楊建麗，張 博，董 華

（中化化工科學(xué)技術(shù)研究總院，北京 100083）

某電廠裝機(jī)容量50MW，由于淡水資源十分緊張，為了最大限度提高水的利用率，節(jié)約用水，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)全部采用蒸發(fā)式冷卻塔，在國內(nèi)尚屬首次。蒸發(fā)式冷卻塔充分利用水的蒸發(fā)潛熱大的特點(diǎn)，提高了換熱過程中的換熱效率，減少了水資源的消耗率。但其特殊的工作原理以及與其他冷卻塔不同的結(jié)垢特點(diǎn)，再加上電廠水資源的緊張，不能及時(shí)對循環(huán)水進(jìn)行排污置換，在電廠投運(yùn)一年左右的時(shí)間后，蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中出現(xiàn)了換熱管表面結(jié)垢嚴(yán)重的現(xiàn)象，降低了換熱效率，背壓高，發(fā)電煤耗增加。

為了改善換熱效率，恢復(fù)換熱管道的表面狀況，電廠方?jīng)Q定對整套系統(tǒng)進(jìn)行在線清洗。

1. 蒸發(fā)式冷凝器的組成和工作原理

1.1 組成

蒸發(fā)式冷凝器是由冷卻管組、填料、淋水器、軸流風(fēng)機(jī)、集水槽、水泵、收水器、箱體等部件組成。它是一種融合了空冷式、水冷式和冷卻塔的緊湊式換熱器[1]。

1.2 工作原理

蒸發(fā)式冷凝器是利用盤管外的噴淋水部分蒸發(fā)時(shí)吸收盤管內(nèi)高溫氣態(tài)制冷劑的熱量而使管內(nèi)的制冷劑逐漸由氣態(tài)被冷卻為液態(tài)。蒸發(fā)式冷凝器是先進(jìn)的冷凝鍍鋅設(shè)備，是通過制冷劑（氨蒸氣），水和空氣三者之間的交互作用，以水的氣化吸熱（部分噴淋水變成水蒸氣）吸走制冷劑（氨蒸氣）蒸氣中的熱量，從而使制冷劑蒸氣凝結(jié)成液態(tài)的一種熱交換設(shè)備。

2. 電廠冷凝器結(jié)垢情況

循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水源有三種：第一種水源是淡水；當(dāng)?shù)Y源緊張不能為系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，就選擇第二種水源——地下水，因?yàn)樵撍此|(zhì)差，含鹽量高，又叫鹵水；當(dāng)以上兩種水源仍不能滿足蒸發(fā)時(shí)，就會(huì)臨時(shí)從其他機(jī)組的冷卻塔水池底部抽水，也就相當(dāng)于其他系統(tǒng)循環(huán)水的排污水。由于當(dāng)?shù)厮Y源緊張，幾乎很少對循環(huán)水進(jìn)行排污置換。

隨冷卻水的不斷蒸發(fā)，使水中的各種鹽份濃度逐漸增大，當(dāng)濃度大于溶解度時(shí)則會(huì)析出，在換熱面沉積下來。某些溶于水中的鹽類則因通過冷凝器傳熱面時(shí)受熱分解而析出。溶解在冷卻水中的氧還會(huì)造成金屬腐蝕，形成鐵銹。由于銹垢的產(chǎn)生，換熱效果下降。嚴(yán)重時(shí)不得不在殼體外噴淋冷卻水，結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞管子，使換熱效果失去作用。

2.1 現(xiàn)場水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

對某電廠的補(bǔ)充水、循環(huán)水做了分析，分析結(jié)果見表1。從表1中可以看出：

(1)氯離子

最能反映濃縮倍數(shù)的是循環(huán)水中的氯離子與補(bǔ)充水中的氯離子的比值，該值是331倍，這是由于蒸發(fā)冷排污置換率較低，加之自身蒸發(fā)量大所造成的。

(2)堿度和硬度

堿度的濃縮倍數(shù)是3.0，硬度的濃縮倍數(shù)是184.0；遠(yuǎn)低于循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，說明堿度與硬度反應(yīng)生成碳酸鹽，沉積在系統(tǒng)中，有的覆著換熱管壁上，有的沉積在循環(huán)水池底部。

(3)鈣離子、鎂離子和二氧化硅

鎂離子的濃縮比（162）小于鈣離子的濃縮比（192），說明鈣、鎂離子在與堿度共沉淀的同時(shí)，鎂離子也會(huì)與活性二氧化硅生成硅酸鎂沉淀，硅酸鎂俗稱蛇紋石，該種沉淀物難于清洗。硅垢只能通過堿性清洗劑才能將其去除。

(4)硫酸根

硫酸根與鈣離子生成的硫酸鈣（石膏），超過溶度積時(shí)就會(huì)析出，從分析數(shù)據(jù)看，硫酸根的損失也比較嚴(yán)重，其濃縮比遠(yuǎn)小于氯離子的濃縮倍數(shù)。

2.2 垢樣分析

現(xiàn)場考察了冷凝器結(jié)垢情況，可以看到部分裸露在外的部分，顏色發(fā)白，存在堿腐蝕現(xiàn)象。換熱管道被堅(jiān)硬的黃色硬垢所覆蓋。

對垢樣主要成分進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表2。

表1 水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

表2 成垢元素比例表

3. 化學(xué)清洗工藝的選擇

3.1 清洗前準(zhǔn)備[2]

