恩曼(ENMAX)防垢裝置在熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用

武紹井，徐 鵬，李 斌

(重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司 公用設(shè)計(jì)部，重慶 401120)

某鋼廠為了進(jìn)一步回收加熱爐煙氣余熱，在煙道空氣預(yù)熱器后新增1套熱水系統(tǒng)，即利用煙氣余熱生產(chǎn)熱水。投入運(yùn)行后不久，發(fā)現(xiàn)因源水硬度過(guò)高導(dǎo)致熱水系統(tǒng)中的煙氣-水換熱器(以下稱換熱器)結(jié)垢嚴(yán)重，影響熱水產(chǎn)量。經(jīng)多次探索，最終找到一種防熱水結(jié)垢裝置并應(yīng)用到熱水系統(tǒng)中，從而在不改變系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的情況下，以較小的代價(jià)解決了換熱器結(jié)垢問(wèn)題。

1 熱水系統(tǒng)簡(jiǎn)介及問(wèn)題

熱水系統(tǒng)設(shè)備包括補(bǔ)水箱、熱水泵和煙氣-水換熱器等，如圖1所示。介質(zhì)流程：外來(lái)源水→補(bǔ)水箱→熱水泵→水換熱器→流量計(jì)→溫度計(jì)→外供。系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)目包括換熱器前、后煙氣溫度，熱水流量和熱水溫度等。

設(shè)計(jì)參數(shù)如下：煙氣流量50 820～55 000 m3/h(標(biāo)準(zhǔn))，換熱器前、后煙氣溫度分別為170、130 ℃；熱水流量12 t/h，換熱器進(jìn)、出口水溫分別為25、90 ℃。

生產(chǎn)的熱水外銷，用于食堂、浴室等，價(jià)格6.68元/t。

熱水系統(tǒng)投運(yùn)后，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)換熱器阻力增加，

圖1 熱水系統(tǒng)圖

出力下降，具體表現(xiàn)為熱水泵揚(yáng)程增大，同時(shí)熱水產(chǎn)量和熱水溫度均逐漸減小。3個(gè)月內(nèi)，熱水泵揚(yáng)程升至最大，熱水流量降至約6 t/h，換熱器出口熱水溫度降至32 ℃，熱水量和品質(zhì)達(dá)不到外銷要求。

通過(guò)檢測(cè)熱水泵能力以及冷態(tài)沖 洗換熱器，排除了水泵能力不足以及換熱器內(nèi)堵塞的可能。為最終確定原因，隨機(jī)切開(kāi)幾處換熱管，對(duì)換熱管局部進(jìn)行破壞性檢查。低溫段(換熱器進(jìn)水段)有黑色結(jié)節(jié)，綠豆大小，無(wú)規(guī)則分布，數(shù)量較多，輕敲即掉，手捏即碎。此結(jié)節(jié)應(yīng)為焊渣與氧化鐵混合物，從其大小和數(shù)量上判斷，對(duì)阻力有影響。高溫段(換熱器出水段)管壁內(nèi)側(cè)有均勻分布一圈白色物質(zhì)，致密，較硬，厚度約為1.0 mm，判斷應(yīng)為水垢。換熱管規(guī)格為Φ32×5，按結(jié)垢厚度1.0 mm計(jì)算，則流通面積減小17%。

檢測(cè)源水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)硬度較高。水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水質(zhì)檢測(cè)表

確定原因后，對(duì)換熱器進(jìn)行酸洗除垢，酸洗的效果很明顯：換熱器熱水流量和溫度均上升至設(shè)計(jì)值。但正常運(yùn)行持續(xù)不到3個(gè)月時(shí)間，又逐漸惡化。其后又進(jìn)行過(guò)2次酸洗，但酸洗效果越來(lái)越不明顯，特別是最后1次，酸洗過(guò)后基本上沒(méi)有明顯效果(結(jié)垢過(guò)于嚴(yán)重所致)。

為維持熱水系統(tǒng)運(yùn)行，同時(shí)不考慮更換換熱器和源水水源以節(jié)省投資，經(jīng)多次查找資料，研究論證，決定在熱水系統(tǒng)上增加1套恩曼(ENMAX)CPRS防垢裝置，以阻止結(jié)垢繼續(xù)惡化，并期望消除原有結(jié)垢。

2 恩曼(ENMAX)CPRS防垢簡(jiǎn)介

恩曼(ENMAX)防蠟、防垢、防腐蝕裝置(Corrosion Prevention and Removal Systems，簡(jiǎn)稱CPRS)是目前較為先進(jìn)的用于解決結(jié)垢問(wèn)題的工具。該裝置防結(jié)垢的基本理論是其“核心材料”(特殊合金)可以形成一種特殊的電化學(xué)催化體，當(dāng)流體通過(guò)防垢裝置時(shí)，核心材料通過(guò)電化學(xué)的方式使流體和流體中的物質(zhì)的特性發(fā)生改變，流體中的固相顆粒受其作用而始終處于懸浮狀態(tài)和溶解狀態(tài)，不再沉淀或吸附到管壁或其他設(shè)施的金屬表面上，同時(shí)增強(qiáng)了流體的物理性能。許多專利及文獻(xiàn)都表明當(dāng)流體流經(jīng)這種由特殊合金制成的裝置后，結(jié)垢明顯減少，甚至消失，同時(shí)伴有緩解腐蝕的效果。

