鍍鋅管蒸發式冷卻塔清洗技術及其應用

康 勇，何國凱

（1.新鋼集團公司動力廠，江西新余 338001；2.上海濟環水處理科技有限公司，上海 201100）

前言

某鋼鐵公司是一家集礦石采選、鋼鐵冶煉、鋼材軋制及延伸加工于一體的鋼鐵生產制造商，在煉鋼連鑄凈環水系統中，結晶器使用閉式蒸發冷卻塔進行冷卻。由于長時間循環運行，疏于日常的清洗維護，導致冷卻器鍍鋅換熱盤管和填料上結垢堵塞現象嚴重。鍍鋅管上的紅褐色硬垢嚴重降低了循環冷卻水與熱介質的熱交換效果，填料和圍板上的灰白色硬垢阻滯冷卻塔與空氣的對流，導致冷卻效果大大降低，對系統正常生產運行造成嚴重影響。為提高冷卻塔換熱效率和清洗效果，清洗采用對鍍鋅管安全的清洗方案，投加高效鍍鋅管清洗緩蝕劑JH-RE100，在確保清洗效率的前提下，將清洗過程對系統造成的影響降到最低。

1 閉式蒸發冷卻塔特點

閉式蒸發冷卻塔也叫蒸發式空冷器或密閉式冷卻塔，是將管式換熱器置于塔內，工藝流體在換熱鍍鋅管內流過，空氣在冷卻管的下部通過安裝在頂部的軸流風機的抽吸作用向上流動，塔底蓄水池內的水由循環泵抽取后，送往冷卻管上部均勻地噴淋下來，通過流通的空氣、噴淋水增強與循環水的熱交換，保證鍍鋅換熱盤管的降溫效果。鍍鋅管蒸發式冷卻塔結構組成和工作原理如圖1。當空氣溫度與循環噴淋水之間存在溫度差時，還可進一步起冷卻作用。由于冷卻塔循環水有閉式循環的特點，使得循環水水質不容易受外界的污染，可以有效保證換熱管冷卻效果的高效運行。

圖1 鍍鋅管蒸發式冷卻塔組成和工作原理

蒸發式冷卻塔主要是利用流經換熱盤管的水膜中部分水的汽化潛熱，這與風冷式和水冷式冷卻塔利用顯熱來吸收制冷劑蒸氣的熱量是完全不同的。閉式冷卻塔與傳統開式冷卻塔相比實現了冷卻水的全封閉內路循環，極大避免了水資源的浪費與水質的污染，達到節水、節電的效果，基本消除了腐蝕與結垢現象對用戶設備造成的威脅。由于水資源的日益匱乏以及國家節能減排政策的實施，對企業節水要求不斷提高，特別是最近幾年蒸發式冷卻塔在鋼鐵冶金、化工、電力電子、鋁型材機械加工、空調冷卻系統等行業得到了廣泛的應用。

2 清洗工程量確定

該鋼鐵廠使用的蒸發式冷卻塔（循環水量400 m3/h·臺，保有水量10 m3/臺，設計溫差10～25 ℃），換熱器鍍鋅管結垢厚度超過3 mm，填料及圍板孔中結垢深度超過50 mm，間歇性生產周期約6 h。有研究表明，水管水垢的導熱系數測得為1.6～1.8 W/（m·K），而材質的導熱系數在29.1～34.9 W/（m·K），水垢的導熱系數僅為鍍鋅換熱管體的1/24～1/30。根據試驗，形成1 mm 厚的垢，換熱管的換熱量會下降80%左右［1］。水垢不僅降低冷卻效果，同時還存在著垢下腐蝕現象，嚴重影響冷卻管的強度。

3 垢樣分析

根據現場冷卻塔取樣并進行實驗室垢樣分析，垢樣分析數據如表1，確定垢的主要成份為碳酸鹽、硅酸鹽硬垢，部分銹蝕產物和少量微生物粘泥。從清洗效率、鍍鋅管腐蝕率、經濟性等方面考慮，研發確定采用鍍鋅管酸洗緩蝕劑清洗方案進行清洗，確保設備在清洗過程中基本無腐蝕。

表1 垢樣分析數據

4 清洗工藝

蒸發式冷卻塔清洗采用“物理+化學”方式對設備表面的污垢進行清理去除，物理清洗采用高壓水槍對疏松的垢進行沖洗剝離，化學清洗采用原水循環運行，酸性清洗劑和緩蝕藥劑投加于冷卻塔蓄水池中進行循環清洗。若清洗液水質混濁、雜質較多，應多次交替進行：沖洗—循環酸洗—排空—補水—漂洗等清洗程序［2］。

5 清洗流程

5.1 準備工作

所有清洗藥劑和設備設施至少提前兩天送達清洗現場，將高壓水槍、藥劑溶解桶、增壓泵、相關清洗劑等運送至現場，并將溶解桶與增壓泵在集水池聯通，形成小循環管路，以便進行清洗時的藥劑投加。

