空壓機冷卻器結(jié)垢原因分析及清洗

冀 成,臧克培,任彥峰

(西山煤電(集團)公司 屯蘭礦，山西 古交 030200)

西山煤電(集團)公司屯蘭礦地面壓風(fēng)機房共安裝2臺200 m3/min的阿特拉斯·科普柯ZH10000-6-9型離心式無油空壓機。在對空壓機房的1#ZH10000離心式空壓機冷卻器進行例行檢修維護時，發(fā)現(xiàn)其冷卻器近1/3的銅管被水垢全部或部分堵塞，但運行時未出現(xiàn)空壓機運行異?，F(xiàn)象。由于空壓機在長時間運行后，會在冷卻器中形成水垢，而冷卻系統(tǒng)的采熱率和散熱能力與表面結(jié)垢密切相關(guān)，當(dāng)機體散熱不及時，壓縮空氣的進、排溫增加，排氣溫度有時達180℃左右，將使機組整體效率下降，停、開機次數(shù)增加，各種零部件使用時間縮短，甚至?xí)斐筛叩蛪恨D(zhuǎn)子損壞，嚴重影響機組正常運行[1]。所以，對空壓機冷卻器及時有效地清洗非常重要。

1 結(jié)垢原因分析

空壓機冷卻器中的冷卻水循環(huán)使用，冷卻器冷卻后產(chǎn)生的熱水直接進入冷卻塔中，起制冷作用的抽風(fēng)機安裝于冷卻塔的塔頂，產(chǎn)生的冷風(fēng)從冷卻塔下部抽入，與自上而下的熱水進行逆流熱交換，被冷卻的水流入吸水池，水泵再將冷卻后的水送入冷卻器中循環(huán)使用[2]。循環(huán)水和管網(wǎng)工業(yè)水是空壓機冷卻水的兩部分來源，正常情況下使用循環(huán)水，管網(wǎng)工業(yè)水作為循環(huán)補充水。這樣就造成循環(huán)水、補充水硬度較高。

通過對冷卻器中垢樣的分析表明，垢中90％以上為碳酸鹽類型結(jié)垢，另有部分泥沙和微生物以及銅、鐵的腐蝕產(chǎn)物。冷卻器結(jié)垢均出現(xiàn)在出水管部分，而進水管側(cè)只出現(xiàn)小部分堵塞。結(jié)垢的顏色為褐色、質(zhì)硬，用10 MPa的高壓水很難將其沖洗掉。從分析可以看出，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢、堵塞的主要原因是循環(huán)過程中循環(huán)冷卻水中的Ca、Mg等金屬離子與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)并沉淀、析出造成的[3]。

發(fā)生的析出反應(yīng)為：碳酸鈣溫度越高，反應(yīng)結(jié)晶越快，越容易析出，可見溫度高是造成水垢形成的另一種因素。氣體在水中的溶解度會隨水溫升高而降低(當(dāng)水溫在50℃時水中二氧化碳含量幾乎為零)，而循環(huán)水平均溫度在50℃以上，加之循環(huán)水在冷卻過程中與大氣充分接觸，加速了二氧化碳的散失，從而無法滿足水中碳酸平衡的需要，使碳酸平衡遭到破壞，加速了碳酸鈣的析出。析出反應(yīng)為：Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O，而碳酸鈣在析出過程中也一起沉淀了部分鋁鹽、鎂鹽。

2 冷卻器的清洗

盡管日常對循環(huán)水的水質(zhì)管理與設(shè)備的運行管理都非常重視，但無法避免空壓機冷卻器中水垢的產(chǎn)生，所以及時清除冷卻系統(tǒng)中的水垢，冷卻循環(huán)水雖經(jīng)過處理，但其硬度和雜質(zhì)不可能完全除去。因此，選擇一種最為有效的方法定期對冷卻器清洗十分必要。常用的除垢方法有：人工除垢(效果差、效率低、勞動強度大)、機械除垢(對冷卻器管壁常會造成損傷)、化學(xué)除垢(分為酸洗除垢和堿洗除垢但，腐蝕性較大)。

