康 勇，何國凱

（1.新鋼集團(tuán)公司動力廠，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。由于長時間循環(huán)運行，疏于日常的清洗維護(hù)，導(dǎo)致冷卻器鍍鋅換熱盤管和填料上結(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流，導(dǎo)致冷卻效果大大降低，對系統(tǒng)正常生產(chǎn)運行造成嚴(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，將清洗過程對系統(tǒng)造成的影響降到最低。

1 閉式蒸發(fā)冷卻塔特點

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，空氣在冷卻管的下部通過安裝在頂部的軸流風(fēng)機(jī)的抽吸作用向上流動，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，通過流通的空氣、噴淋水增強與循環(huán)水的熱交換，保證鍍鋅換熱盤管的降溫效果。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，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，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)開式冷卻塔相比實現(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)象對用戶設(shè)備造成的威脅。由于水資源的日益匱乏以及國家節(jié)能減排政策的實施，對企業(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，保有水量10 m3/臺，設(shè)計溫差10～25 ℃），換熱器鍍鋅管結(jié)垢厚度超過3 mm，填料及圍板孔中結(jié)垢深度超過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，形成1 mm 厚的垢，換熱管的換熱量會下降80%左右［1］。水垢不僅降低冷卻效果，同時還存在著垢下腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重影響冷卻管的強度。

3 垢樣分析

根據(jù)現(xiàn)場冷卻塔取樣并進(jìn)行實驗室垢樣分析，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)備在清洗過程中基本無腐蝕。

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疏松的垢進(jìn)行沖洗剝離，化學(xué)清洗采用原水循環(huán)運行，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，將高壓水槍、藥劑溶解桶、增壓泵、相關(guān)清洗劑等運送至現(xiàn)場，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)行清洗時的藥劑投加。

做好清洗前的各項準(zhǔn)備工作，包括實驗監(jiān)測掛片、補水/排污設(shè)施的運行正常確認(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

物理沖洗過程是向蓄水池中加入補充水，通過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。通過循環(huán)水泵向冷卻塔系統(tǒng)輸水并輔助高壓水槍對可見的大片硬垢進(jìn)行沖洗，打開循環(huán)給水、回水總管上的放空閥，閥門的開度應(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，開始轉(zhuǎn)入循環(huán)水的置換過程，不斷補充水的同時并少量排污。當(dāng)排污水的濁度＜20 NTU 并基本穩(wěn)定時，停止補充水和排污，物理沖洗結(jié)束，轉(zhuǎn)入化學(xué)清洗過程。

操作注意事項：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），打開計量泵進(jìn)行藥劑投加，循環(huán)泵循環(huán)運行約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。清洗過程中在蓄水池中掛入鍍鋅試驗管測定清洗期間腐蝕率，并定期測定循環(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，目測鍍鋅換熱管無銹無垢且呈金屬本色，清洗過程中監(jiān)測循環(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)計清洗時間為4～6 h（具體清洗時間視系統(tǒng)結(jié)垢情況而定）。對系統(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)膜劑和日常運行緩蝕阻垢劑轉(zhuǎn)入正常運行。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，通過換水使水中濁度＜20 NTU，采用連續(xù)-分階段投加對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，通過循環(huán)水泵循環(huán)運行進(jìn)行預(yù)膜。每2 h 檢測循環(huán)水的pH、濁度、總磷，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)預(yù)膜劑的投加量，如果預(yù)膜過程中藥劑不足，需進(jìn)行預(yù)膜劑補加。當(dāng)出水中總磷＜10 mg/L、濁度＜20 NTU、試驗管表面出現(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，需大量補水，投加阻垢緩蝕劑進(jìn)行正常的運行控制。

7 清洗質(zhì)量及驗收

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)量驗收規(guī)范》（GB/T 25146-2010），清洗后應(yīng)滿足：洗凈率/除垢率大于85%～90%，即通過目測被清洗冷凝器鍍鋅鋼管表面基本無大片垢，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，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管表面均無明顯局部腐蝕，如表2 所列。鍍鋅試驗管均勻腐蝕速率1.36 g/（m2·h），如表3 所列。清洗過程中主要水質(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疏松的垢進(jìn)行沖洗剝離，化學(xué)清洗采用原水循環(huán)運行，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，將常規(guī)的清洗時間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，延長設(shè)備使用壽命，提高換熱效率，使設(shè)備長期保持在良好的狀態(tài)，比經(jīng)常清洗更安全、更經(jīng)濟(jì)。