工业应用广泛的换热器在运行中产生的污垢导致其工作性能下降、能耗增大。本课题以乙烯装置换热器在五种工况下形成的复合污垢为研究对象,从预防和治理污垢角度出发,运用理论、实验及数值模拟等手段对换热器结垢、除垢、防垢进行系统研究,主要工作如下:(1)文献调研发现,延长污垢诱导期是防垢的最有效措施。理论与实验研究得出流速、温差是污垢在诱导期内作用的主要影响因素:保持流体温度不变,温差越大,垢层越厚,结垢量越多;且存在某一时刻,在零到该时刻内垢层和结垢量增加缓慢,超过该时刻则垢层和结垢量加速增长,该时刻之前即为诱导期;温差一定下,流速增大、结垢量减少。(2)基于结垢机理得到五种工况下产生的污垢形态不同,通过垢样和设备介质组分检测,五种垢样主要成分均为芳香聚合物;采用前期同类污垢清洗配方对五种垢样进行了溶垢实验分析,结果表明:该配方溶垢率下降一倍,溶垢时间增加两倍。结合该溶垢配方优缺点和溶垢理论,运用正交法配置了适用于五种以上污垢的绿色清洗试剂:以柴油为清洗基液,3:1:1复配OP-10、JFC、SAS三种助剂。(3)基于溶垢机理,结合现场情况,通过拟定的在线清洗流程方案,设计了清洗储槽并选配了输送泵型号,对乙烯装置的待洗换热器进行了现场在线清洗,结果表明:清洗效果达到预期目标,大大降低成本。(4)运用CFD软件对生产工况下的换热器进行数值模拟,通过流速和折流板的变化,比较分析得到换热器最优防垢策略:适当减小流速的同时减小折流板间距。本研究成果不仅可适用于同类生产装置的多种换热器的清洗,并且可推广至其他生产装置的清洗,为污垢在线清洗数据库奠定基础,推动在线化学清洗的工业化,还为后续换热器强化传热、预防结垢的研究提供了科学的数据支持。