冷水機組冷凝器酸洗方法的改進探討

左會升，張志剛，王 松，江敏建，姚建華

（武漢天河機場，湖北 武漢430302）

1 引言

由于天河機場自來水中的鈣、鎂離子含量高，水質(zhì)硬度大，所以冷水機組冷凝器在水側(cè)（即銅管內(nèi)側(cè)）的壁面上容易結(jié)垢（碳酸鈣、碳酸鎂），從而導致冷凝器換熱效果變差，能耗增加。根據(jù)觀測，冷水機組在使用兩個夏季后，其冷凝器的小溫差就達到或者超過了2.2℃，也就是水垢的厚度達到或者超過了極限值。

2 原來采取的方法及原因分析

為了消除水垢對換熱的影響，早在T1運行的時候，就采取了電磁振蕩、毛刷除垢等多種物理方法，但收效甚微。于是筆者自然而然地就想到了用化學方法進行除垢，這就是酸洗。

從2000年開始，在對T1的3臺低壓冷水機組進行酸洗的時候，采用的是單邊進出藥水的方法（圖1）。也就是利用機組冷凝器固有的進水口和出水口，讓藥水低進高出，從而達到對冷凝器進、出水銅管進行均勻清洗的目的。從實際效果來看，每次酸洗完畢后，打開集水室端蓋觀察其進水段銅管和出水段銅管的光潔度等指標基本上都是一樣的。

圖1 低壓機組冷凝器

但是，自從2011和2012年開始對新的T2制冷站的高壓機組進行酸洗的結(jié)果來看，情況就大不一樣。每次酸洗完畢后，打開集水室端蓋，就發(fā)現(xiàn)位于上方出水段銅管基本上洗好了，但位于下方的進水段銅管的內(nèi)壁面上還有相當厚度的（約80～90μm）的水垢未去掉。因為進、出水段銅管是同時進行一個完整的酸洗循環(huán)，所以如果要將下方進水段銅管的水垢徹底去掉，那么上方出水段銅管就會洗過頭了，也就是說出水段銅管的管壁厚度變薄，其承壓能力就會降低，這是很危險的（圖2）。

圖2 高壓機組冷凝器

究其原因，是因為T2高壓機組冷凝器的長度幾乎是原T1低壓機組的2倍（T1低壓機組長2.7m，T2高壓機組長接近5m），而酸洗方法卻沒有一點改變。

為什么長度不同其酸洗效果就不同呢？這要從傳熱學和流體力學兩方面進行解釋。從傳熱學角度來講，冷凝器中的冷卻水和制冷劑是逆向流動的［1］，也就是位于冷凝器上方的高溫出水段與從壓縮機出來的高溫氣態(tài)制冷機進行換熱；而位于冷凝器下方的低溫進水段與通過相變而形成的低溫液態(tài)制冷劑進行換熱。因為相變而產(chǎn)生的巨大熱量主要傳遞給位于下方的進水段，所以進水段銅管內(nèi)壁的水垢厚度要大于出水管段。

從流體力學的角度來講，酸洗用藥水在銅管內(nèi)有兩種流動狀態(tài)，即紊流和層流。紊流是打破了邊界層的，而層流是有邊界層的［2］。離藥水泵出口越近，紊流越厲害；離藥水泵越遠，越趨于層流。

從十幾年來的實踐情況來看，T1的低壓機組冷凝器的進水段銅管內(nèi)的藥水是呈現(xiàn)紊流狀態(tài)的，而在經(jīng)過集水室后，出水段銅管內(nèi)的藥水是呈現(xiàn)層流狀態(tài)的。這樣就解釋了T1低壓機組冷凝器進、出水銅管酸洗后各參數(shù)均勻一致的結(jié)果。

通過以上描述和分析，不難得出結(jié)論，T2高壓機組冷凝器真正沒有洗徹底的地方是進水段銅管靠近集水室這邊的1／2段。因為進水段銅管靠近固有進水口的1／2段是紊流，而靠近集水室的1／2段是層流（圖3）。

圖3 高壓機組冷凝器沒有清洗徹底的地方

3 改進措施分析

（1）方案一：制作一個平頂型的冷凝器集水室端蓋（圖4）。在這個端蓋內(nèi)部中間位置有一個隔板，這個隔板把集水室劃分成兩半，一半是進水，另一半是出水。然后在端蓋的平頂上面開一個有接頭的孔洞，其直徑與藥水循環(huán)泵出口的直徑一樣。據(jù)市場調(diào)查，為冷凝器制作一個平頂型集水室端蓋需資金1～2萬元。

圖4 平頂型集水室端蓋

酸洗時，先將冷凝器的凸型集水室端蓋換成平頂型端蓋，然后將固有的進水口或出水口用盲板封死（圖5）。這樣以來就可以分別地對冷凝器進水段銅管或出水段銅管進行去垢操作了。

圖5 方案一的清洗方法

具體操作是這樣的，讓藥水通過循環(huán)水泵從左、右兩個方向等時間、等次數(shù)的在進水段銅管［或出水段銅管（將孔洞朝上）］內(nèi)循環(huán)，從而讓左、右兩段的銅管都得到基本相同的呈紊流狀態(tài)的沖刷。

這個方案的要點是進水段銅管和出水段銅管分開清洗，而不能搞統(tǒng)一循環(huán)。

（2）方案二：利用現(xiàn)有的凸型集水室端蓋和端蓋上的孔洞，制作一個大小頭連接器，安排一大一小兩個藥水泵，還是堅持進水段銅管和出水段銅管分開單獨清洗的原則。

具體操作是這樣的，如果要從集水室側(cè)開始清洗進水段銅管，則用軟木塞將在集水室上方的出水段銅管的進口封死，將冷凝器的固有出水口用盲板封死。然后利用大小頭連接器，小頭連接集水室端蓋上的小孔洞接頭，大頭連接大功率藥水泵出口。循環(huán)一段時間后，再調(diào)換過來，從冷凝器的固有進水口開始清洗，這時就要用小功率藥水泵（圖6、圖7）。這種清洗方法也是等時間、等次數(shù)的，以保證清洗的均勻性。

圖6 運用大功率藥水泵的清洗方法

圖7 運用小功率藥水泵的清洗方法

反之，當要清洗冷凝器出水管段時，方法同上。

這種方法只需制作一個大小頭連接器及購買一個小功率的藥水泵，成本低廉。

（3）方案三：綜合運用方案一和方案二的清洗方法，也就是把利用平頂型集水室端蓋和利用軟木塞兩者結(jié)合起來，共同封死不清洗的管段，從而達到冷凝器上部和冷凝器下部分開清洗的目的。

酸洗結(jié)果的好壞取決于兩個指標：一個是酸洗后冷凝器小溫差至少減小了1℃，另一個就是酸洗后機組冷凝壓力至少降低了1kg／cm2。

4 結(jié)語

本文所給出的3個方案，不論采用哪種方案，都必須由專業(yè)的空調(diào)清洗公司來完成，這是必要條件。

［1］ YORK公司.冷凝器.操作和維護手冊［R］.武漢：YORK公司，2007.

［2］ 王補宣.層流與紊流.動力工程師手冊［R］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.