A、切斷電源：關(guān)閉循環(huán)泵，停止冷卻水循環(huán)，關(guān)閉軸流風(fēng)機(jī)電源。

B、關(guān)閉閥門：關(guān)閉進(jìn)水閥門、排污閥門。

C、人員防護(hù)：施工人員穿戴防護(hù)服及防護(hù)面具，穿戴塑膠鞋和手套。清洗施工中應(yīng)注意人身安全，做好勞動(dòng)防護(hù)。

3.2 清洗劑的選擇

選用我公司的專用清洗劑酸性清洗劑CW0405，CW0826；分散劑CW0102，堿性清洗劑CW0302。

3.3 預(yù)膜劑的選擇

選用我公司的專用預(yù)膜劑CW0206。

3.4 清洗工藝過程

3.4.1 排污置換

清洗步驟實(shí)施前對冷卻水池中的高濃度循環(huán)水進(jìn)行置換，置換至電導(dǎo)率小于1000ms/cm。

3.4.2 酸性清洗

水置換合格后，首先向水池中加入1800kg鍍鋅管專用的酸洗緩蝕劑CW0826；然后一次性加入所有酸性清洗劑CW0405。跟蹤分析循環(huán)水池中的電導(dǎo)率、鈣離子、酸度（酸性清洗液中酸度不小于1%）的變化。依據(jù)數(shù)據(jù)判定酸性終點(diǎn)（酸度不再變化），總時(shí)間大約4h。

3.4.3 排污置換

酸洗結(jié)束后，對冷卻水池中的水進(jìn)行徹底的排污置換，然后轉(zhuǎn)入堿洗階段。

3.4.4 堿性清洗

首先向水池中投加50kg分散劑CW0102，然后投加800kg堿性清洗劑CW0302，控制循環(huán)水中的pH值小于12，循環(huán)8～12h，觀察清洗過程中pH值及電導(dǎo)率的變化。

3.4.5 排污置換

堿洗結(jié)束后，根據(jù)冷卻水的水質(zhì)情況，適當(dāng)排污置換，到濁度<10NTU，鐵離子小于2mg/L，然后將pH值控制在5.5～6.5。

3.4.6 鈍化預(yù)膜

符合鈍化預(yù)膜水質(zhì)條件后，將事先準(zhǔn)備好的預(yù)膜劑CW0206加入水池中，檢測水中的pH值變化，使其維持在5.5～6.5直到鈍化預(yù)膜工序結(jié)束?？倳r(shí)間控制在12～24h。

3.4.7 排污置換

預(yù)膜結(jié)束后，將對循環(huán)水進(jìn)行排污置換，直到總磷小于10mg/L時(shí)，即是置換結(jié)束。

3.4.8 正常運(yùn)行

正常運(yùn)行時(shí)，采取必要的日常維護(hù)手段，電導(dǎo)率控制在2000ms/cm以下。

4. 蒸發(fā)式冷凝器化學(xué)清洗的腐蝕速率檢測和腐蝕速率測定

表3 掛片腐蝕速率的測定

先選定進(jìn)行試驗(yàn)的樣品，樣品的化學(xué)成分和金相組織必須同酸洗的熱鍍鋅材料一致。加工成適當(dāng)?shù)拇笮。话銥?0×50mm。把制備好的樣品用丙酮或無水酒精除去油污，并用吹風(fēng)機(jī)吹干，熱風(fēng)干燥后的樣品要放入干燥器內(nèi)冷卻到室溫后用分析天平精確稱重（這一重量就是腐蝕前重）。將稱完重量的樣品放入清洗水箱中懸掛在水流中，經(jīng)過一定時(shí)間以后(該時(shí)間即為腐蝕試驗(yàn)時(shí)間)，取出樣品并洗凈，再經(jīng)過丙酮或無水酒精清除水分并用與試驗(yàn)前相同的方法干燥、冷卻，待完全恢復(fù)到室溫后，精確稱其重量（這一重量就是腐蝕后重）。根據(jù)腐蝕前后重量的變化就可計(jì)算出腐蝕速率。

由于掛片懸掛點(diǎn)不同，酸洗期間的腐蝕速率也不盡相同，取其平均值3.44 g/m2. h，該值符合HG/T2387-2007《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的碳鋼腐蝕率<6.0g/m2. h的要求。

5. 蒸發(fā)式冷凝器清洗質(zhì)量的驗(yàn)收

化學(xué)清洗與鈍化預(yù)膜質(zhì)量等整個(gè)清洗鈍化工藝完成后，應(yīng)該經(jīng)廠方人員檢驗(yàn)。填料無損傷，熱鍍鋅材質(zhì)表面無腐蝕，設(shè)備表面無殘垢，循環(huán)水水質(zhì)清澈無垢渣沉積，熱鍍鋅盤管表面無殘垢，呈熱鍍鋅金屬本色，方達(dá)到清洗的預(yù)期效果。預(yù)膜后設(shè)備無二次銹蝕發(fā)生，設(shè)備材質(zhì)沒有產(chǎn)生點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、選擇性腐蝕，加入成膜劑控制為“零”腐蝕。我們的清洗基本上達(dá)到了上面的要求。

6. 結(jié)論

通過某電廠蒸發(fā)式冷凝器的實(shí)際清洗檢驗(yàn)，采用此噴淋式循環(huán)清洗工藝，使用我公司自主研發(fā)的酸性清洗劑CW0405、CW0826、分散劑CW0102、堿性清洗劑CW0302和預(yù)膜劑CW0206用于蒸發(fā)式冷凝器保護(hù)熱鍍鋅設(shè)備清洗，取得了較好的效果。對熱鍍鋅材質(zhì)的清洗是安全的。

[1]陳潔.DL/T 794-2001火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2002—56.

[2]張敏，吳晉英，魏文峰，等.蒸發(fā)式冷凝器的化學(xué)清洗和鈍化[J].清洗世界，2009,25(11)：17-21.