電廠蒸發式冷凝器的化學清洗和鈍化處理

楊建麗，張 博，董 華

（中化化工科學技術研究總院，北京 100083）

某電廠裝機容量50MW，由于淡水資源十分緊張，為了最大限度提高水的利用率，節約用水，循環冷卻水系統全部采用蒸發式冷卻塔，在國內尚屬首次。蒸發式冷卻塔充分利用水的蒸發潛熱大的特點，提高了換熱過程中的換熱效率，減少了水資源的消耗率。但其特殊的工作原理以及與其他冷卻塔不同的結垢特點，再加上電廠水資源的緊張，不能及時對循環水進行排污置換，在電廠投運一年左右的時間后，蒸發冷卻系統中出現了換熱管表面結垢嚴重的現象，降低了換熱效率，背壓高，發電煤耗增加。

為了改善換熱效率，恢復換熱管道的表面狀況，電廠方決定對整套系統進行在線清洗。

1. 蒸發式冷凝器的組成和工作原理

1.1 組成

蒸發式冷凝器是由冷卻管組、填料、淋水器、軸流風機、集水槽、水泵、收水器、箱體等部件組成。它是一種融合了空冷式、水冷式和冷卻塔的緊湊式換熱器[1]。

1.2 工作原理

蒸發式冷凝器是利用盤管外的噴淋水部分蒸發時吸收盤管內高溫氣態制冷劑的熱量而使管內的制冷劑逐漸由氣態被冷卻為液態。蒸發式冷凝器是先進的冷凝鍍鋅設備，是通過制冷劑（氨蒸氣），水和空氣三者之間的交互作用，以水的氣化吸熱（部分噴淋水變成水蒸氣）吸走制冷劑（氨蒸氣）蒸氣中的熱量，從而使制冷劑蒸氣凝結成液態的一種熱交換設備。

2. 電廠冷凝器結垢情況

循環水系統的補充水源有三種：第一種水源是淡水；當淡水資源緊張不能為系統補水時，就選擇第二種水源——地下水，因為該水源水質差，含鹽量高，又叫鹵水；當以上兩種水源仍不能滿足蒸發時，就會臨時從其他機組的冷卻塔水池底部抽水，也就相當于其他系統循環水的排污水。由于當地水資源緊張，幾乎很少對循環水進行排污置換。

隨冷卻水的不斷蒸發，使水中的各種鹽份濃度逐漸增大，當濃度大于溶解度時則會析出，在換熱面沉積下來。某些溶于水中的鹽類則因通過冷凝器傳熱面時受熱分解而析出。溶解在冷卻水中的氧還會造成金屬腐蝕，形成鐵銹。由于銹垢的產生，換熱效果下降。嚴重時不得不在殼體外噴淋冷卻水，結垢嚴重時會堵塞管子，使換熱效果失去作用。

2.1 現場水質分析數據

對某電廠的補充水、循環水做了分析，分析結果見表1。從表1中可以看出：

(1)氯離子

最能反映濃縮倍數的是循環水中的氯離子與補充水中的氯離子的比值，該值是331倍，這是由于蒸發冷排污置換率較低，加之自身蒸發量大所造成的。

(2)堿度和硬度

堿度的濃縮倍數是3.0，硬度的濃縮倍數是184.0；遠低于循環水的濃縮倍數，說明堿度與硬度反應生成碳酸鹽，沉積在系統中，有的覆著換熱管壁上，有的沉積在循環水池底部。

(3)鈣離子、鎂離子和二氧化硅

鎂離子的濃縮比（162）小于鈣離子的濃縮比（192），說明鈣、鎂離子在與堿度共沉淀的同時，鎂離子也會與活性二氧化硅生成硅酸鎂沉淀，硅酸鎂俗稱蛇紋石，該種沉淀物難于清洗。硅垢只能通過堿性清洗劑才能將其去除。

(4)硫酸根

硫酸根與鈣離子生成的硫酸鈣（石膏），超過溶度積時就會析出，從分析數據看，硫酸根的損失也比較嚴重，其濃縮比遠小于氯離子的濃縮倍數。

2.2 垢樣分析

現場考察了冷凝器結垢情況，可以看到部分裸露在外的部分，顏色發白，存在堿腐蝕現象。換熱管道被堅硬的黃色硬垢所覆蓋。

對垢樣主要成分進行了分析，分析結果見表2。

表1 水質分析數據

表2 成垢元素比例表

3. 化學清洗工藝的選擇

3.1 清洗前準備[2]

