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高爐配套蒸發(fā)式冷卻器特殊垢質(zhì)化學(xué)清洗的試驗(yàn)研究

李麗1   田民格2   時(shí)冰2   李愛兵2
（1．山東富倫鋼鐵有限公司 ，山東萊蕪，271100：2. 濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司，山東濟(jì)寧，272415）

摘要：山東富倫鋼鐵有限公司1#高爐軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)的蒸發(fā)式冷卻器，由于環(huán)境原因造成換熱器外管壁沉積了約3mm的垢層，直接影響了高爐系統(tǒng)的運(yùn)行，為此，需在不停產(chǎn)狀態(tài)下對(duì)該系統(tǒng)的9臺(tái)蒸發(fā)式冷器進(jìn)行除垢清洗工作，該項(xiàng)工作委托濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司實(shí)施。雙方通過對(duì)該設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)和垢質(zhì)情況分析，并進(jìn)行了垢樣溶垢試驗(yàn)，確定了以化學(xué)清洗配合高壓水射流清洗的施工方案。該設(shè)備通過清洗后取得了良好的換熱效果，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
關(guān)鍵詞：蒸發(fā)式冷凝器  結(jié)垢  不停產(chǎn)  化學(xué)清洗  高壓水清洗  節(jié)能降耗
中圖分類號(hào)： TK227.3       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
Experimental Research on Chemical Cleaning of the Special Sale on Evaporative Cooler which Matched with the Blast Furnace
                    Li li1  Minge Tian2   Bing Shi Aibing Li2
（1. Shandong Foulon Iron & Steel Co.,Ltd  Laiwu,Shandong  271100,China； 2. Jining scientific green water treatment Co., Ltd. , Jining,Shandong 272415 ,China)
Abstract: The evaporative cooler of soft water closed circuit cooling system of 1# blast furnace of Shandong Foulon Iron & steel Co.,Ltd, was layered approximately 3mm scaling at the outside pipe wall of the heat interchanger, the scaling was caused by harsh environment, which influence the working of blast furnace system directly, so, the scale- remove work of the 9 units evaporative cooler must be carried on under the condition without suspend production, the mentioned work entrusted the Jining Scientific Green Water Treatment Co., Ltd to implement. Based on the analysis to the whole structure of the equipment, the nature of scale, and the experiment on scale sample and dissolvable of the scale, both parties finally determined to apply the scheme, that is, by the chemical cleaning coordinate with high pressure water jetting cleaning. After cleaning, the equipment has made great progress in heat transfer, and achieved the purpose of energy saving.
Key words: evaporative cooler；scale forming；without suspended production；high pressure water jetting cleaning; energy saving 
收稿日期：2010-12-20
作者簡(jiǎn)介：李麗，1999年7月畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能工程系，工程師職稱，現(xiàn)任山東富倫鋼鐵有限公司水務(wù)負(fù)責(zé)人。

　　山東富倫鋼鐵蒸發(fā)式冷卻器是國(guó)內(nèi)某公司研制，該設(shè)備主要利用管外循環(huán)水水膜的蒸發(fā)強(qiáng)化傳熱，達(dá)到冷卻管內(nèi)流動(dòng)的高爐冷卻用軟化水的目的。設(shè)備經(jīng)過2年多的運(yùn)行，目前管內(nèi)軟化水進(jìn)出口溫差較小，為2℃-3℃，不能有效的降低軟化水水溫，不但增加能耗，而且直接影響了高爐的安全運(yùn)行。經(jīng)檢查分析，管內(nèi)因流通的為軟化水，雜質(zhì)含量較少，工況穩(wěn)定，所以結(jié)垢很少，腐蝕也不嚴(yán)重。而管外流動(dòng)的為工業(yè)水，環(huán)境惡劣，結(jié)垢嚴(yán)重，是影響設(shè)備換熱效果的主要原因，因此決定對(duì)管外進(jìn)行不停產(chǎn)化學(xué)清洗。
　　1清洗前的準(zhǔn)備
　　1.1清洗垢質(zhì)分析
　　該設(shè)備放置于廠房頂部，既不占地面面積，且空氣流通順暢，可避免夏季地面熱氣流的影響。現(xiàn)場(chǎng)靠近煉鐵高爐的上料皮帶通廊，礦粉和灰塵含量較高，致使換熱器管外壁結(jié)有一層結(jié)合緊密且堅(jiān)硬的垢層。清洗前對(duì)設(shè)備管束垢質(zhì)進(jìn)行采樣分析，成分復(fù)雜，包含種類較多。垢質(zhì)成份分析如下：

