鍍鋅管蒸發(fā)式冷卻塔清洗技術(shù)及其應(yīng)用

康 勇，何國(guó)凱

（1.新鋼集團(tuán)公司動(dòng)力廠，江西新余 338001；2.上海濟(jì)環(huán)水處理科技有限公司，上海 201100）

前言

某鋼鐵公司是一家集礦石采選、鋼鐵冶煉、鋼材軋制及延伸加工于一體的鋼鐵生產(chǎn)制造商，在煉鋼連鑄凈環(huán)水系統(tǒng)中，結(jié)晶器使用閉式蒸發(fā)冷卻塔進(jìn)行冷卻。由于長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)運(yùn)行，疏于日常的清洗維護(hù)，導(dǎo)致冷卻器鍍鋅換熱盤(pán)管和填料上結(jié)垢堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重。鍍鋅管上的紅褐色硬垢嚴(yán)重降低了循環(huán)冷卻水與熱介質(zhì)的熱交換效果，填料和圍板上的灰白色硬垢阻滯冷卻塔與空氣的對(duì)流，導(dǎo)致冷卻效果大大降低，對(duì)系統(tǒng)正常生產(chǎn)運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。為提高冷卻塔換熱效率和清洗效果，清洗采用對(duì)鍍鋅管安全的清洗方案，投加高效鍍鋅管清洗緩蝕劑JH-RE100，在確保清洗效率的前提下，將清洗過(guò)程對(duì)系統(tǒng)造成的影響降到最低。

1 閉式蒸發(fā)冷卻塔特點(diǎn)

閉式蒸發(fā)冷卻塔也叫蒸發(fā)式空冷器或密閉式冷卻塔，是將管式換熱器置于塔內(nèi)，工藝流體在換熱鍍鋅管內(nèi)流過(guò)，空氣在冷卻管的下部通過(guò)安裝在頂部的軸流風(fēng)機(jī)的抽吸作用向上流動(dòng)，塔底蓄水池內(nèi)的水由循環(huán)泵抽取后，送往冷卻管上部均勻地噴淋下來(lái)，通過(guò)流通的空氣、噴淋水增強(qiáng)與循環(huán)水的熱交換，保證鍍鋅換熱盤(pán)管的降溫效果。鍍鋅管蒸發(fā)式冷卻塔結(jié)構(gòu)組成和工作原理如圖1。當(dāng)空氣溫度與循環(huán)噴淋水之間存在溫度差時(shí)，還可進(jìn)一步起冷卻作用。由于冷卻塔循環(huán)水有閉式循環(huán)的特點(diǎn)，使得循環(huán)水水質(zhì)不容易受外界的污染，可以有效保證換熱管冷卻效果的高效運(yùn)行。

圖1 鍍鋅管蒸發(fā)式冷卻塔組成和工作原理

蒸發(fā)式冷卻塔主要是利用流經(jīng)換熱盤(pán)管的水膜中部分水的汽化潛熱，這與風(fēng)冷式和水冷式冷卻塔利用顯熱來(lái)吸收制冷劑蒸氣的熱量是完全不同的。閉式冷卻塔與傳統(tǒng)開(kāi)式冷卻塔相比實(shí)現(xiàn)了冷卻水的全封閉內(nèi)路循環(huán)，極大避免了水資源的浪費(fèi)與水質(zhì)的污染，達(dá)到節(jié)水、節(jié)電的效果，基本消除了腐蝕與結(jié)垢現(xiàn)象對(duì)用戶(hù)設(shè)備造成的威脅。由于水資源的日益匱乏以及國(guó)家節(jié)能減排政策的實(shí)施，對(duì)企業(yè)節(jié)水要求不斷提高，特別是最近幾年蒸發(fā)式冷卻塔在鋼鐵冶金、化工、電力電子、鋁型材機(jī)械加工、空調(diào)冷卻系統(tǒng)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

2 清洗工程量確定

該鋼鐵廠使用的蒸發(fā)式冷卻塔（循環(huán)水量400 m3/h·臺(tái)，保有水量10 m3/臺(tái)，設(shè)計(jì)溫差10～25 ℃），換熱器鍍鋅管結(jié)垢厚度超過(guò)3 mm，填料及圍板孔中結(jié)垢深度超過(guò)50 mm，間歇性生產(chǎn)周期約6 h。有研究表明，水管水垢的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)得為1.6～1.8 W/（m·K），而材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)在29.1～34.9 W/（m·K），水垢的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鍍鋅換熱管體的1/24～1/30。根據(jù)試驗(yàn)，形成1 mm 厚的垢，換熱管的換熱量會(huì)下降80%左右［1］。水垢不僅降低冷卻效果，同時(shí)還存在著垢下腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響冷卻管的強(qiáng)度。

