蒸发式冷凝器的化学清洗和纯化处理

蒸发式冷凝器的化学清洗和纯化处理:

摘要:蒸发式冷凝器的标准构造是采用热镀锌钢制作，即：换热盘管、箱体是用厚镀层热镀板构成，所有焊接接头和折边都涂上含锌95%的富锌漆，以加强防腐蚀寿命。镀锌的主要目的是保护基层金属免受腐蚀。根据设备的特性构造及工作原理，在对有热镀锌材质的设备进行化学清洗除垢时，首先要做到保护热镀锌层不受到化学清洗剂的腐蚀。同时将混合型水垢清洗掉，达到清洗的预期效果。化学清洗除垢后及时地对设备进行纯化预膜处理。有效地防止热镀锌冷凝器机体发生二次腐蚀，保障了设备正常安全运行。

关键词：热镀锌专用缓蚀剂克垢之星2号ZN、纯化预膜处理剂特灵中性一号、杀菌除藻剂灭克菌-BTS、蒸发式冷凝器喷淋化学清洗。

蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器是先进的冷凝镀锌设备，是通过制冷剂（氨蒸气），水和空气三者之间的交互作用，以水的气化吸热（部分喷淋水变成水蒸气）吸走制冷剂（氨蒸气）蒸气中的热量，从而使制冷剂蒸气凝结成液态的一种热交换设备。工业化学清洗时不允许破坏热镀锌层，缓蚀效率为99.95%以上，是技术含量较高的清洗工程。

一、 冷却水系统结垢的危害和清洗的必要性

（1） 换热效率下降

冷却水系统结垢后导热系数很低，一般为 0.1~2.0kaah m-1、h-1、k-1，而钢的导热系数为40~50kahm-1、h-1、k-1，即结垢的导热系数比换热材质的要低上百倍甚至千倍，严重时难以达到制冷效果。

（2） 损害设备使用寿命

设备长期带垢运行、极易产生垢下腐蚀，损害设备机体，其腐蚀速度比无垢时大许多倍。其中危害最大的是晶间腐蚀，选择性腐蚀，应力腐蚀，孔蚀等。可使系统破裂或穿孔，将会造成严重损失。

二、 冷却水系统结垢的垢质分析

冷却水在使用过程中，大多都没有经过处理或没有处理好。如水中存有大量的钙、镁离子，氧、二氧化碳及氯离子，微生特等。是一种不合格的冷却水。由于冷却水蒸发速度快，温度高，水的浓缩倍率高，又是循环使用。随冷却水的不断蒸发，使水中的各种盐份浓度逐渐增大，当浓度大于溶解度时则会析出在换热面沉积下来。某些溶于水中的盐类则因通过冷凝器传热面时受热分解而析出。

如：Ca（HCO3）2 →CaCO3+H2O+CO2↑。换热器表面垢质主要是：CaCO3 、MgCO3、Mg（OH）2、ZnO、Fe2O3、Fe3O4

三、 冷却水系统的化学清洗工艺：

（1） 冷却水系统清洗前的设备准备：

A、 由于原冷却水喷淋系统喷嘴分布不均匀，易留清洗死角，需进行局部 改动。改动后不影响以后的冷却效果。

B、 为更好地保障清洗质量，需另外建立一套可移动清洗喷淋系统，为防止残渣和

杂质堵塞喷淋孔，在配液槽（原来的水箱）和回液管分别加装一个滤网。

C、 固定喷淋使用原来的循环水系统水分配器。在清洗前检查喷嘴是否通水。

D、 移动喷淋系统可从原来设备固有的水分布器其中之一，做一个可移动外软连接，装上喷嘴，就可制得。以解决原有固定喷嘴喷淋除垢时的死角或清洗除垢不均匀情况；可移动喷淋嘴能随时移动，对固定喷淋嘴喷淋时留下的死角或清洗不均匀的部位进行喷淋除垢，确保清洗质量。可移动喷淋系统外接管道应该是软连接，管道要长一些，可对换热盘管的侧面、底部进行360度的旋转喷射喷淋清洗，使侧面、底部都能受到均匀的喷射喷淋，确保换热盘管各个部位得到有效的清洗。

E、 注意：移动喷淋嘴及固定喷淋系统的清洗液水压力，清洗剂的水流量。

（2）、清洗剂的选择：

因为该蒸发式冷凝器是整体镀锌。清洗剂选择无色、无臭、无毒的氨基磺酸（NH2SO3H）。对金属的腐蚀性很小，适合各种金属材料清洗。国内只能购买到和氨基磺酸混合使用保护热镀锌清洗碳酸盐垢的缓蚀剂。