　　1.2蒸發(fā)式冷凝器設(shè)備結(jié)構(gòu)和垢層分布分析如下：

圖1  蒸發(fā)式冷卻器管束分布圖及水流向圖

　　　　　圖2 單管水流向圖及結(jié)垢分布圖解
　　　該設(shè)備現(xiàn)有9臺(tái)，管束材質(zhì)為鍍鋅碳鋼管，單管長(zhǎng)9m，Ф25mm。每臺(tái)設(shè)備管層為18層，各層交錯(cuò)排列（見圖1）。管程：高爐冷卻軟化水；進(jìn)水溫度：42℃。殼程：工業(yè)循環(huán)水。此換熱設(shè)備為噴淋式，水流至上而下噴淋，因下層管束的阻擋流速至上而下減緩，結(jié)垢厚度也至上而下遞減（上層垢厚1mm，下層垢厚2mm），且同一根管子也存在上部垢少，下部垢多的現(xiàn)象（見圖2）。
1.3清洗劑配制和垢樣清洗試驗(yàn) 
　　　由于垢質(zhì)成分復(fù)雜，且以氧化鐵垢為主，多種鹽垢并存，因而用單一清洗劑恐無法將其全部清除，再加上該設(shè)備為鍍鋅管，清洗要求很高，經(jīng)過多次溶垢試驗(yàn)，最終確定用針對(duì)于Fe3+，Ca2+，Mg2+等離子的有機(jī)復(fù)合型清洗劑絡(luò)合清洗工藝，并添加鍍鋅金屬緩蝕劑，將其清除。
　　　垢樣清洗試驗(yàn)：
　　　先在燒杯中加入500mL水，同時(shí)加入2.5%的XGR-H5緩蝕劑、3%的糠醛、0.5%的苯胺、5%的復(fù)合型絡(luò)合清洗劑（4%XGR-Q12清洗劑+0.3%EDTA+0.2%HEDP+0.5%1227）混均，加入氨水調(diào)節(jié)PH至3.5-4，再加入垢樣，在燒杯底部加熱，并緩慢攪動(dòng)清洗液，維持清洗溫度在70℃以上（清洗最佳溫度應(yīng)在90℃以上，但考慮到設(shè)備為露天放置，隨清洗運(yùn)行，溫度散熱過快很難保證較高溫度，特在70℃左右進(jìn)行試驗(yàn)）。每60min取樣一次，對(duì)清洗液中pH值、腐蝕率、Fe3+含量進(jìn)行分析。當(dāng)垢樣溶解完畢或當(dāng)Fe3+含量變化趨于平穩(wěn)時(shí)，停止清洗。

