量因縮放損失的能量可能較為困難。評估報告可能包含用內窺鏡拍攝的照片，顯示包裹已安裝狀態(tài)，以及當前狀態(tài)的照片，以說明規(guī)模的積累程度。

節(jié)約用水——在熱交換器漏水的情況下，必須補充水源，這可能會帶來顯著的額外成本，具體取決于社區(qū)的用水費用?；瘜W保護——這一元素在蒸汽生產(chǎn)應用中尤為關鍵。用于蒸汽的鍋爐補水經(jīng)過高度處理，包括防腐劑和其他化學品，以防止系統(tǒng)內冒泡和濕蒸汽。如果沒有這些化學品的添加，街道上的水可能會比鍋爐更快地破壞鍋爐并腐蝕其。生產(chǎn)蒸汽的希望將蒸汽中的所有熱量捕獲出來，然后將轉化為冷凝水的蒸汽返回鍋爐。實際上，冷凝水就像液態(tài)黃金——盡量保留冷凝水并將其帶回鍋爐。熱交換器泄漏會導致水分稀釋。水最終變冷且化學成分不足，因此必須加入更多水來恢復化學性質。如果未能及時發(fā)現(xiàn)，鍋爐很容易腐蝕。

確定熱交換器維護活動的投資回報率

熱交換器評估計劃應包括能耗計算及投資回報率數(shù)據(jù)，以便評估清潔的商業(yè)案例，并
估算可實現(xiàn)的顯著整體節(jié)約。信息包括基于蒸汽成本、因垢垢導致的百分比轉移損失以及熱交換器結垢的假設，計算了熱交換器清洗項目的回收時間（以年
計）。

APM Steam發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)設施的平均蒸汽成本約為每1000磅蒸汽15美元。其中十分之一美元（約三分之二）是能源。確定水與化學品成本的比例取決于設施和水處理量，但估計水約需3美元，化學品約2美元，以產(chǎn)生1000磅蒸汽。APM Steam通常為運營商提供一個保守的假設，即通過清潔縮放可以節(jié)省約3%的能耗。

熱交換器評估應至少每三年進行一次，具體取決于地點。在水質較差的地區(qū)（即水質較硬且容易出現(xiàn)水垢的區(qū)域），可能會更頻繁地進行檢測，而水處理良好的地區(qū)則不需要更頻繁的檢測。測試應確保熱交換器達到設定點，無垢，且無泄漏。定期確保這一點并及時解決問題是正確的做法。隨著時間推移，規(guī)模的積累會削弱系統(tǒng)，并可能導致更多問題。

ABC公司——2023年熱交換器調查報告：蒸汽損失計算

HEX清潔簡單回收：因結垢堆積導致
3%的傳輸損失

HEX清潔費用

16,524美元

年度運營成本

393,354美元

因規(guī)模積累造成的損失

11,801美元

簡單報復（年份）

1.4

本次分析將使用貴設施中記錄的一臺熱交換器。現(xiàn)場平均熱交換器尺寸使用1681磅/小時蒸汽。預防性維護優(yōu)先級較低，至少已有3到5年未進行。

假設蒸汽成本為15美元/1000磅，且因結垢導致3%的轉移損失，您的結垢換熱器成本為11,800.62美元。假設因結垢導致5%的傳輸損失，你的熱交換器結垢成本為19,667.70美元。

這些假設是基于行業(yè)平均值的估算。美國植物維護有限責任公司認為這些計算是對您能量損失的保守估計。

熱交換器評估有助于計算蒸汽損失，并展示清潔交換器的簡單回報，以防止因規(guī)模堆積導致的轉移損失。來源：APM Steam。

地面熱交換器評估

測量熱損失的公式。

自2011年以來，APM一直為擁有562張床位的佛蒙特大學醫(yī)療中心提供服務，幫助他們在專注于患者護理和學術研究的同時，盡可能高效地運行蒸汽系統(tǒng)。工作包括對多座建筑進行調查，建筑內設有500多個蒸汽陷阱和20多種不同的熱交換器。隨后，APM建立了一個全面的項目，以評估最具成本效益的節(jié)能機會。編譯 陳講運

第一項調查發(fā)現(xiàn)，修復或保溫存水彎以及在多個熱交換器原地清潔，每年節(jié)省了超過5萬美元的費用。雖然蒸汽疏水閥節(jié)省電量有廣泛文獻記載，但估算現(xiàn)場清潔熱交換器的節(jié)能仍是一門藝術而非科學;然而，當熱交換器運行多年未進行維護時，會積累水垢，降低了裝置的實際傳熱系數(shù)。原地清潔換熱器可以減少加熱熱交換器水側所需的能量。

APM以保守的1%能耗改善為例，估計清潔熱交換器每年可額外帶來5萬美元。

項目初期，他們的鍋爐廠使用了兩臺鍋爐為整個校園供電。在全面蒸汽項目完成后，佛蒙特大學醫(yī)療中心能夠關閉其中一臺鍋爐，僅用作備用。

另一個例子是紐約市的大都會醫(yī)院中心，該中心曾面臨過量水回流到鍋爐系統(tǒng)的關鍵問題。為評估根本問題并確保系統(tǒng)可靠性和性能，APM Steam被要求進行全面的熱交換器（HEX）測試和評估調查。調查顯示，三組熱交換器組件失效，導致系統(tǒng)效率和性能顯著下降。

用于識別每個熱交換器的不銹鋼標簽示例。

APM在六周內確定、采購并安排了售后替換包的快速交付。APM團隊隨后迅速安裝HEX套件以恢復系統(tǒng)功能，并于次日返回，通過降低蒸汽壓力優(yōu)化系統(tǒng)性能。這一調整確保了高效運行并減輕了系統(tǒng)組件的壓力。

自干預以來，系統(tǒng)運行順利，證明了及時有效解決方案的成功。積極的診斷方法、迅速的采購和安裝以及隨后的壓力調整，使系統(tǒng)恢復到了最佳狀態(tài)。這一例子真正強調了警惕系統(tǒng)監(jiān)控、快速問題識別，以及最重要的高效的解決方案策略的重要性，這些策略有助于維護關鍵基礎設施的可靠性，確保即使面對意外挑戰(zhàn)也能順利恢復正常運行。

緊跟問題比等待問題出問題更具成本效益

熱交換器是設施中不可或缺的設備，問題并不總是可見。失效的管束和熱交換器隔離閥可能會對建筑供暖、家庭熱水或其他設施流程的運行完整性產(chǎn)生不利影響。定期進行熱交換器評估并進行清潔和維修，可以節(jié)省時間和金錢。這也有助于消除人員不足設施中不受歡迎的意外情況，因為工作人員必須用有限的資源完成大量工作。與其要求員工放下日常工作去應對緊急情況，不如采用外部資源進行定期清潔計劃，更好地利用員工，使維護工作更加可預測。

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