恩曼(ENMAX)防垢裝置在熱水系統中的應用

武紹井，徐 鵬，李 斌

(重慶賽迪熱工環保工程技術有限公司 公用設計部，重慶 401120)

某鋼廠為了進一步回收加熱爐煙氣余熱，在煙道空氣預熱器后新增1套熱水系統，即利用煙氣余熱生產熱水。投入運行后不久，發現因源水硬度過高導致熱水系統中的煙氣-水換熱器(以下稱換熱器)結垢嚴重，影響熱水產量。經多次探索，最終找到一種防熱水結垢裝置并應用到熱水系統中，從而在不改變系統整體結構的情況下，以較小的代價解決了換熱器結垢問題。

1 熱水系統簡介及問題

熱水系統設備包括補水箱、熱水泵和煙氣-水換熱器等，如圖1所示。介質流程：外來源水→補水箱→熱水泵→水換熱器→流量計→溫度計→外供。系統檢測項目包括換熱器前、后煙氣溫度，熱水流量和熱水溫度等。

設計參數如下：煙氣流量50 820～55 000 m3/h(標準)，換熱器前、后煙氣溫度分別為170、130 ℃；熱水流量12 t/h，換熱器進、出口水溫分別為25、90 ℃。

生產的熱水外銷，用于食堂、浴室等，價格6.68元/t。

熱水系統投運后，運行人員發現換熱器阻力增加，

圖1 熱水系統圖

出力下降，具體表現為熱水泵揚程增大，同時熱水產量和熱水溫度均逐漸減小。3個月內，熱水泵揚程升至最大，熱水流量降至約6 t/h，換熱器出口熱水溫度降至32 ℃，熱水量和品質達不到外銷要求。

通過檢測熱水泵能力以及冷態沖 洗換熱器，排除了水泵能力不足以及換熱器內堵塞的可能。為最終確定原因，隨機切開幾處換熱管，對換熱管局部進行破壞性檢查。低溫段(換熱器進水段)有黑色結節，綠豆大小，無規則分布，數量較多，輕敲即掉，手捏即碎。此結節應為焊渣與氧化鐵混合物，從其大小和數量上判斷，對阻力有影響。高溫段(換熱器出水段)管壁內側有均勻分布一圈白色物質，致密，較硬，厚度約為1.0 mm，判斷應為水垢。換熱管規格為Φ32×5，按結垢厚度1.0 mm計算，則流通面積減小17%。

檢測源水水質，發現硬度較高。水質檢測結果見表1。

表1 水質檢測表

確定原因后，對換熱器進行酸洗除垢，酸洗的效果很明顯：換熱器熱水流量和溫度均上升至設計值。但正常運行持續不到3個月時間，又逐漸惡化。其后又進行過2次酸洗，但酸洗效果越來越不明顯，特別是最后1次，酸洗過后基本上沒有明顯效果(結垢過于嚴重所致)。

為維持熱水系統運行，同時不考慮更換換熱器和源水水源以節省投資，經多次查找資料，研究論證，決定在熱水系統上增加1套恩曼(ENMAX)CPRS防垢裝置，以阻止結垢繼續惡化，并期望消除原有結垢。

2 恩曼(ENMAX)CPRS防垢簡介

恩曼(ENMAX)防蠟、防垢、防腐蝕裝置(Corrosion Prevention and Removal Systems，簡稱CPRS)是目前較為先進的用于解決結垢問題的工具。該裝置防結垢的基本理論是其“核心材料”(特殊合金)可以形成一種特殊的電化學催化體，當流體通過防垢裝置時，核心材料通過電化學的方式使流體和流體中的物質的特性發生改變，流體中的固相顆粒受其作用而始終處于懸浮狀態和溶解狀態，不再沉淀或吸附到管壁或其他設施的金屬表面上，同時增強了流體的物理性能。許多專利及文獻都表明當流體流經這種由特殊合金制成的裝置后，結垢明顯減少，甚至消失，同時伴有緩解腐蝕的效果。

該裝置無磁、無電、無需添加任何化學藥品，節能環保，不污染環境；安裝簡便，使用和維護成本低廉，壽命長；同時可抑制藻類生長并防止腐蝕的形成。

其防垢、防腐蝕的性能已經被國內外用戶認可。目前已經在多個國家和地區包括中國取得專利，并廣泛應用于石化、鋼鐵、電力、供熱、食品等行業領域。

3 恩曼(ENMAX)CPRS選型及應用

根據水質、熱水流量，選擇規格為3×4″直通式恩曼(ENMAX)CPRS裝置(以下稱防垢裝置)。

安裝位置選擇：根據現場設備和管道布置情況，將防垢裝置選在補水箱入口豎直管道上，緊靠補水箱，見圖2。防垢裝置既能水平安裝，又能垂直安裝，對其前后有無直管段也無要求。法蘭連接，自帶配對法蘭，安裝前清除管道內焊渣、鐵銹等雜物；安裝時，按照防垢裝置長度將管道切開，管道斷口與防垢裝置法蘭焊接即可；安裝完畢即可通水使用。安裝時注意裝置本體上箭頭指示方向與水流方向保持一致。

圖2 防垢裝置安裝位置

調整補水箱水位：根據防垢裝置防垢原理——“當流體通過防垢裝置時，核心材料通過電化學的方式使流體和流體中的物質的特性發生改變，流體中的固相顆粒受其作用而始終處于懸浮狀態和溶解狀態，不再沉淀或吸附到管壁或其他設施的金屬表面上”，而這種“懸浮狀態和溶解狀態”僅在一定時間內有效，即防垢裝置對水介質影響是有時效性的，這個時效一般在72 h。補水箱入口增加防垢裝置后，源水經過防垢裝置以“不易結垢”狀態流入補水箱，為保持這種狀態，也即時效性，在控制上做了調整，調低補水箱正常運行水位，由+3 m降低到+1 m。當補水箱水位降低到+1 m時，水箱開始補水；當補水箱水位升高到+3 m時，水箱停止補水，從而減少“不易結垢”的源水在補水箱中停留時間。

其他：防垢裝置不需要電源驅動，運行中不消耗其他能源介質。不需添加化學藥品，不需要配套安裝溫度、壓力、流量等檢測手段。

防垢裝置安裝完成后，熱水系統隨即投入運行，在其后幾個月時間里，通過熱水系統在線流量檢測和溫度檢測，觀察到熱水參數的緩慢變化趨勢。隨機抽取的檢測參數見表2。

表2 安裝防垢裝置前后熱水參數變化

從表2中數據可以看出，安裝防垢裝置以后，換熱器熱水流量和溫度不但沒有繼續下降，反而都有逐漸而明顯的上升，特別是熱水溫度在運行96 d后已經達到額定設計值。這說明安裝防垢裝置以后，換熱器不但沒有產生新垢，管壁上原來結的垢也在慢慢溶解脫落。也就是說防垢裝置達到并且超過了預期效果。

4 結 論

(1)恩曼(ENMAX)CPRS可有效解決硬度較大的水質的結垢問題，不但能防止結垢的發生，還可以溶解和清除已有的水垢。

(2)安裝簡單，無運行管理和維護費用，且無能源消耗。

(3)注意裝置的時效性，盡量縮短水介質在系統中的停留時間。