　　　
　　　通過溶垢試驗(yàn)，清洗工藝最終確定為：2.5%的XGR-H5緩蝕劑、3%的糠醛、0.5%的苯胺、4%XGR-Q12清洗劑、0.3%EDTA、0.2%HEDP、0.5%1227,混均，氨水調(diào)pH3.5-4，溫度70℃以上。
　　　清洗終點(diǎn)：污垢溶解完畢或當(dāng)Fe3+含量變化趨于平穩(wěn)時(shí)，停止清洗。
　　1.4清洗基本工藝流程確定
　　在清洗工藝確定上我們充分考慮到設(shè)備結(jié)構(gòu)和垢質(zhì)分布情況，做了大量細(xì)致的論證。在清洗時(shí)既要考慮清洗的除垢率，同時(shí)更要保證清洗的腐蝕速率，避免清洗造成管束腐蝕泄露。因清洗時(shí)要借助原有噴淋管路，若單一按此系統(tǒng)清洗，勢(shì)必造成上層管束除垢快（流速高、垢層薄），而下層除垢慢（流速小、垢層厚）的結(jié)果，最終導(dǎo)致上層除垢完成而下層除垢不理想，造成整體除垢率不高。若在繼續(xù)清洗時(shí)，就會(huì)存在上層腐蝕加劇，造成管束腐蝕泄漏的危險(xiǎn)。為此，根據(jù)此設(shè)備結(jié)構(gòu)和垢質(zhì)分布情況，清洗時(shí)設(shè)計(jì)其清洗工藝為先至下而上清洗，去除下層大部分污垢，再借助原有噴淋系統(tǒng)至上而下清洗，使其整體同時(shí)到達(dá)相同的除垢率。但至下而上的噴淋清洗，其有效清洗管層僅能到達(dá)6層，在往上管束也清洗不到，整體除垢率也不會(huì)太高。因而在清洗完畢后，再利用高壓水射流對(duì)設(shè)備進(jìn)行整體清洗，最終達(dá)到理想的清洗效果。
2.清洗過程
　　2.1配置臨時(shí)清洗管路
　　　循環(huán)泵、配液槽、加藥泵連接好。將冷媒水進(jìn)出口閥門關(guān)閉，有閥門關(guān)閉不嚴(yán)，對(duì)此進(jìn)行了閥門更換或加裝堵板，清洗系統(tǒng)圖如下所示：
　　　
　　　
　　　A—蒸發(fā)冷卻器        B—循環(huán)泵         C—循環(huán)槽          D—冷媒水入口
　　　E—冷媒水出口        F—配藥槽         K—加藥泵
　　　1—進(jìn)液管（臨時(shí)管線、另配）   2—回液管（臨時(shí)管線、另配）  3—加料管
　　　2.2系統(tǒng)除污
　　　對(duì)四周空氣格柵及上部填料進(jìn)行高壓水射流清洗（200kg壓力），人工清理集水盤內(nèi)的沉積物，并多次用水沖洗直至集水盤內(nèi)干凈無雜質(zhì)。
　　　2.3系統(tǒng)查漏
　　　向循環(huán)槽內(nèi)注水加至合適液位，開泵循環(huán)試漏后排放，并計(jì)算系統(tǒng)容積。
　　　2.4系統(tǒng)清洗
　　　將緩蝕劑、復(fù)合型絡(luò)合清洗劑、滲透劑、剝離劑等清洗藥品在配液槽內(nèi)配好，開加藥泵注入循環(huán)槽內(nèi)（集水盤），補(bǔ)充水至合適液位，調(diào)整溶液PH至3.5-4，加熱至70度左右，開K1號(hào)截止閥，關(guān)K2號(hào)截止閥開循環(huán)水泵循環(huán)（至下而上清洗）。每60min用PH計(jì)或PH試紙檢測(cè)溶液PH，F(xiàn)e3+含量進(jìn)行測(cè)量，判斷反應(yīng)狀況，根據(jù)溶垢試驗(yàn)和目測(cè)方法確定清洗時(shí)間。開K2號(hào)截止閥，關(guān)K1號(hào)截止閥開循環(huán)水泵循環(huán)，根據(jù)PH變化和清洗反應(yīng)現(xiàn)象情況，適時(shí)加入清洗劑，還原劑等，至PH 、Fe3+含量變化趨于平緩時(shí)，停循環(huán)泵（清洗時(shí)間通常為48-72h），中和排污！

　　　　
　　　2.5高壓水射流清洗
　　　化學(xué)清洗結(jié)束后，除垢率約為70%左右，因而再利用高壓水射流進(jìn)行沖洗。根據(jù)垢質(zhì)堅(jiān)硬度和粘合度的實(shí)際情況，確定清洗壓力為700kg左右，最終達(dá)到清洗的技術(shù)要求。
　　　2.6水沖洗及鈍化，恢復(fù)運(yùn)行
　　　系統(tǒng)重新注入清水，開循環(huán)泵沖洗后排放。
　　　鈍化工藝及步驟
　　　（1）配液槽內(nèi)注入適量清水，放入試片，將鈍化劑和鈍化促進(jìn)劑投入配液槽攪拌均勻。
　　　（2）開泵循環(huán)，循環(huán)12-24小時(shí)，鈍化廢液中和處理后排放溶液。
　　　（3） 清水沖洗系統(tǒng)，拆除臨時(shí)系統(tǒng)，設(shè)備恢復(fù)。
　　　（4） 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境衛(wèi)生打掃，清洗、鈍化結(jié)束。
3.清洗效果
　　按照《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗導(dǎo)則》（G/BT2387-2007）要求，對(duì)設(shè)備化學(xué)清洗效果進(jìn)行了檢查，結(jié)果如下：
3.1腐蝕率控制：
　　　根據(jù)腐蝕指示試片的測(cè)量，9臺(tái)設(shè)備腐蝕總量均<2g/m2，腐蝕速率均<0.2g/m2.h，平均腐蝕總量為1.215g/m2；各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)小于《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗導(dǎo)則》（G/BT2387-2007）的標(biāo)準(zhǔn)，也小于我公司要求的腐蝕總量<24g/m2，腐蝕速率<2g/m2.h的標(biāo)準(zhǔn)，清洗質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良。
3.2清洗除垢率：
　　　管束表面基本無垢，除垢效果明顯。
3.3換熱效果：
　　　清洗后換熱效果明顯提高，軟水進(jìn)出口溫差在6℃-7℃之間。見附表1
附表1 蒸發(fā)式冷卻器清洗前后軟化水進(jìn)出口溫度數(shù)據(jù)報(bào)表：