熱交換器のスケール対策の良い方法

まず、なぜ熱交換器にスケールが付くのかを見てみましょう。その理由は非常にシンプルです。第一に、熱交換器が稼働している際の周囲環境が、スケールが形成される大きな要因となります。例えば、ある熱交換器は工場内に設置されており、工場内にはほこりが多いため、時間が経つにつれてスケールができてしまいます。また、水の中に設置されている熱交換器の場合も、時間が経つと水中の懸濁物質が容易にスケールを形成します。このような状況があるとスケールが発生します。では、よく見られるスケールの種類を見てみましょう。1）粒子状スケール：流体中に浮遊する固体微粒子が、熱交換面に堆積したものです。この種の汚れには、水平な熱交換面において重力の作用によって形成される、より大きな固体粒子からなる沈着層、すなわちいわゆる沈着汚れや、その他のコロイド粒子の沈着も含まれる。 2）結晶汚れ：流体中に溶けている無機塩が熱交換面で結晶し、堆積物として形成されるもので、通常は過飽和状態や冷却時に発生する。冷却水側の炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、二酸化ケイ素によるスケール層など、典型的な汚れです。 3）化学反応による汚れ：伝熱面で化学反応が起こることによって生じる汚れで、伝熱面の材料は反応には関与しないが、化学反応の触媒として機能することがある。 4）腐食汚れ：腐食性のある流体、またはその中に含まれる腐食性の不純物が熱交換面を腐食させて生じる汚れ。通常、腐食の程度は、流体中の成分、温度、および処理対象となる流体のpH値によって決まります。 5）生物スケール：海水冷却装置を除き、一般的な生物スケールは微生物スケールを指す。それによって粘土が生じる可能性があり、その粘土は逆に生物付着物の増殖に好都合な環境を提供する。この生物付着物は温度に非常に敏感で、適切な温度条件下ではかなり厚い付着層を形成することがある。 6）凝固スケール：過冷却された熱交換面で流体が凝固して形成されるスケール。例えば、水が氷点以下で熱交換面に凝結して氷になる場合です。温度分布の均一性は、この種の汚れに大きな影響を与えます。 スケール発生を防ぐ技術には、以下の点を考慮すべきである：1）スケールの形成を防ぐこと；2）スケール発生後の物質同士の付着および伝熱面への堆積を防ぐ；3）伝熱面から堆積物を除去する。 スケール発生を防ぐための対策には、以下のようなものがあります。1 設計段階で講じるべき対策 プレート式熱交換器の設計段階において、潜在的な汚れを考慮した設計を行う際には、以下の6つの点を考慮する必要があります：1）熱交換器が容易に清掃・修理できること（プレート式熱交換器の場合など）；2）熱交換装置を設置した後、汚れを清掃する際に装置を取り外す必要がなく、現場で直接清掃が可能です；3）デッドゾーンと低流速域はできるだけ少なくすべきである；4）熱交換器内の流速分布は均一でなければならず、大きな速度勾配を避けて温度分布が均一になるようにしなければならない（例：折り返し板付近）；5）適切な圧力損失を保ち、腐食を引き起こさない範囲で、流速を上げることはスケールの低減に役立つ；6）熱交換面の温度がスケール形成に与える影響を考慮すべきである。 2 運転段階における汚れの制御 1）設計条件の維持 設計時に熱交換器に過剰な熱交換面積が用いられているため、運転時にはプロセスの要求を満たすために流量や温度を調整する必要があり、その結果設計条件と異なってしまう。しかし、運転時間を延ばし、汚れの発生を遅らせるために、バイパスシステムを通じて可能な限り設計条件（流量と温度）を維持すべきである。2）運転パラメータの制御 熱交換器が稼働している間、入口の物質条件は変化する可能性があるため、定期的に流体中のスケール生成物の含有量、粒子サイズ、および液体のpH値を測定する必要がある。3）保守対策が適切である。