热交换器塔内件除沫器在防止换热管结垢中的重要作用与设计思路

除沫器在塔与热交换器衔接过程中的功能定位

在塔与热交换器的工艺流程中，气相物流常携带一定量雾沫和颗粒杂质，这些夹带物一旦进入后续换热器，极易在高温、高浓度或多相共存条件下形成沉积层。除沫器设置在塔气相出口或接近出口的托盘层面，将主要承担三项功能：一是对中、大粒径液滴进行机械捕集，降低进入换热器前的液滴含量；二是通过聚结和重力分离，使小液滴汇聚成较大液滴回落至塔底或相应塔板，维持塔内液相负荷平衡；三是通过改善气相流场分布，减弱局部高速冲刷与涡流，减少上升气相对上部构件与管程入口的冲击。对下游热交换器而言，经除沫器处理后的气体更为“干净”，不仅含液量显著降低，颗粒携带也随之减少，有利于减缓结垢与腐蚀双重机理的叠加效应。尤其在含盐体系、含酸雾体系以及有机物共沸体系中，除沫器对抑制晶盐沉积、酸性腐蚀和聚合物附着具有十分明显的工程价值。通过在流程设计阶段合理确定除沫器的安装高度、操作弹性和与塔径匹配关系，可以在保证传质效率的前提下，有效控制进入热交换器的夹带负荷。

常见除沫器结构形式与防垢机理对比

塔内件除沫器的结构形式多样，常用类型包括丝网除沫器、波纹板除沫器、栅板式除沫器以及复合结构形式。丝网除沫器由金属丝或非金属丝编织而成，通过高比表面积纤维网络拦截细小液滴，依靠纤维间的碰撞、滞留和聚结，使液滴增大后在重力作用下回落。其特点是压降低、截留效率高，对中小粒径雾沫尤其有效，适用于负荷波动不大、安装空间受限且对气相压降要求较严格的场合。在防止热交换器结垢方面，丝网除沫器能够显著降低携带酸雾、碱雾和含盐微滴的量，从源头上削弱在换热管表面的沉积驱动力。波纹板除沫器则由多层折流板叠置而成，气体在板间多次改变流向，液滴在惯性碰撞和离心力作用下被捕集并汇流至排液通道。与丝网结构相比，波纹板除沫器耐堵性能更好，适用于含固量较高或易产生黏稠雾滴的体系，能有效降低颗粒与液滴共同作用造成的垢层致密化趋势。栅板式除沫器结构相对简单，主要针对大粒径液滴和高气速工况，通过栅缝折流实现对雾沫的初级分离，在多级除沫或塔径较大场合常与丝网或波纹板组合使用。不同结构在防垢机理上的差异集中体现为对液滴粒径分布、夹带盐分以及固体颗粒的截留能力差别，工程设计需结合介质性质与热交换器结垢风险进行针对性配置。

除沫器性能指标与对换热管结垢的影响关系

评价除沫器性能通常关注液体夹带量、捕集效率、允许气速、压降以及操作弹性范围等关键指标，其中液体夹带量与捕集效率与换热管结垢程度关联最为紧密。液体夹带量越低，传递至换热器管束表面的可沉积物质量就越少，结垢速率自然下降。捕集效率则反映不同粒径液滴被除去的比例，特别是对微细液滴的处理效果，因为小液滴更易随气体深度进入设备内部空间，一旦在换热管冷端或温差较大区域遇到过饱和条件，就会快速形成垢核并向外生长。允许气速与压降则关系到装置负荷调节能力与能耗，在保证除沫效率的前提下，提高允许气速可减小塔径或提升处理能力，但若气速过高，液滴再夹带现象会增强，反而加剧下游结垢风险。操作弹性反映除沫器在不同负荷条件下维持较高捕集效率的能力，适用于常有负荷波动或周期性工况变化的装置。对于热交换器而言，稳定的高效除沫状态意味着换热管不易出现局部严重结垢或冷热端差异过大的情况，有利于维持整体传热系数与流速分布稳定。通过在除沫器选型设计阶段将目标液体夹带量与期望换热器清洗周期挂钩，可以实现更具前瞻性的工艺优化，使塔—换热器系统从单台设备的局部设计转变为全过程结垢控制设计。

工程设计与选型时需关注的工况与结构细节

在实际工程设计中，为了让除沫器在防止换热管结垢方面发挥稳定作用，需要综合考虑介质物性、操作压力、温度区间、气液负荷、塔径及上游塔板形式等因素。对于含盐体系，应关注溶解度随温度和压力变化的曲线，预测在热交换器管壁附近可能出现的过饱和区段，以此推导对除沫效率的要求；对于含酸或含碱雾的体系，则需关注雾滴的酸碱度与腐蚀敏感部位材质匹配情况，适当提高上游除沫级数，减少腐蚀性液滴进入换热器。结构设计方面，除沫器与塔壁之间的密封、支撑梁的刚度、分块结构的定位方式、排液通道的顺畅程度均会影响实际捕集效率与长期运行性能。尤其是大直径塔器，若除沫器分块拼装后密封处理不当，气体易沿缝隙串流，导致局部夹带浓度升高，使得下游部分换热管束受到异常结垢冲击。排液结构需避免液体在除沫层内和支撑件上形成滞留或次级雾化，否则会降低除沫效果并增加局部腐蚀风险。选型阶段还应根据检修周期和操作介质特性确定材料和结构强度，如采用耐腐蚀合金钢、聚四氟乙烯衬层或其他防腐措施，以提高塔内件在高湿、高盐、高酸碱环境下的寿命，减少除沫器本体腐蚀脱落对换热器形成二次污染的可能性。

运行维护管理对防垢效果的长期保障作用

即便在设计阶段完成了合理的除沫器选型与布置，如果运行维护管理不到位，防止热交换管结垢的效果仍可能大打折扣。长期运行中，除沫器表面可能积聚颗粒物、油性物质和聚合产物，导致有效通流面积减小、压降增大、局部雾沫通道堵塞，进而诱发气体旁路流动与夹带量上升。这种状态往往具有隐蔽性，前期仅表现为换热器压降缓慢上升和换热效率轻微下降，若不通过压降监测、塔顶含液量检测或定期开塔检查进行判别，很难及时发现。为保障防垢效果，应建立完善的运行监测和维护制度，如对塔顶压力、温度、换热器进出口压差和温差进行长期趋势分析，一旦出现与设计曲线偏离的信号，及时评估是否与除沫器性能下降相关。对于含固或易聚合体系，可根据工艺特点安排定期停工清洗或在线冲洗措施，清除除沫器表面沉积层，恢复其原有的捕集效率。同时，在检修过程中需检查除沫器分块之间的密封垫、固定件和支撑梁是否完好，防止因结构松动造成气流短路。通过将除沫器的检查维护纳入装置的标准化检修流程，可以实现防垢措施的长期有效执行，使热交换器在多周期运行中保持稳定的传热性能和较低的结垢速率。