表面蒸發式空冷器冷卻管束的清洗

余雷 張金鳳

(河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心,河北邯鄲 056015)

表面蒸發式空冷器冷卻管束的清洗

余雷 張金鳳

(河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心,河北邯鄲 056015)

根據表面蒸發式空冷器冷卻管束結垢的原因及現場狀況,采用化學藥劑清洗和高壓水射流清洗相結合的方法,有效地消除了管束結垢現象,保障了設備設施安全、穩定運行。

蒸發式空冷器 管束 結垢 化學清洗

1 引言

表面蒸發式空冷器是一種將水冷與空冷、傳熱與傳質的過程融為一體的新型冷凝、冷卻降溫設備。該設備具有能耗低、節水、占地面積小、安裝維護方便、傳熱效率高等特點，在冶金、電力、制冷等行業有廣泛的應用。現邯鋼5#高爐(2000m3)外噴淋冷卻系統由9臺ZP9×3表面蒸發式空冷器組成，主要作用是為冷卻高爐爐體的密閉系統內軟化水的降溫。自設備投運以來，由于空冷器管束外部形成一層厚厚的硬垢，現場觀察垢厚約3～5mm，結垢嚴重的地方，管束與管束之間幾乎沒有縫隙，嚴重影響整個空冷器的冷卻降溫效果，同時垢下腐蝕嚴重，造成管束破裂漏損，不能確保設備設施的安全穩定運行。

2 管束結垢的原因及危害

表面蒸發式空冷器主要由風機、冷卻水管束、填料、噴頭、噴淋水管道泵、底部集水槽等組成。管道泵將底部集水槽中的水輸送到噴淋水分配器，由分配器(噴頭)將冷卻水向下噴淋到管束表面，噴淋水從上而下逐層滴落，在管束外表面形成水膜實現與軟水的熱交換，最后匯集到底部集水槽，從而形成噴淋水的循環利用。空冷器頂部軸流風機抽吸的空氣自下而上掠過水膜和管束，實現水膜的蒸發散熱、對流換熱。因空冷器冷卻水補水為河水，運行一段時間后，空冷器銅質管束表面出現結垢、腐蝕現象。

表1 水垢所含物質的含量表

圖 1

圖2

圖3

圖4

2.1 垢層形成的原因

表面蒸發式空冷器冷卻水系統是開放式的循環系統，隨著水份的蒸發、風干，水中溶解的各種鹽類(如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等)的濃度升高，一些鹽因過飽和加之溫度過高而析出，尤其以重碳酸鹽(如Ca(HCO3)2)最不穩定，極易受熱分解成碳酸鹽類沉積在金屬表面，其反應如下：

另外，冷卻水通過冷卻塔相當于一個曝氣過程，溶解在水中的CO2會逸出，因此水的PH值會升高。此時重碳酸鹽在堿性條件下發生如下反應：

上述反應過程中生成的CaCO3屬微溶性鹽，溶解度比Ca(HCO3)2要小得多，同時，CaCO3溶解度是隨著溫度的升高而降低。因此在空冷器的傳熱表面上，這些微溶性鹽很容易達到過飽和狀態而從水中結晶析出。當水流速度較小或傳熱表面比較粗糙時，這些結晶沉積物就容易沉積在傳熱管束上，形成水垢。同時現場所使用的空冷器全部為室外安裝，環境中的粉塵、灰塵對其影響比較大，由于這些水垢結晶致密而且堅硬，在一定程度上也影響了冷卻降溫效果?？绽淦鞴苁Y垢現象如圖1、圖2所示。

