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表面蒸发式空冷器冷却管束的清洗

作者:2018-02-08 11:08:17阅读:文章来源:

【摘 要】 根据表面蒸发式空冷器冷却管束结垢的原因及现场状况,采用化学药剂清洗和高压水射流清洗相结合的方法,有效地消除了管束结垢现象,保障了设备设施安全、稳定运行。 
 

【关键词】 蒸发式空冷器 管束 结垢 化学清洗 
1 引言 
表面蒸发式空冷器是一种将水冷与空冷、传热与传质的过程融为一体的新型冷凝、冷却降温设备。该设备具有能耗低、节水、占地面积小、安装维护方便、传热效率高等特点,在冶金、电力、制冷等行业有广泛的应用。现邯钢5#高炉(2000m3)外喷淋冷却系统由9台zp9×3表面蒸发式空冷器组成,主要作用是为冷却高炉炉体的密闭系统内软化水的降温。自设备投运以来,由于空冷器管束外部形成一层厚厚的硬垢,现场观察垢厚约3~5mm,结垢严重的地方,管束与管束之间几乎没有缝隙,严重影响整个空冷器的冷却降温效果,同时垢下腐蚀严重,造成管束破裂漏损,不能确保设备设施的安全稳定运行。 
2 管束结垢的原因及危害 
表面蒸发式空冷器主要由风机、冷却水管束、填料、喷头、喷淋水管道泵、底部集水槽等组成。管道泵将底部集水槽中的水输送到喷淋水分配器,由分配器(喷头)将冷却水向下喷淋到管束表面,喷淋水从上而下逐层滴落,在管束外表面形成水膜实现与软水的热交换,最后汇集到底部集水槽,从而形成喷淋水的循环利用。空冷器顶部轴流风机抽吸的空气自下而上掠过水膜和管束,实现水膜的蒸发散热、对流换热。因空冷器冷却水补水为河水,运行一段时间后,空冷器铜质管束表面出现结垢、腐蚀现象。
2.1 垢层形成的原因 
表面蒸发式空冷器冷却水系统是开放式的循环系统,随着水份的蒸发、风干,水中溶解的各种盐类(如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等)的浓度升高,一些盐因过饱和加之温度过高而析出,尤其以重碳酸盐(如ca(hco3)2)最不稳定,极易受热分解成碳酸盐类沉积在金属表面,其反应如下: 
另外,冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程,溶解在水中的co2会逸出,因此水的ph值会升高。此时重碳酸盐在碱性条件下发生如下反应: 
上述反应过程中生成的caco3属微溶性盐,溶解度比ca(hco3)2要小得多,同时,caco3溶解度是随着温度的升高而降低。因此在空冷器的传热表面上,这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度较小或传热表面比较粗糙时,这些结晶沉积物就容易沉积在传热管束上,形成水垢。同时现场所使用的空冷器全部为室外安装,环境中的粉尘、灰尘对其影响比较大,由于这些水垢结晶致密而且坚硬,在一定程度上也影响了冷却降温效果。空冷器管束结垢现象如图1、图2所示。 
2.2 垢层的危害 
(1)水垢沉积在管束表面,使空冷器管束中的软水散热困难,散热能力大大降低,每1mm铜管的传热效果是1mm水垢的50~100倍。空冷器结垢会使管束截面积变小,造成冷却水用量增大,介质不能与外界进行直接有效的热交换,影响高炉供水水温。(2)造成空冷器能耗的增大。在生产过程中,在铜冷却管束外表面形成垢层较厚时,热阻增大。所产生的水垢表面凹凸不平,阻碍喷淋水流形成水膜,减少了喷淋水和软水的换热面积。在水垢比较厚时,则需要多开几台甚至全开风机的情况下,来降低介质水温来满足生产。(3)结垢的部位易发生电化学腐蚀,造成空冷器冷却管束泄漏,被迫将泄漏管束进行封堵,从而缩短了设备使用寿命,对生产造成一定的影响。 
3 水垢的清洗 
3.1 水垢的取样分析 
从现场蒸发式空冷器管束上所取的水垢进行分析,水垢样中的所含物质的含量如表1所示。 
通过对所采的水垢样进行分析,水垢由各种化合物组成的混合物,颜色成黑黄色,其中包括灰尘及铁的氧化物等,垢质外酥内硬。 
3.2 清洗的方案 
3.2.1 清洗药剂的确定 
经与清洗单位进行小样动态模拟试验,筛选确定此次清洗的药剂,为复合酸清洗,同时加入lx缓蚀剂、渗透剂、促进剂、抑制剂的混合药剂进行清洗。清洗时抑制剂起到抑制金属本体的腐蚀,渗透剂是对垢层的侵蚀剥离,促进剂增强清洗剂的活性,同时由于fe3+的浓度超过一定的限度,会加快铜管的腐蚀,因此在清洗液中加入fe3+抑制剂。 
3.2.2 清洗工序的确定 
因蒸发式空冷器的冷却水可自成循环系统,因此可利用设备本身的循环系统作为清洗主系,只需将配制好的清洗药剂投加入空冷器集水槽内,整个清洗系统即可建立。清洗步骤如下:高压水冲洗---杀菌粘泥剥离清洗---缓蚀处理---有机酸清洗除垢---高压水冲洗。 
  3.2.3 清洗的相关要求 
  清洗的过程中,在集水槽内放置与管束相同材质(铜)的试片,要求管束的腐蚀率<2g/(m2.h),除垢率≥90%。清洗过程中所产生的废水要执行gb8978-1996《污水综合排放标准》的规定,不得污染环境,必须中和酸洗液至ph6-8后进行排放。 
  3.3 清洗的效果 
  3.3.1 水垢的去除 
  经过对空冷器进行化学药剂清洗和高压水流冲洗后,管束上的污垢得以清除,铜管表面光滑,现金属光泽。清洗完后的效果如图3、图4所示。 
  但在清洗过程中,空冷器管束留有死角,存在清除不彻底现象,希望以后通过增加活动喷头的方式,使得药剂和管束的充分进行接触,来提高除垢率。 
  3.3.2 冷却效果的改善 
  清洗前,在系统27台冷却风机(单台电机功率15kw)全开的情况下,炉体供水水温在45~48℃之间,有时达到50℃;而清洗后,仅需开启20~21台风机的情况下,高炉供水水温可下降到45℃以下,换热效率大幅提升,满足了高炉对水温的要求,也为高炉的安全运行打下坚实的基础;同时空冷器换热效果的明显提升,节约了运行成本,为减低能耗做出了贡献。 
  4 结语 
  (1)采用化学药剂清洗和高压水流冲洗相结合的方法,很好地解决了空冷器管束表面硬垢和其他附着物的清洗问题,确保高炉安全稳定运行。(2)针对管束结垢的成因,对系统工艺进行改造,将开路净环水作为系统冷却水,同时对集水槽进行定期清理,减缓管束结垢现象,延长了设备使用寿命。 

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