冷水機(jī)組冷凝器酸洗方法的改進(jìn)探討

左會升，張志剛，王 松，江敏建，姚建華

（武漢天河機(jī)場，湖北 武漢430302）

1 引言

由于天河機(jī)場自來水中的鈣、鎂離子含量高，水質(zhì)硬度大，所以冷水機(jī)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(dǎo)致冷凝器換熱效果變差，能耗增加。根據(jù)觀測，冷水機(jī)組在使用兩個夏季后，其冷凝器的小溫差就達(dá)到或者超過了2.2℃，也就是水垢的厚度達(dá)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(yùn)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(xué)方法進(jìn)行除垢，這就是酸洗。

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

圖1 低壓機(jī)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(jī)組進(jìn)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(jìn)水段銅管的內(nèi)壁面上還有相當(dāng)厚度的（約80～90μm）的水垢未去掉。因?yàn)檫M(jìn)、出水段銅管是同時進(jìn)行一個完整的酸洗循環(huán)，所以如果要將下方進(jìn)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(jī)組冷凝器

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

為什么長度不同其酸洗效果就不同呢？這要從傳熱學(xué)和流體力學(xué)兩方面進(jìn)行解釋。從傳熱學(xué)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(jī)出來的高溫氣態(tài)制冷機(jī)進(jìn)行換熱；而位于冷凝器下方的低溫進(jìn)水段與通過相變而形成的低溫液態(tài)制冷劑進(jìn)行換熱。因?yàn)橄嘧兌a(chǎn)生的巨大熱量主要傳遞給位于下方的進(jìn)水段，所以進(jìn)水段銅管內(nèi)壁的水垢厚度要大于出水管段。

從流體力學(xué)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(yuǎn)，越趨于層流。

從十幾年來的實(shí)踐情況來看，T1的低壓機(jī)組冷凝器的進(jìn)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(jī)組冷凝器進(jìn)、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(jī)組冷凝器真正沒有洗徹底的地方是進(jìn)水段銅管靠近集水室這邊的1／2段。因?yàn)檫M(jìn)水段銅管靠近固有進(jìn)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(jī)組冷凝器沒有清洗徹底的地方

3 改進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)水段銅管或出水段銅管進(jìn)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(jìn)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(diǎn)是進(jìn)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(jiān)持進(jìn)水段銅管和出水段銅管分開單獨(dú)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(jìn)水段銅管，則用軟木塞將在集水室上方的出水段銅管的進(jìn)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(jìn)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(yùn)用大功率藥水泵的清洗方法

圖7 運(yùn)用小功率藥水泵的清洗方法

反之，當(dāng)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(yùn)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(dá)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(biāo)：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(jī)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(hù)手冊［R］.武漢：YORK公司，2007.

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