سطوح مبدل های حرارتی در معرض رسوبات ناشی از ناخالصی های سیال ، زنگ زدن و سایر واکنش های شیمیایی بین سیال و ماده سطح می باشند . پدیده جرم گرفتگی عبارت است از ایجاد فاز جامد نامطلوب بر روی سطح جامد که نتیجه دو فازی شدن سیال – جامد است . به دلیل ته نشینی ماده ناخواسته روی سطح انتقال حرارت و ایجاد یک مقاومت ، ضریب کلی انتقال حرارت کاهش می یابد ، از سوی دیگر اضافه شدن یک سطح کاملاً متخلخل باعث می شود که افت فشار در داخل لوله ها افزایش یافته و هزینه پمپاژ بالا رود بنابراین در طراحی مبدل ها لازم است جرم گرفتگی آنها به مرور زمان به طور جدی مد نظر قرار گیرد .

   علی رغم تعریف ساده ای که گفته شد پدیده جرم گرفتگی مکانیسم های پیچیده ای دارد ، در ذیل 9 مکانیسم برای پدیده جرم گرفتگی مطرح شده است که در عمل مکانیسم واقعی ، مجموعه ای از این مکانیسم ها با درجات مختلف می باشد و در مراحل مختلف جرم گرفتگی این درجات ممکن است تغییر نماید .

   علی رغم پیچیدگی های موجود ، باید یک مکانیسم غالب از جرم گرفتگی را انتخاب کرد تا بتوان در رفع و یا حداقل کم کردن اثر این پدیده اقدام نمود . طبق تحقیقات انجام شده عموماً 9 مکانیسم محتمل زیر برای پدیده جرم گرفتگی وجود دارد :

1. ته نشینی ذرات جامد یک محلول سوسپانسیون
2. کریستالیزاسیون در اثر تغییر دما ( کاهش دما ) و فوق اشباع شدن
3. کاهش حلالیت
4. اثرات بین سطحی : مانند جذب سطحی ، تر شوندگی یک سطح ، آب گیری ، عوامل فعال سطحی و کف کنندگی
5. متراکم و لخته ای شدن : مانند asphaltene در سیالات نفتی به خاطر کاهش در قطبیت
6. اثرات کلوئیدی
7. واکنش های شیمیایی : شامل کراکینگ ، کک گرفتگی ، پلیمریزاسیون و خوردگی
8. اثرات الکتروسینیتک : مانند شکست کلوئیدها و جذب ماکرو مولکول ها به داخل دیواره در خطوطی که تبادل الکتریکی دارند.
9. پدیده های بیولوژیکی مانند رشد بی هوازی و آبی میکروارگانیسم‌ها در واحد

راه حل های ممکن برای رفع و یا جلوگیری از جرم گرفتگی

   دو تقسیم بندی کلی برای حل مشکل جرم گرفتگی در مبدل های حرارتی و متعلقات آن ها وجود دارد که عبارتند از :

1. روش شیمیایی
2. روش های مكانيكي

روش شیمیایی

     این روش بر مبنای اضافه نمودن مواد مواد شیمیایی به جریان اصلی می باشد . با اضافه کردن مواد شیمیایی به جریان سیال فرآیند ، سعی می شود سطح مشترک سيال – جامد را طوری اصلاح کنند تا از جرم گرفتگی جلوگیری شود و یا اینکه فرم جرم گرفتگی های تشکیل شده را تغییر دهند تا قابل زدودن باشد . ولی اضافه کردن این مواد خود متضمن هزینه های اضافی شامل هزینه خود مواد افزودنی و هزینه های جداسازی آن است و از سوی دیگر در برخی موارد مشکلات زیست محیطی را نیز در بر دارد . گستره وسیعی از این مواد برای ممانعت از جرم گرفتگی استفاده می شود که بیشتر بستگی به محدودیت های سیال فرآیند و ماهیت ذرات تولید کننده جرم دارد . رایج ترین مواد شیمیایی که برای سیستم های آبی بکار می روند عبارتند از :