2.1 清洗原理

本文針對空壓機冷卻器材質(zhì)為黃銅且管壁較薄的特點，采用GJ-04D中性清洗劑配置的清洗溶液進行清洗。原理如下：

采用的GJ-04D中性清洗劑主要成分為有機羥酸鹽、有機磷酸鹽、聚合物、分散劑、黏泥剝離劑和緩蝕劑，其能夠破壞水垢中的鈣、鎂等分子結(jié)構(gòu)，進而將水垢溶解并清除，具螯合清洗和分散清洗作用。配置的清洗溶液基本呈中性，對冷卻器無腐蝕作用。因GJ-04D中性清洗劑成份中含有有機緩蝕物質(zhì)，能與循環(huán)冷卻水中的鐵、銅、鋅、鋁等多種金屬離子形成結(jié)合物，形成冷卻器保護層，免去了清洗后預(yù)膜或鈍化處理。

2.2 藥劑濃度的確定

清洗工作的前提是在保證除垢情況下不對設(shè)備本體造成損害，因此，必須考慮以下幾個因素：

1) 除垢速率與除垢率。藥劑的濃度決定了除垢速率，但濃度太大，即反應(yīng)速率太快易導(dǎo)致垢的大面積剝離，剝離后易導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞且出現(xiàn)藥劑浪費，而濃度太低，則反應(yīng)無法進行。為了準確地確定藥劑濃度，在清洗前需通過試驗確定。將3組試驗用的冷卻管、銅片置于3種濃度(3％、5％、7％)的清洗液中分別浸泡6 h，發(fā)現(xiàn)5％濃度的清洗液能夠較平穩(wěn)地進行反應(yīng)，既沒有出現(xiàn)大顆粒的剝離垢堵塞冷卻管的現(xiàn)象，同時又達到了滿意的除垢效果。試驗證明清洗液在5％濃度時對冷卻器管道不會造成阻塞，腐蝕清洗效果較好。

2) 腐蝕的控制。因藥劑中已考慮腐蝕問題，在藥劑中已有添加劑，基本不會造成腐蝕影響，試驗黃銅的均勻腐蝕率在5％配置藥劑溶液作用下均小于0.01 g/m2·h，滿足要求。

2.3 清洗流程

2.3.1清洗設(shè)備的搭建

冷卻器清洗設(shè)備主要包括：循環(huán)泵、循環(huán)容器、泵保護控制開關(guān)、連接管件、閥門、過濾器等。其中，循環(huán)泵采用臥式泵，其具有安裝方便、流量大及節(jié)能高效的優(yōu)點；循環(huán)容器采用不銹鋼材質(zhì)，其具有便于清潔、不易腐蝕的優(yōu)點；連接方式采用塑料軟管連接，具有連接快速不易腐蝕的優(yōu)點。搭建的清洗設(shè)備原理圖見圖1。

圖1 清洗設(shè)備原理圖

2.3.2清洗過程

將配置好的清洗溶液放置在清洗容器中，冷卻器一端接口接塑料管的一端，塑料管另一端接到循環(huán)泵出液口；另外1根塑料管一端接到冷卻器的另一端，另一端接清洗容器，清洗容器再接循環(huán)泵進液口。循環(huán)泵、冷卻器與清洗容器構(gòu)成循環(huán)清洗回路。循環(huán)泵啟動后用中性清洗劑溶液進行循環(huán)清洗，一般清洗6 h左右。若是冬季清洗，可把配置溶液加熱到70℃～80℃，以加快清洗速度，提高清洗效果。待清洗后排出廢液，再用5％的蘇打溶液循環(huán)清洗10 min，最后用清水沖洗干凈，待出水口的pH值及濁度達標后停止清洗?？諌簷C冷卻器清洗質(zhì)量要求：除垢率達到95％以上，均勻腐蝕率≤0.01 g/m2·h且無點蝕現(xiàn)象[5]。

3 結(jié) 語

空壓機冷卻器進行化學(xué)循環(huán)清洗后，冷卻器進出水溫差達到7℃，熱交換效果明顯，空壓機運行效率提高。說明搭建的清洗裝置，利用GJ-04D中性清洗劑配置的清洗溶液通過循環(huán)清洗達到了空壓機的運行要求。確保了空壓機的安全經(jīng)濟運轉(zhuǎn)，為該礦井下壓風(fēng)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運行提供了保障。

參 考 文 獻

[1]程連元.空壓機冷卻器結(jié)垢原因分析及預(yù)防[J].冶金動力,2002(5):17-20.

[2]楊波濤.空壓機冷卻系統(tǒng)水垢的形成及防治[J].礦山機械,2004(02):57-59.

[3]袁衛(wèi)昌，袁慶怡.空壓機冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)清洗[J].清洗世界，2008，8(21):38-39.