該裝置無(wú)磁、無(wú)電、無(wú)需添加任何化學(xué)藥品，節(jié)能環(huán)保，不污染環(huán)境；安裝簡(jiǎn)便，使用和維護(hù)成本低廉，壽命長(zhǎng)；同時(shí)可抑制藻類生長(zhǎng)并防止腐蝕的形成。

其防垢、防腐蝕的性能已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外用戶認(rèn)可。目前已經(jīng)在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)包括中國(guó)取得專利，并廣泛應(yīng)用于石化、鋼鐵、電力、供熱、食品等行業(yè)領(lǐng)域。

3 恩曼(ENMAX)CPRS選型及應(yīng)用

根據(jù)水質(zhì)、熱水流量，選擇規(guī)格為3×4″直通式恩曼(ENMAX)CPRS裝置(以下稱防垢裝置)。

安裝位置選擇：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和管道布置情況，將防垢裝置選在補(bǔ)水箱入口豎直管道上，緊靠補(bǔ)水箱，見(jiàn)圖2。防垢裝置既能水平安裝，又能垂直安裝，對(duì)其前后有無(wú)直管段也無(wú)要求。法蘭連接，自帶配對(duì)法蘭，安裝前清除管道內(nèi)焊渣、鐵銹等雜物；安裝時(shí)，按照防垢裝置長(zhǎng)度將管道切開(kāi)，管道斷口與防垢裝置法蘭焊接即可；安裝完畢即可通水使用。安裝時(shí)注意裝置本體上箭頭指示方向與水流方向保持一致。

圖2 防垢裝置安裝位置

調(diào)整補(bǔ)水箱水位：根據(jù)防垢裝置防垢原理——“當(dāng)流體通過(guò)防垢裝置時(shí)，核心材料通過(guò)電化學(xué)的方式使流體和流體中的物質(zhì)的特性發(fā)生改變，流體中的固相顆粒受其作用而始終處于懸浮狀態(tài)和溶解狀態(tài)，不再沉淀或吸附到管壁或其他設(shè)施的金屬表面上”，而這種“懸浮狀態(tài)和溶解狀態(tài)”僅在一定時(shí)間內(nèi)有效，即防垢裝置對(duì)水介質(zhì)影響是有時(shí)效性的，這個(gè)時(shí)效一般在72 h。補(bǔ)水箱入口增加防垢裝置后，源水經(jīng)過(guò)防垢裝置以“不易結(jié)垢”狀態(tài)流入補(bǔ)水箱，為保持這種狀態(tài)，也即時(shí)效性，在控制上做了調(diào)整，調(diào)低補(bǔ)水箱正常運(yùn)行水位，由+3 m降低到+1 m。當(dāng)補(bǔ)水箱水位降低到+1 m時(shí)，水箱開(kāi)始補(bǔ)水；當(dāng)補(bǔ)水箱水位升高到+3 m時(shí)，水箱停止補(bǔ)水，從而減少“不易結(jié)垢”的源水在補(bǔ)水箱中停留時(shí)間。

其他：防垢裝置不需要電源驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行中不消耗其他能源介質(zhì)。不需添加化學(xué)藥品，不需要配套安裝溫度、壓力、流量等檢測(cè)手段。

防垢裝置安裝完成后，熱水系統(tǒng)隨即投入運(yùn)行，在其后幾個(gè)月時(shí)間里，通過(guò)熱水系統(tǒng)在線流量檢測(cè)和溫度檢測(cè)，觀察到熱水參數(shù)的緩慢變化趨勢(shì)。隨機(jī)抽取的檢測(cè)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 安裝防垢裝置前后熱水參數(shù)變化

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，安裝防垢裝置以后，換熱器熱水流量和溫度不但沒(méi)有繼續(xù)下降，反而都有逐漸而明顯的上升，特別是熱水溫度在運(yùn)行96 d后已經(jīng)達(dá)到額定設(shè)計(jì)值。這說(shuō)明安裝防垢裝置以后，換熱器不但沒(méi)有產(chǎn)生新垢，管壁上原來(lái)結(jié)的垢也在慢慢溶解脫落。也就是說(shuō)防垢裝置達(dá)到并且超過(guò)了預(yù)期效果。

4 結(jié) 論

(1)恩曼(ENMAX)CPRS可有效解決硬度較大的水質(zhì)的結(jié)垢問(wèn)題，不但能防止結(jié)垢的發(fā)生，還可以溶解和清除已有的水垢。

(2)安裝簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)行管理和維護(hù)費(fèi)用，且無(wú)能源消耗。

(3)注意裝置的時(shí)效性，盡量縮短水介質(zhì)在系統(tǒng)中的停留時(shí)間。