1. منعقد کنند ها و لخته کننده های ذرات
2. متلاشی کننده ها برای ذراتی که حاوی میکروارگانیسم ها هستند
3. موادی که مانع ته نشینی ذرات می شوند
4. اصلاح کننده های کریستالی برای تغییر چسبندگی کریستال ها
5. اصلاح کننده های سطح دیواره
6. ممانعت کننده های خوردگی (Cationic و Anionic )
7. مواد مرگ زا برای میکروار گانیسم ها ( Biocides )
8. مواد کاهش دهنده فعالیت میکروار گانیسم ها ( Biocides )

     مواد شیمیایی دیگری هم برای جلوگیری از جرم گرفتگی های حاصل از واکنش های شیمیایی معرفی شده اند که شامل آنتی اکسیدانها ، یونهای فلزی غیر فعال ، Dispersant ها و پاک کننده ها ، می باشند . با توجه به محدودیت ها و معایبی که در بالا برشمرده شد این روش کم کم منسوخ شده و می تواند بوسیله روش های مکانیکی جایگزین شود ، البته این موضوع نمی تواند یک نتیجه گیری کلی باشد چرا که در برخی موارد خاص اضافه کردن این مواد تأثیر بیشتری نسبت به روش های مکانیکی دارد .

روش های مکانیکی

     ساده ترین روش جلوگیری از پدیده جرم گرفتگی افزایش سرعت جریان سیال به منظور افزایش تنش در دیواره لوله می باشد ، که این راه حل بجز در یک مورد بسیار نادر که در آن مکانیسم جرم گرفتگی با افزایش سرعت سیال تشدید می شود ، همواره مشکل گشاست .

     اما در اغلب مبدلهای حرارتی سرعت بالا به دلایل خوردگی ، افت فشار بالا و هزینه پمپاژ بالا قابل دستیابی نیست ( دامنه سرعت ایده آل برای مایعات داخل لوله ها 1/5 الی 2 متر بر ثانیه و برای مایعات خارج لوله 1 الی 1/5 متر بر ثانیه می باشد. )

     از پارامترهای تأثیر گذار بر روی جرم گرفتگی می توان به سرعت جریان دما ، ساختمان مواد و جنس لوله اشاره نمود که در بالا در مورد سرعت جریان بطور مختصر توضیح داده شد . برای سیالات کثیف کننده ، دمای فصل مشترک ، یک پارامتر اساسی و مؤثر در تعیین مقدار جرم گرفتگی می باشد که توسط دماهای سیال و ضرایب انتقال حرارت می توان دمای فصل مشترک را تعیین کرد . دما بخصوص زمانی که جرم گرفتگی بخاطر واکنش های شیمیایی ایجاد می شود اهمیت زیادی پیدا می کند . از سوی دیگر انتخاب جنس لوله ها با توجه به ماهیت سیال می تواند از روشهای اولیه جلوگیری از جرم گرفتگی محسوب شود ، مثلاً در سیالی که باعث جرم گرفتگی بیولوژیکی می شود بهتر است از آلیاژهای Copper – Bearing استفاده شود . راه حل هایی که بر مبنای روش مکانیکی هستند عبارتند از :

1. استفاده از وسایل افزاینده انتقال حرارت که فقط برای مبدلهای لوله ای قابل استفاده است
2. تمیز کردن اولیه سطوح برای کاهش چسبندگی بین ماده ایجاد کننده جرم و سطح انتقال حرارت ، مانند پوشش دهی و پولیش زنی الکتریکی
3. لاستیکهای اسفنجی در داخل لوله ها : معمولاً محدود به لوله های قطور است ، مانند کندانسورهای نیروگاه
4. پولیش زنی سیستم که محدود به مبدلهای حرارتی تک لوله است
5. استفاده از امواج ماورای صوت
6. روشهای الکتریکی : محافظت گالوانیکی ، محافظت مغناطیسی و محدود کردن چسبیدن مواد ویژه مانند باکتری ها با ایجاد پس زمینه الکتریکی
7. استفاده از جت بخار ، آب و یا هوا