A、切斷電源：關閉循環泵，停止冷卻水循環，關閉軸流風機電源。

B、關閉閥門：關閉進水閥門、排污閥門。

C、人員防護：施工人員穿戴防護服及防護面具，穿戴塑膠鞋和手套。清洗施工中應注意人身安全，做好勞動防護。

3.2 清洗劑的選擇

選用我公司的專用清洗劑酸性清洗劑CW0405，CW0826；分散劑CW0102，堿性清洗劑CW0302。

3.3 預膜劑的選擇

選用我公司的專用預膜劑CW0206。

3.4 清洗工藝過程

3.4.1 排污置換

清洗步驟實施前對冷卻水池中的高濃度循環水進行置換，置換至電導率小于1000ms/cm。

3.4.2 酸性清洗

水置換合格后，首先向水池中加入1800kg鍍鋅管專用的酸洗緩蝕劑CW0826；然后一次性加入所有酸性清洗劑CW0405。跟蹤分析循環水池中的電導率、鈣離子、酸度（酸性清洗液中酸度不小于1%）的變化。依據數據判定酸性終點（酸度不再變化），總時間大約4h。

3.4.3 排污置換

酸洗結束后，對冷卻水池中的水進行徹底的排污置換，然后轉入堿洗階段。

3.4.4 堿性清洗

首先向水池中投加50kg分散劑CW0102，然后投加800kg堿性清洗劑CW0302，控制循環水中的pH值小于12，循環8～12h，觀察清洗過程中pH值及電導率的變化。

3.4.5 排污置換

堿洗結束后，根據冷卻水的水質情況，適當排污置換，到濁度<10NTU，鐵離子小于2mg/L，然后將pH值控制在5.5～6.5。

3.4.6 鈍化預膜

符合鈍化預膜水質條件后，將事先準備好的預膜劑CW0206加入水池中，檢測水中的pH值變化，使其維持在5.5～6.5直到鈍化預膜工序結束。總時間控制在12～24h。

3.4.7 排污置換

預膜結束后，將對循環水進行排污置換，直到總磷小于10mg/L時，即是置換結束。

3.4.8 正常運行

正常運行時，采取必要的日常維護手段，電導率控制在2000ms/cm以下。

4. 蒸發式冷凝器化學清洗的腐蝕速率檢測和腐蝕速率測定

表3 掛片腐蝕速率的測定

先選定進行試驗的樣品，樣品的化學成分和金相組織必須同酸洗的熱鍍鋅材料一致。加工成適當的大小，一般為20×50mm。把制備好的樣品用丙酮或無水酒精除去油污，并用吹風機吹干，熱風干燥后的樣品要放入干燥器內冷卻到室溫后用分析天平精確稱重（這一重量就是腐蝕前重）。將稱完重量的樣品放入清洗水箱中懸掛在水流中，經過一定時間以后(該時間即為腐蝕試驗時間)，取出樣品并洗凈，再經過丙酮或無水酒精清除水分并用與試驗前相同的方法干燥、冷卻，待完全恢復到室溫后，精確稱其重量（這一重量就是腐蝕后重）。根據腐蝕前后重量的變化就可計算出腐蝕速率。

由于掛片懸掛點不同，酸洗期間的腐蝕速率也不盡相同，取其平均值3.44 g/m2. h，該值符合HG/T2387-2007《工業設備化學清洗質量標準》中的碳鋼腐蝕率<6.0g/m2. h的要求。

5. 蒸發式冷凝器清洗質量的驗收

化學清洗與鈍化預膜質量等整個清洗鈍化工藝完成后，應該經廠方人員檢驗。填料無損傷，熱鍍鋅材質表面無腐蝕，設備表面無殘垢，循環水水質清澈無垢渣沉積，熱鍍鋅盤管表面無殘垢，呈熱鍍鋅金屬本色，方達到清洗的預期效果。預膜后設備無二次銹蝕發生，設備材質沒有產生點蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、選擇性腐蝕，加入成膜劑控制為“零”腐蝕。我們的清洗基本上達到了上面的要求。

6. 結論

通過某電廠蒸發式冷凝器的實際清洗檢驗，采用此噴淋式循環清洗工藝，使用我公司自主研發的酸性清洗劑CW0405、CW0826、分散劑CW0102、堿性清洗劑CW0302和預膜劑CW0206用于蒸發式冷凝器保護熱鍍鋅設備清洗，取得了較好的效果。對熱鍍鋅材質的清洗是安全的。

[1]陳潔.DL/T 794-2001火力發電廠鍋爐化學清洗導則[S].北京：中國電力出版社，2002—56.

[2]張敏，吳晉英，魏文峰，等.蒸發式冷凝器的化學清洗和鈍化[J].清洗世界，2009,25(11)：17-21.