3 垢樣分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)冷卻塔取樣并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室垢樣分析，垢樣分析數(shù)據(jù)如表1，確定垢的主要成份為碳酸鹽、硅酸鹽硬垢，部分銹蝕產(chǎn)物和少量微生物粘泥。從清洗效率、鍍鋅管腐蝕率、經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，研發(fā)確定采用鍍鋅管酸洗緩蝕劑清洗方案進(jìn)行清洗，確保設(shè)備在清洗過(guò)程中基本無(wú)腐蝕。

表1 垢樣分析數(shù)據(jù)

4 清洗工藝

蒸發(fā)式冷卻塔清洗采用“物理+化學(xué)”方式對(duì)設(shè)備表面的污垢進(jìn)行清理去除，物理清洗采用高壓水槍對(duì)疏松的垢進(jìn)行沖洗剝離，化學(xué)清洗采用原水循環(huán)運(yùn)行，酸性清洗劑和緩蝕藥劑投加于冷卻塔蓄水池中進(jìn)行循環(huán)清洗。若清洗液水質(zhì)混濁、雜質(zhì)較多，應(yīng)多次交替進(jìn)行：沖洗—循環(huán)酸洗—排空—補(bǔ)水—漂洗等清洗程序［2］。

5 清洗流程

5.1 準(zhǔn)備工作

所有清洗藥劑和設(shè)備設(shè)施至少提前兩天送達(dá)清洗現(xiàn)場(chǎng)，將高壓水槍、藥劑溶解桶、增壓泵、相關(guān)清洗劑等運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，并將溶解桶與增壓泵在集水池聯(lián)通，形成小循環(huán)管路，以便進(jìn)行清洗時(shí)的藥劑投加。

做好清洗前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，包括實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)掛片、補(bǔ)水/排污設(shè)施的運(yùn)行正常確認(rèn)。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)，關(guān)閉進(jìn)水/排污閥。

操作人員穿戴好防護(hù)服、防護(hù)面具、耐酸堿手套/鞋等恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)裝備，做好人員防護(hù)方可進(jìn)行清洗施工。

5.2 物理沖洗

物理沖洗過(guò)程是向蓄水池中加入補(bǔ)充水，通過(guò)高壓水槍以較大的水流沖掉系統(tǒng)中大面積較疏松的沉積物。通過(guò)循環(huán)水泵向冷卻塔系統(tǒng)輸水并輔助高壓水槍對(duì)可見(jiàn)的大片硬垢進(jìn)行沖洗，打開(kāi)循環(huán)給水、回水總管上的放空閥，閥門(mén)的開(kāi)度應(yīng)適度，排出蓄水池內(nèi)的大塊或顆粒性雜質(zhì)，并觀察排放點(diǎn)出水澄清度情況。當(dāng)排放管排水逐漸變清，關(guān)閉放空閥，系統(tǒng)蓄水池注水達(dá)到一定液位高度后，開(kāi)啟循環(huán)水泵進(jìn)行循環(huán)水沖洗，循環(huán)水流速應(yīng)當(dāng)以大于1.5m/s 的流速進(jìn)行。當(dāng)循環(huán)水濁度基本不再生高后，開(kāi)始轉(zhuǎn)入循環(huán)水的置換過(guò)程，不斷補(bǔ)充水的同時(shí)并少量排污。當(dāng)排污水的濁度＜20 NTU 并基本穩(wěn)定時(shí)，停止補(bǔ)充水和排污，物理沖洗結(jié)束，轉(zhuǎn)入化學(xué)清洗過(guò)程。

操作注意事項(xiàng)：沖洗后，水中雜質(zhì)及剝落物較多，需將該股濁水排污置換，經(jīng)過(guò)沉淀后上清液可直接排入廠區(qū)凈水站處理，沉淀物當(dāng)固廢處置。

5.3 化學(xué)清洗

該過(guò)程是清除物理沖洗難以去除或者難以洗到換熱管表面的硬垢、浮銹和微生物黏泥等沉積物，使鍍鋅換熱管露出金屬表面。水質(zhì)置換完畢后，向溶解桶投加鍍鋅管酸洗緩蝕劑JH-RE100，投加濃度為0.1%～0.15%（按保有水量計(jì)），打開(kāi)計(jì)量泵進(jìn)行藥劑投加，循環(huán)泵循環(huán)運(yùn)行約30 min 后，在溶解桶中加入鍍鋅管酸性清洗劑進(jìn)行化學(xué)清洗。

循環(huán)清洗過(guò)程中，間歇投加清洗劑控制pH 在3左右，為加快鍍鋅管垢層松軟脫落，間歇配合使用高壓水槍進(jìn)行沖洗。清洗過(guò)程中在蓄水池中掛入鍍鋅試驗(yàn)管測(cè)定清洗期間腐蝕率，并定期測(cè)定循環(huán)水中pH、總鋅、總鐵、濁度及鈣離子濃度，若清洗期間產(chǎn)生泡沫，視泡沫情況適量投加消泡劑。