做好清洗前的各項準備工作，包括實驗監測掛片、補水/排污設施的運行正常確認。切斷電源，關閉循環泵，停止冷卻水循環，關閉軸流風機，關閉進水/排污閥。

操作人員穿戴好防護服、防護面具、耐酸堿手套/鞋等恰當的防護裝備，做好人員防護方可進行清洗施工。

5.2 物理沖洗

物理沖洗過程是向蓄水池中加入補充水，通過高壓水槍以較大的水流沖掉系統中大面積較疏松的沉積物。通過循環水泵向冷卻塔系統輸水并輔助高壓水槍對可見的大片硬垢進行沖洗，打開循環給水、回水總管上的放空閥，閥門的開度應適度，排出蓄水池內的大塊或顆粒性雜質，并觀察排放點出水澄清度情況。當排放管排水逐漸變清，關閉放空閥，系統蓄水池注水達到一定液位高度后，開啟循環水泵進行循環水沖洗，循環水流速應當以大于1.5m/s 的流速進行。當循環水濁度基本不再生高后，開始轉入循環水的置換過程，不斷補充水的同時并少量排污。當排污水的濁度＜20 NTU 并基本穩定時，停止補充水和排污，物理沖洗結束，轉入化學清洗過程。

操作注意事項：沖洗后，水中雜質及剝落物較多，需將該股濁水排污置換，經過沉淀后上清液可直接排入廠區凈水站處理，沉淀物當固廢處置。

5.3 化學清洗

該過程是清除物理沖洗難以去除或者難以洗到換熱管表面的硬垢、浮銹和微生物黏泥等沉積物，使鍍鋅換熱管露出金屬表面。水質置換完畢后，向溶解桶投加鍍鋅管酸洗緩蝕劑JH-RE100，投加濃度為0.1%～0.15%（按保有水量計），打開計量泵進行藥劑投加，循環泵循環運行約30 min 后，在溶解桶中加入鍍鋅管酸性清洗劑進行化學清洗。

循環清洗過程中，間歇投加清洗劑控制pH 在3左右，為加快鍍鋅管垢層松軟脫落，間歇配合使用高壓水槍進行沖洗。清洗過程中在蓄水池中掛入鍍鋅試驗管測定清洗期間腐蝕率，并定期測定循環水中pH、總鋅、總鐵、濁度及鈣離子濃度，若清洗期間產生泡沫，視泡沫情況適量投加消泡劑。

隨著化學清洗的進行，蓄水池內濁度不斷升高，同時循環水中總鋅和總鐵的濃度不斷升高。隨著清洗進行，目測鍍鋅換熱管無銹無垢且呈金屬本色，清洗過程中監測循環水中總鐵、濁度及鈣離子濃度不再繼續升高，即可結束清洗，預計清洗時間為4～6 h（具體清洗時間視系統結垢情況而定）。對系統進行排空置換，當濁度低于20 NTU 后停止置換，投加預膜劑和日常運行緩蝕阻垢劑轉入正常運行。由于清洗后清洗液仍呈酸性，不能直接排入凈水站，需統一收集后集中處理。

6 系統預膜

清洗結束后，通過換水使水中濁度＜20 NTU，采用連續-分階段投加對鍍鋅管具有良好緩蝕效果的預膜劑和保證預膜均勻性的分散劑，通過循環水泵循環運行進行預膜。每2 h 檢測循環水的pH、濁度、總磷，根據檢測數據調節預膜劑的投加量，如果預膜過程中藥劑不足，需進行預膜劑補加。當出水中總磷＜10 mg/L、濁度＜20 NTU、試驗管表面出現均勻的且色暈一致的彩色膜，預膜約20 h，預膜結束，需大量補水，投加阻垢緩蝕劑進行正常的運行控制。

7 清洗質量及驗收

依據《工業設備化學清洗質量標準》（HG/T 2387-2007）和《工業設備化學清洗質量驗收規范》（GB/T 25146-2010），清洗后應滿足：洗凈率/除垢率大于85%～90%，即通過目測被清洗冷凝器鍍鋅鋼管表面基本無大片垢，露出絕大部分鍍鋅管表面，經外觀檢查合格［3］；鍍鋅管表面無嚴重局部腐蝕，均勻腐蝕速度應小于2 g/（m2·h）。

清洗后蒸發式冷卻塔填料、圍板上附著的大塊硬垢均被清洗干凈，洗凈率95%以上；鍍鋅換熱管附著的絕大部分硬垢被清洗下來，露出絕大部分鍍鋅管表面，洗凈率85%以上；清洗后鍍鋅換熱管和鍍鋅試驗管表面均無明顯局部腐蝕，如表2 所列。鍍鋅試驗管均勻腐蝕速率1.36 g/（m2·h），如表3 所列。清洗過程中主要水質監控指標變化如表4所列。

表2 清洗前后效果比較

表3 鍍鋅試驗管腐蝕速率

表4 主要水質監控指標變化

8 小結

鍍鋅管蒸發冷卻器清洗采用“物理+化學”方式對設備表面的污垢進行清理去除，物理清洗采用高壓水槍對疏松的垢進行沖洗剝離，化學清洗采用原水循環運行，酸性清洗劑和鍍鋅管酸洗緩蝕劑JHRE100 投加于冷卻塔蓄水池中，循環清洗。達到預期清洗效果的同時，將常規的清洗時間2～3天縮短到1.5天，大大提高了清洗效率。

基本洗凈冷卻塔圍板及填料，鍍鋅管主要包裹硬垢變軟脫落，部分鍍鋅管可見金屬光澤；循環冷卻水溫差降低至少3 ℃。清洗結束后應常年作緩蝕阻垢水處理，可以阻止結垢，延長設備使用壽命，提高換熱效率，使設備長期保持在良好的狀態，比經常清洗更安全、更經濟。