2.2 垢層的危害

(1)水垢沉積在管束表面，使空冷器管束中的軟水散熱困難，散熱能力大大降低，每1mm銅管的傳熱效果是1mm水垢的50～100倍?？绽淦鹘Y垢會使管束截面積變小，造成冷卻水用量增大，介質不能與外界進行直接有效的熱交換，影響高爐供水水溫。(2)造成空冷器能耗的增大。在生產過程中，在銅冷卻管束外表面形成垢層較厚時，熱阻增大。所產生的水垢表面凹凸不平，阻礙噴淋水流形成水膜，減少了噴淋水和軟水的換熱面積。在水垢比較厚時，則需要多開幾臺甚至全開風機的情況下，來降低介質水溫來滿足生產。(3)結垢的部位易發生電化學腐蝕，造成空冷器冷卻管束泄漏，被迫將泄漏管束進行封堵，從而縮短了設備使用壽命，對生產造成一定的影響。

3 水垢的清洗

3.1 水垢的取樣分析

從現場蒸發式空冷器管束上所取的水垢進行分析，水垢樣中的所含物質的含量如表1所示。

通過對所采的水垢樣進行分析，水垢由各種化合物組成的混合物，顏色成黑黃色，其中包括灰塵及鐵的氧化物等，垢質外酥內硬。

3.2 清洗的方案

3.2.1 清洗藥劑的確定

經與清洗單位進行小樣動態模擬試驗，篩選確定此次清洗的藥劑，為復合酸清洗，同時加入LX緩蝕劑、滲透劑、促進劑、抑制劑的混合藥劑進行清洗。清洗時抑制劑起到抑制金屬本體的腐蝕，滲透劑是對垢層的侵蝕剝離，促進劑增強清洗劑的活性，同時由于Fe3+的濃度超過一定的限度，會加快銅管的腐蝕，因此在清洗液中加入Fe3+抑制劑。

3.2.2 清洗工序的確定

因蒸發式空冷器的冷卻水可自成循環系統，因此可利用設備本身的循環系統作為清洗主系統，只需將配制好的清洗藥劑投加入空冷器集水槽內，整個清洗系統即可建立。清洗步驟如下：高壓水沖洗---殺菌粘泥剝離清洗---緩蝕處理---有機酸清洗除垢---高壓水沖洗。

3.2.3 清洗的相關要求

清洗的過程中，在集水槽內放置與管束相同材質(銅)的試片，要求管束的腐蝕率＜2g/(m2.h)，除垢率≥90%。清洗過程中所產生的廢水要執行GB8978-1996《污水綜合排放標準》的規定，不得污染環境，必須中和酸洗液至PH6-8后進行排放。

3.3 清洗的效果

3.3.1 水垢的去除

經過對空冷器進行化學藥劑清洗和高壓水流沖洗后，管束上的污垢得以清除，銅管表面光滑，現金屬光澤。清洗完后的效果如圖3、圖4所示。

但在清洗過程中，空冷器管束留有死角，存在清除不徹底現象，希望以后通過增加活動噴頭的方式，使得藥劑和管束的充分進行接觸，來提高除垢率。

3.3.2 冷卻效果的改善

清洗前，在系統27臺冷卻風機(單臺電機功率15KW)全開的情況下，爐體供水水溫在45～48℃之間，有時達到50℃；而清洗后，僅需開啟20～21臺風機的情況下，高爐供水水溫可下降到45℃以下，換熱效率大幅提升，滿足了高爐對水溫的要求，也為高爐的安全運行打下堅實的基礎；同時空冷器換熱效果的明顯提升，節約了運行成本，為減低能耗做出了貢獻。

4 結語

(1)采用化學藥劑清洗和高壓水流沖洗相結合的方法，很好地解決了空冷器管束表面硬垢和其他附著物的清洗問題，確保高爐安全穩定運行。(2)針對管束結垢的成因，對系統工藝進行改造，將開路凈環水作為系統冷卻水，同時對集水槽進行定期清理，減緩管束結垢現象，延長了設備使用壽命。

[1]周本省.工業水處理技術[M].化學工業出版社,1997.

[2]肖筱新,沈軍勇,石宏利.蒸發式空冷器的在線清洗預膜.清洗世界,2011.

余雷(1982-) 助理工程師,現為邯鋼能源中心設備動力科技術員,從事設備管理工作。