在化工厂中，冷却水被广泛用于壳式换热器和夹套设备。
设备在投运初期通常不会出现问题，但随着运行年限的增加，传热性能必然会逐渐下降。
真正的问题在于，这种性能劣化是缓慢推进的。
因此，人们往往会以“目前还可以接受”“暂时不紧急”等理由不断推迟应对措施。
而当问题以温度异常或泄漏等形式显现出来时，往往已经发展到了相当严重的阶段。
本文将聚焦于只要使用冷却水就不可避免会发生的问题，而不论具体的工艺介质是什么。
我们将说明污垢系数的增加如何导致换热性能下降、能耗上升，并最终引发设备损伤。
同时，也会讨论清洗和水质改善在现实中的局限性，以及化工厂在进行长期设备维护决策时应有的思考方式。
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水是“脏的”——设计人员往往难以切身体会的现实
具有丰富运行和维护经验的操作人员，往往凭直觉就明白“水是脏的”这一事实。
然而，即便是设计人员，也常常缺乏对这一现实的切身体会。
在设想壳侧或夹套侧使用冷却水的系统时，人们很容易想象成干净的水持续流动、换热始终保持在理想状态。
但在现实中，只要使用冷却水，锈蚀物和不溶性固体就会逐渐附着在表面上，使冷却水侧的污垢系数不断上升。
从传热角度来看，这意味着有效的传热热阻增加——
本质上，相当于传热壁厚“变厚”了。
这一现象是不可避免的，无论是壳式换热器还是夹套设备，都会发生同样的问题。
污垢系数增加导致的性能损失
随着污垢的不断积累，换热器的性能必然下降。
下面从定量角度进行评估。
假设冷却水侧的污垢系数从
0.0004 增加到 0.0006 m²·hr·K/kcal。
仅仅这一变化，就可能使总传热系数下降约 20%。
从数值上看似乎不大，但在实际运行中，其影响非常显著。
随着污垢的累积，会同时出现以下情况：
- 有效传热面积减小
- 冷却水流速上升
- 压力损失增加
在现场层面，与其分别分析这些影响，不如将其整体视为总传热系数的下降，这种处理方式在实际运维中更加合理。
从能耗成本的角度来看
为了弥补 20% 的换热性能下降，假设通过增加 20% 的冷却水流量来补偿，相应地泵的功率也增加 20%。
假设条件如下：
- 泵功率：30 kW → 36 kW
- 电价：30 日元/kWh
- 年运行时间：8,000 小时
由此，每年将增加约 144 万日元 的电力成本。
如果该装置年产量为 100 吨，则相当于
14.4 日元/kg 的变动成本增加。
这一成本是否可以接受，将成为关键的判断点。
如果忽视结垢，会发生什么
工艺温度上升
当污垢堆积导致冷却水流道变窄时，设备将无法实现充分冷却。
在液–液换热器中，这通常表现为出口温度上升，并可能通过报警被检测到。
然而，在冷凝器中，异常情况并不总是立即显现，使得问题更难被及时发现。
泄漏与设备故障
在长期运行过程中，锈蚀反复生成并剥落，会逐渐削弱设备壁厚。
最终，常由 SS400 等碳钢制成的壳体或夹套，可能因承压能力不足而发生破裂。
即便介质“只是冷却水”，在化工厂中发生泄漏后的修复也极为困难。
在运行装置中进行焊接修复，往往既不简单，也不安全。
对于壳管式换热器，还可能发生管侧破损。
这主要与厚度差有关：
管子与壳体之间的厚度差，通常小于容器本体与夹套之间的厚度差。
对策及其局限性
让冷却水变干净并不容易
人们自然会想到：“既然冷却水脏，那就把水弄干净。”
从技术上看，这确实是可行的，但水质改善往往需要付出高昂的成本。
冷却水系统通常以降低成本为最优先目标进行管理。
虽然工业用水可以经过处理变成更干净的水，但由于持续补水的需求，长期运行成本非常高。
在很多情况下，工厂会理性地判断：
设备用到失效后再更换，反而更加经济。
清洗同样成本高昂
假设单台设备的清洗费用为 500 万日元。
如果一个工厂拥有 50 台换热器，每年清洗 2 台，那么每台设备大约 25 年才清洗一次。
从全厂角度来看，这相当于每年约 1,000 万日元 的维修费用。
对于年产量 100 吨的装置而言，相当于
100 日元/kg 的固定成本增加。
即使进行了清洗，也可能只是将设备寿命从 40 年延长到 50 年左右。
考虑到单台设备的更换费用可能超过 1,000 万日元，
维护策略必须基于冷静、定量的评估来决定。
结论（Conclusion）
只要使用冷却水，结垢就是不可避免的。
污垢的增加会直接导致：
- 换热性能下降
- 能耗成本上升
- 设备故障风险增加
关键并不在于简单地回答“要不要清洗”或“要不要改善水质”。
正确的做法，是在成本、设备寿命与风险之间取得平衡。
换热器的维护，应建立在长期、理性的决策基础上，而不是只追求短期效率。
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