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高炉配套蒸发式冷却器特殊垢质化学清洗的试验研究

李丽1   田民格2   时冰2   李爱兵2
（1．山东富伦钢铁有限公司 ，山东莱芜，271100：2. 济宁新格瑞水处理有限公司，山东济宁，272415）

摘要：山东富伦钢铁有限公司1#高炉软水闭路循环冷却系统的蒸发式冷却器，由于环境原因造成换热器外管壁沉积了约3mm的垢层，直接影响了高炉系统的运行，为此，需在不停产状态下对该系统的9台蒸发式冷器进行除垢清洗工作，该项工作委托济宁新格瑞水处理有限公司实施。双方通过对该设备的整体结构和垢质情况分析，并进行了垢样溶垢试验，确定了以化学清洗配合高压水射流清洗的施工方案。该设备通过清洗后取得了良好的换热效果，达到了节能降耗的目的。
关键词：蒸发式冷凝器  结垢  不停产  化学清洗  高压水清洗  节能降耗
中图分类号： TK227.3       文献标识码：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
作者简介：李丽，1999年7月毕业于太原理工大学热能工程系，工程师职称，现任山东富伦钢铁有限公司水务负责人。

　　山东富伦钢铁蒸发式冷却器是国内某公司研制，该设备主要利用管外循环水水膜的蒸发强化传热，达到冷却管内流动的高炉冷却用软化水的目的。设备经过2年多的运行，目前管内软化水进出口温差较小，为2℃-3℃，不能有效的降低软化水水温，不但增加能耗，而且直接影响了高炉的安全运行。经检查分析，管内因流通的为软化水，杂质含量较少，工况稳定，所以结垢很少，腐蚀也不严重。而管外流动的为工业水，环境恶劣，结垢严重，是影响设备换热效果的主要原因，因此决定对管外进行不停产化学清洗。
　　1清洗前的准备
　　1.1清洗垢质分析
　　该设备放置于厂房顶部，既不占地面面积，且空气流通顺畅，可避免夏季地面热气流的影响。现场靠近炼铁高炉的上料皮带通廊，矿粉和灰尘含量较高，致使换热器管外壁结有一层结合紧密且坚硬的垢层。清洗前对设备管束垢质进行采样分析，成分复杂，包含种类较多。垢质成份分析如下：

　　1.2蒸发式冷凝器设备结构和垢层分布分析如下：

图1  蒸发式冷却器管束分布图及水流向图

　　　　　图2 单管水流向图及结垢分布图解
　　　该设备现有9台，管束材质为镀锌碳钢管，单管长9m，Ф25mm。每台设备管层为18层，各层交错排列（见图1）。管程：高炉冷却软化水；进水温度：42℃。壳程：工业循环水。此换热设备为喷淋式，水流至上而下喷淋，因下层管束的阻挡流速至上而下减缓，结垢厚度也至上而下递减（上层垢厚1mm，下层垢厚2mm），且同一根管子也存在上部垢少，下部垢多的现象（见图2）。
1.3清洗剂配制和垢样清洗试验 
　　　由于垢质成分复杂，且以氧化铁垢为主，多种盐垢并存，因而用单一清洗剂恐无法将其全部清除，再加上该设备为镀锌管，清洗要求很高，经过多次溶垢试验，最终确定用针对于Fe3+，Ca2+，Mg2+等离子的有机复合型清洗剂络合清洗工艺，并添加镀锌金属缓蚀剂，将其清除。
　　　垢样清洗试验：
　　　先在烧杯中加入500mL水，同时加入2.5%的XGR-H5缓蚀剂、3%的糠醛、0.5%的苯胺、5%的复合型络合清洗剂（4%XGR-Q12清洗剂+0.3%EDTA+0.2%HEDP+0.5%1227）混均，加入氨水调节PH至3.5-4，再加入垢样，在烧杯底部加热，并缓慢搅动清洗液，维持清洗温度在70℃以上（清洗最佳温度应在90℃以上，但考虑到设备为露天放置，随清洗运行，温度散热过快很难保证较高温度，特在70℃左右进行试验）。每60min取样一次，对清洗液中pH值、腐蚀率、Fe3+含量进行分析。当垢样溶解完毕或当Fe3+含量变化趋于平稳时，停止清洗。

