Fördjupning om backspolning

Backspolning förhindrar fouling av plattvärmeväxlare 

Backspolning är en synnerligen effektiv metod att motverka fouling, dvs. igensättning och försmutsning, av plattvärmeväxlare. I en konventionell plattvärmeväxlare, med plattor av tunna korrugerade plåtar, uppnås den extremt höga värmeöverföringen av det pressade mönstret i plattorna. I kanalerna skapas kraftig turbulens då flödet ständigt tvingas ändra riktning och hastighet, och detta är både bra och dåligt ur foulingsynpunkt. Där hastigheten är hög är risken för fouling liten, och där den är låg är risken stor.

Vid åsarnas anströmningssidor ökar vätskans hastighet, medan den avtar på baksidorna. I området på baksidan är hastigheten nära noll och risken för fouling störst, och om förutsättningarna för fouling finns startar avsättning av foulingprodukter här, oavsett typ av fouling. Vid backspolning vänds flödesriktningen och de ytor, som vid normal drift är i lä, blir då anströmningsytor med höga lokala hastigheter. Förutsatt att backspolning sker regelbundet kan man mycket effektivt förhindra att foulingen utvecklas så långt, att värmeöverföringen sjunker resp. tryckfallet ökar till oacceptabla nivåer.

Biologisk fouling förekommer i värmeväxlare som används i kylsystem där vatten tas direkt från naturen, t.ex. havsvatten. Den biologiska foulingen uppkommer då levande organismer som alger, musslor mm. etablerar sig i värmeväxlaren. Problemet är oftast störst i inloppsregionen där temperaturen är gynnsam för organismernas tillväxt. Sporer, ägg och små larver som följer med vattnet in i värmeväxlaren, kommer att passera de ovan nämnda läområden och när de får kontakt med en yta så fäster de där. Det är naturligtvis bara en mycket liten del som fäster, men eftersom det är ett kontinuerligt vattenflöde genom värmeväxlaren är det mycket stora mängder sporer etc. som passerar. Det går inte att eliminera problemet genom att installera filter, åtminstone inte med normala filter. Storleken på de här mikroorganismerna är mindre än 10μm.

Enligt en publicerad doktorsavhandling av Lena Granhag vid Göteborgs Universitet har mikroorganismerna mycket svårt att etablera sig på en yta om vattenhastigheten överstiger ca 0,2m/s. Man har funnit att algsporer fäster sig med ett limämne och för att uppnå full styrka krävs det en härdningstid på några dagar för. När fogen väl är fullt härdad krävs det en hastighet på mer än 10m/s för att riva loss sporerna. Dessa forskningsresultat förklarar varför backspolning även kan förhindra biologisk fouling. Genom att backspola regelbundet, flera gånger per dygn, får mikroorganismerna aldrig möjlighet att fästa ordentligt. När flödesriktningen vänds kommer ytorna där vattnet passerade med låg hastighet plötsligt utsättas för mycket hög hastighet, och mikroorganismerna spolas bort.

Förutom att hastigheten ökar kommer även temperaturen öka kraftigt till en nivå som ligger långt över den naturliga max-nivån i havet. Det innebär en temperaturchock för mikroorganismerna inloppsregionen och det har sannolikt en kraftigt tillväxthämmande effekt och i vissa fall kan det troligtvis vara direkt dödande.

Även scaling, som många gånger är ett resultat av feldimensionering av värmeväxlare och/eller felaktiga processparametrar, kan i många fall hållas under kontroll genom regelbunden backspolning. Vid närmare analys av det, som ser ut som scaling-beläggningar, kan man nämligen se att det är kombination av scaling och partikulär fouling. Beläggningen består av partiklar, som hålls ihop av de scalande ämnena, och genom att backspola regelbundet kan man förhindra att partiklarna kapslas in av de scalande ämnena och att en tjock beläggning bildas.

En speciell typ av fouling är den man ofta benämner som påbränning, vilket är en kombination av hög temperatur och ”normal” fouling. Av en eller annan orsak fastnar beståndsdelar i mediet på kanalväggen, och om de får sitta kvar tillräckligt länge sker en process som successivt ökar vidhäftningen till kanalväggen. Vid regelbunden backspolning med täta intervaller hinner inte processen fortlöpa tillräckligt länge för åstadkomma någon ökad vidhäftning, och även om kanalen inte kan hållas helt ren, så får man en förbättring som innebär att värmeväxlaren kan vara i drift längre.

Inloppsporten kan också sättas igen om det kommer in stora partiklar, tång, etc. Det är inte fouling i vanlig bemärkelse utan bör betecknas som clogging. Genom att backspola värmeväxlaren blir man enkelt av med blockeringen i porten, det är inte svårt att förstå.

I det sistnämnda fallet fungerar också ett ordinärt filter bra, men det är bara i det fallet. I de övriga fallen har filter ingen inverkan alls, såvida det inte är en mycket avancerad konstruktion. Jämfört med filter är backspolning en mycket mer generell lösning på problem med fouling och igensättning av värmeväxlare.

Vid sjövattenkylning innebär backspolning också stora miljömässiga vinster, då mängden kemikalier i driften kan minskas. Vid regelbunden backspolning kan användandet av klor minskas drastiskt. Mindre scaling innebär att det går åt mindre mängd Cleaning In Place (CIP) kemikalier. Med tanke på att lagar och regler på miljöområdet hela tiden skärps måste industrin försöka minimera användandet av kemikalier.

På fartyg finns i allmänhet två plattvärmeväxlare i kylvattensystemet, men det är bara en i taget som är i drift. På grund av fouling måste värmeväxlarna CIP:as regelbundet och ganska ofta måste de också öppnas och rengöras manuellt. En av värmeväxlarna skall alltid vara ren och kunna kopplas in när den andra måste stängas av för rengöring. Fartygets maskineri måste hållas igång hela tiden. Att öppna och rengöra en värmeväxlare tar flera timmar och det är inget eftertraktat arbete. Detta arbete kan undvikas genom att använda en backspolningsventil som medger att värmeväxlaren kan backspolas under drift med fullt flöde.

Förutom att man minskar underhållsarbetet, förlänger man också livslängden på gummipackningarna i värmeväxlaren. Sjövattenkylning är en mycket skonsam uppgift, måttliga temperaturer och inga aggressiva medier. Det som tvingar fram utbyte av packningarna är de många öppningarna av apparaterna. Varje öppning eller snarare hopdragning av apparaten innebär en försämring av packningarnas kondition. Det finns alltså möjlighet att spara stora summor. Att byta packningar i en plattvärmeväxlare kostar i regel mer än en backspolningsventil.

- Ralf Blomgren