熱交換装置の保守作業中に生じる溶接部や傷などは、スケールの形成を促進する可能性があり、流速の不均一さは腐食を加速させる。流体が冷却水に漏れ出ると、微生物の栄養源となり得る。また、空冷式エアコン周辺の空気中のほこりを除去する対策がないため、粒子の堆積や熱交換器の化学反応によるスケールの形成が促進される。不純な水を使って水圧試験を行うと、腐食や汚れの急速な発生を引き起こす可能性があります。4）添加剤の使用　異なるタイプのスケール生成メカニズムに対して、様々な添加剤を用いてスケールの形成を減少させたり、除去したりすることができる。生物殺菌剤や阻害剤、結晶改良剤、分散剤、凝集剤、防食剤、化学反応阻害剤、および燃焼システムにおけるスケール防止用の添加剤などです。5）流体中のスケール生成物濃度の低減 通常、スケールは流体中のスケール生成物濃度が上昇するにつれて増加するが、粒子状の汚れはフィルタリング、凝集、沈殿によって除去することができる；瘢痕状物質については、イオン交換や化学処理によって除去することができる；紫外線、超音波、磁場、電場、および放射線処理について、紫外線は細菌を殺すのに非常に効果的であり、強力な超音波は生物付着物を効果的に抑制する。現在、磁場、電場、放射線処理装置に関する研究も行われているが、結論についてはさらなる研究が必要である。 3 化学的または機械的な洗浄技術　化学的洗浄技術は広く用いられている方法で、場合によっては装置が稼働中にも洗浄を行うことができるが、その主な欠点は化学洗浄液の不安定さと、熱交換器や接続管に腐食を引き起こすことである。機械的洗浄技術は、通常、ケーシング側の汚れを除去するために用いられる。まず管群を取り出し、異なる液体に浸して汚れを柔らかくし緩めた後、機械的な方法でスケール層を除去する。 4 機械式オンラインスケール除去技術 1）研磨粒子の使用 流体に固体粒子を加えて熱交換器の表面を摩擦させ、スケールを除去するが、熱交換器の表面に腐食を引き起こしやすい。2）スポンジゴムボールによる連続的なスケール除去は、主に発電所の凝縮器における冷却水側の汚れ除去に用いられる。スポンジゴムボールはポンプによって熱交換器の管内を循環し、その直径は管の直径よりわずかに大きいため、管内を通過する各ボールが管壁を軽く圧迫し、動きながら堆積物を削り取る。3）自動洗浄　熱交換器の配管洗浄装置は、2つのカバーと1本のナイロンブラシで構成されており、カバーは各配管の両端に取り付けられ、水の流れの方向を変えることでブラシが配管内を前後に移動しながら洗浄を行う。水流の向きを変えることで、ブラシをパイプ内に押し進めて洗浄できる。水流の方向切り替えは、圧縮空気によって駆動され、配管に接続された四通弁がタイミングを制御して行われる。

今日、銅ベースのスケール除去装置を見たばかりですが、効果はどうなのかわかりません；また、循環水はその水質を保つために処理が必要です

化学的または機械的な洗浄技術　化学的洗浄技術は広く用いられている方法で、場合によっては装置が稼働中にも洗浄を行うことができる。しかし、その主な欠点は化学洗浄液の不安定さと、熱交換器や接続管に腐食を引き起こすことである。機械的洗浄技術は、通常、ケーシング側の汚れを除去するために用いられる。まず管群を取り出し、異なる液体に浸して汚れを柔らかくし緩めた後、機械的な方法でスケール層を除去する。

間隔をあけて数本の熱交換管を抜き出し、3つのノズルを使って抜き出した熱交換管を高圧で洗浄すると、効果が良い

水垢対策の第一歩として考えるべきは除去ではなく、阻止です！

防げないのであれば、高圧洗浄は良い選択肢です

循環水システム内の熱交換器にスケールが付着した場合は、LT3Fスケール除去・防止装置の設置をお勧めします。オンラインでスケールの防止と除去が可能で、電力や磁力を必要とせず、薬剤も追加不要なため、省エネで環境に優しいです。

重要なのはやはり発生源での制御であり、スケールの生成を防ぐことが最も重要です。