隨著化學(xué)清洗的進(jìn)行，蓄水池內(nèi)濁度不斷升高，同時(shí)循環(huán)水中總鋅和總鐵的濃度不斷升高。隨著清洗進(jìn)行，目測(cè)鍍鋅換熱管無(wú)銹無(wú)垢且呈金屬本色，清洗過(guò)程中監(jiān)測(cè)循環(huán)水中總鐵、濁度及鈣離子濃度不再繼續(xù)升高，即可結(jié)束清洗，預(yù)計(jì)清洗時(shí)間為4～6 h（具體清洗時(shí)間視系統(tǒng)結(jié)垢情況而定）。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行排空置換，當(dāng)濁度低于20 NTU 后停止置換，投加預(yù)膜劑和日常運(yùn)行緩蝕阻垢劑轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。由于清洗后清洗液仍呈酸性，不能直接排入凈水站，需統(tǒng)一收集后集中處理。

6 系統(tǒng)預(yù)膜

清洗結(jié)束后，通過(guò)換水使水中濁度＜20 NTU，采用連續(xù)-分階段投加對(duì)鍍鋅管具有良好緩蝕效果的預(yù)膜劑和保證預(yù)膜均勻性的分散劑，通過(guò)循環(huán)水泵循環(huán)運(yùn)行進(jìn)行預(yù)膜。每2 h 檢測(cè)循環(huán)水的pH、濁度、總磷，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)預(yù)膜劑的投加量，如果預(yù)膜過(guò)程中藥劑不足，需進(jìn)行預(yù)膜劑補(bǔ)加。當(dāng)出水中總磷＜10 mg/L、濁度＜20 NTU、試驗(yàn)管表面出現(xiàn)均勻的且色暈一致的彩色膜，預(yù)膜約20 h，預(yù)膜結(jié)束，需大量補(bǔ)水，投加阻垢緩蝕劑進(jìn)行正常的運(yùn)行控制。

7 清洗質(zhì)量及驗(yàn)收

依據(jù)《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（HG/T 2387-2007）和《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T 25146-2010），清洗后應(yīng)滿(mǎn)足：洗凈率/除垢率大于85%～90%，即通過(guò)目測(cè)被清洗冷凝器鍍鋅鋼管表面基本無(wú)大片垢，露出絕大部分鍍鋅管表面，經(jīng)外觀檢查合格［3］；鍍鋅管表面無(wú)嚴(yán)重局部腐蝕，均勻腐蝕速度應(yīng)小于2 g/（m2·h）。

清洗后蒸發(fā)式冷卻塔填料、圍板上附著的大塊硬垢均被清洗干凈，洗凈率95%以上；鍍鋅換熱管附著的絕大部分硬垢被清洗下來(lái)，露出絕大部分鍍鋅管表面，洗凈率85%以上；清洗后鍍鋅換熱管和鍍鋅試驗(yàn)管表面均無(wú)明顯局部腐蝕，如表2 所列。鍍鋅試驗(yàn)管均勻腐蝕速率1.36 g/（m2·h），如表3 所列。清洗過(guò)程中主要水質(zhì)監(jiān)控指標(biāo)變化如表4所列。

表2 清洗前后效果比較

表3 鍍鋅試驗(yàn)管腐蝕速率

表4 主要水質(zhì)監(jiān)控指標(biāo)變化

8 小結(jié)

鍍鋅管蒸發(fā)冷卻器清洗采用“物理+化學(xué)”方式對(duì)設(shè)備表面的污垢進(jìn)行清理去除，物理清洗采用高壓水槍對(duì)疏松的垢進(jìn)行沖洗剝離，化學(xué)清洗采用原水循環(huán)運(yùn)行，酸性清洗劑和鍍鋅管酸洗緩蝕劑JHRE100 投加于冷卻塔蓄水池中，循環(huán)清洗。達(dá)到預(yù)期清洗效果的同時(shí)，將常規(guī)的清洗時(shí)間2～3天縮短到1.5天，大大提高了清洗效率。

基本洗凈冷卻塔圍板及填料，鍍鋅管主要包裹硬垢變軟脫落，部分鍍鋅管可見(jiàn)金屬光澤；循環(huán)冷卻水溫差降低至少3 ℃。清洗結(jié)束后應(yīng)常年作緩蝕阻垢水處理，可以阻止結(jié)垢，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高換熱效率，使設(shè)備長(zhǎng)期保持在良好的狀態(tài)，比經(jīng)常清洗更安全、更經(jīng)濟(jì)。