　　　
　　　通过溶垢试验，清洗工艺最终确定为：2.5%的XGR-H5缓蚀剂、3%的糠醛、0.5%的苯胺、4%XGR-Q12清洗剂、0.3%EDTA、0.2%HEDP、0.5%1227,混均，氨水调pH3.5-4，温度70℃以上。
　　　清洗终点：污垢溶解完毕或当Fe3+含量变化趋于平稳时，停止清洗。
　　1.4清洗基本工艺流程确定
　　在清洗工艺确定上我们充分考虑到设备结构和垢质分布情况，做了大量细致的论证。在清洗时既要考虑清洗的除垢率，同时更要保证清洗的腐蚀速率，避免清洗造成管束腐蚀泄露。因清洗时要借助原有喷淋管路，若单一按此系统清洗，势必造成上层管束除垢快（流速高、垢层薄），而下层除垢慢（流速小、垢层厚）的结果，最终导致上层除垢完成而下层除垢不理想，造成整体除垢率不高。若在继续清洗时，就会存在上层腐蚀加剧，造成管束腐蚀泄漏的危险。为此，根据此设备结构和垢质分布情况，清洗时设计其清洗工艺为先至下而上清洗，去除下层大部分污垢，再借助原有喷淋系统至上而下清洗，使其整体同时到达相同的除垢率。但至下而上的喷淋清洗，其有效清洗管层仅能到达6层，在往上管束也清洗不到，整体除垢率也不会太高。因而在清洗完毕后，再利用高压水射流对设备进行整体清洗，最终达到理想的清洗效果。
2.清洗过程
　　2.1配置临时清洗管路
　　　循环泵、配液槽、加药泵连接好。将冷媒水进出口阀门关闭，有阀门关闭不严，对此进行了阀门更换或加装堵板，清洗系统图如下所示：
　　　
　　　
　　　A—蒸发冷却器        B—循环泵         C—循环槽          D—冷媒水入口
　　　E—冷媒水出口        F—配药槽         K—加药泵
　　　1—进液管（临时管线、另配）   2—回液管（临时管线、另配）  3—加料管
　　　2.2系统除污
　　　对四周空气格栅及上部填料进行高压水射流清洗（200kg压力），人工清理集水盘内的沉积物，并多次用水冲洗直至集水盘内干净无杂质。
　　　2.3系统查漏
　　　向循环槽内注水加至合适液位，开泵循环试漏后排放，并计算系统容积。
　　　2.4系统清洗
　　　将缓蚀剂、复合型络合清洗剂、渗透剂、剥离剂等清洗药品在配液槽内配好，开加药泵注入循环槽内（集水盘），补充水至合适液位，调整溶液PH至3.5-4，加热至70度左右，开K1号截止阀，关K2号截止阀开循环水泵循环（至下而上清洗）。每60min用PH计或PH试纸检测溶液PH，Fe3+含量进行测量，判断反应状况，根据溶垢试验和目测方法确定清洗时间。开K2号截止阀，关K1号截止阀开循环水泵循环，根据PH变化和清洗反应现象情况，适时加入清洗剂，还原剂等，至PH 、Fe3+含量变化趋于平缓时，停循环泵（清洗时间通常为48-72h），中和排污！

　　　　
　　　2.5高压水射流清洗
　　　化学清洗结束后，除垢率约为70%左右，因而再利用高压水射流进行冲洗。根据垢质坚硬度和粘合度的实际情况，确定清洗压力为700kg左右，最终达到清洗的技术要求。
　　　2.6水冲洗及钝化，恢复运行
　　　系统重新注入清水，开循环泵冲洗后排放。
　　　钝化工艺及步骤
　　　（1）配液槽内注入适量清水，放入试片，将钝化剂和钝化促进剂投入配液槽搅拌均匀。
　　　（2）开泵循环，循环12-24小时，钝化废液中和处理后排放溶液。
　　　（3） 清水冲洗系统，拆除临时系统，设备恢复。
　　　（4） 现场环境卫生打扫，清洗、钝化结束。
3.清洗效果
　　按照《工业设备化学清洗导则》（G/BT2387-2007）要求，对设备化学清洗效果进行了检查，结果如下：
3.1腐蚀率控制：
　　　根据腐蚀指示试片的测量，9台设备腐蚀总量均<2g/m2，腐蚀速率均<0.2g/m2.h，平均腐蚀总量为1.215g/m2；各项指标均远小于《工业设备化学清洗导则》（G/BT2387-2007）的标准，也小于我公司要求的腐蚀总量<24g/m2，腐蚀速率<2g/m2.h的标准，清洗质量达到优良。
3.2清洗除垢率：
　　　管束表面基本无垢，除垢效果明显。
3.3换热效果：
　　　清洗后换热效果明显提高，软水进出口温差在6℃-7℃之间。见附表1
附表1 蒸发式冷却器清洗前后软化水进出口温度数据报表：