氨基磺酸和碳酸盐垢反应机理：

CaCO3+2H2SO3H→Ca（NH2SO3）2+H2O+CO2↑

MgCO3+2H2SO3H→Mg（NH2SO4）2+H2O+CO2↑

在清洗时可复配一定量的分散剂（聚丙烯酸）增加渗透力。提高清洗效果。注意：每1公斤垢质需消耗2Kg氨基磺酸。

（3）、缓蚀剂的选择：

当工艺条件和缓蚀剂确定之后，还有一个正确使用缓蚀剂的问题。否则即使是性能适宜的缓蚀剂，如果得不到正确的使用，同样收不到良好的效果。

正确使用缓蚀剂的另一个重要的问题是缓蚀剂浓度。缓蚀剂的任何性能都只有在缓蚀剂达到某一浓度以后才表现出来。因此，要保证缓蚀效果，就不仅只看多少吨酸液加了多少公斤缓蚀剂，更重要的是要看缓蚀剂的分配是否均匀。一定要避免某一局部缓蚀剂浓度偏高，另一些局部浓度又偏低的不均匀现象发生。缓蚀剂浓度往往是无法用化学方法测定的。其浓度的控制主要是从加入方式上加以保证。

在国内只有一家北京奥森特化学工程技术有限公司，代理销售奥地利比姆公司生产的热镀锌清洗专用缓蚀剂，克垢之星-2号ZN缓蚀剂。可用于清洗热镀锌设备，加入量为每吨水4～5Kg、浓度为4～5‟。清洗温度常温。在整个酸洗操作中，酸的浓度最高不得超过

27%。腐蚀速率为：0.08g/(m.h)。通过数十台蒸发式冷凝器的清洗实践证明，克垢之星-2

号ZN缓蚀剂是目前最理想的清洗热镀锌材质的专用缓蚀剂。

（4）、杀菌灭藻剂的选择：

生物粘泥：又称软泥或软垢，是冷却水中的微生物大量繁殖造成的。细菌通常以单细胞或多细胞的菌落生存，如条件适宜，1小时就可繁殖12亿个。循环冷却水是一个特殊的生态环境，当水温达到25—40℃和PH=6.5～8.5、恰好是多种微生物生长的适宜条件，加上循环浓缩使营养源和氧均增加，因此有利于微生物的繁殖而造成生物软泥。

金属锌是一种非常活泼的金属，在酸、碱性溶液中非常容易受到腐蚀，反应非常快，所以不能使用代有氯根的杀菌灭藻剂。

北京奥森特化学工程技术有限公司代理销售的奥地利比姆公司生产专用杀菌灭藻剂：灭克菌-BTS 每吨水容积加250克，杀菌时间为1～2小时。灭克菌—BTS适用于冷却水及游泳池水的杀菌除藻，对于清除藻类（绿藻、棕绿藻和黑藻）、以及由黏液形成的细菌和腐蚀木材的真菌非常有效。是第四代聚合铵盐的复合体，具有很宽的pH值适用范围，在实际当中应用于休克剂量加药时也不会产生泡沫，无毒。

特性：pH值„„„„„„„„„约7.0

密 度„„„„„„„„„1.03g/cm3

处理前，用机械方法尽可能地将已存在的藻类大部分清除，以节省药剂。这里建议加药

3量为250g /m冷却水（循环水），

（5）纯化预膜的选择：

使用北京奥森特化学工程技术有限公司，代理销售的奥地利比姆公司生产的专用热镀锌清洗后纯化预膜剂特灵中性-1号，每吨水药剂浓度为2%。PH值应达到8-9。时间为2～7小时。特灵中性—１号是一种易溶于水的粉末状的高浓缩中和钝化后处理剂。由于所含有的特殊成分，使其所显示的碱性不同于苏打和氢氧化钠等碱性物质，尽管其具有高度的酸中和性，在使用后可直接排入河流。 此外，特灵中性—１号不含有害成分，并且可阻止铁盐和钙盐的再度沉积。它的最大优点是其水溶液的ＰＨ值始终恒定为１０左右，同时还具有极强的中和酸的能力，还不会引起被清洗系统的碱腐蚀。以下数据可说明这个问题：

１０％的溶液： ＰＨ值＝１０．３

１％的溶液： ＰＨ值＝１０．１

而比较１％的苏打溶液：ＰＨ值＝１１．６

使用方法：用清水冲洗被清洗后的设备，冲洗掉剩余污物，之后将1～2％的特灵中性—１号溶液注满被清洗的系统。要进行这样的清洗作业，最好先在循环水槽中配制１-2％的特灵中性—１号原始溶液，然后进行注入稀释，在溶液的配制过程中，应一边不停地搅拌一边将特灵中性—１号均匀地加入水中直到完全溶解，用热水配制更好。特灵中性—１号溶液的中和及钝化后处理作用时间为２～７个小时，处理期间应不断地将溶液循环泵入被清洗系统，使溶液混合均匀。溶液的ＰＨ值至少为８时就可以了，否则应继续加入原液。为了更好地使金属表面达到最佳钝化（防锈），可将溶液加热使用，这样也可缩短后处理时间为两个小时。这样可使被清洗后的设备不再重新生垢和产生空气锈，达到短期保护设备的目的。

（6）、清洗工艺过程：

应根据循环水量来计算杀菌灭藻剂、分散剂（聚丙烯酸）、和热镀锌专用缓蚀剂的用量。根据水垢的厚度性质整体垢量，确定氨基磺酸的投入量。因为蒸发式冷凝器为整体热镀锌设备，金属锌是一种非常活泼的金属，在酸、碱性溶液中非常容易受到腐蚀，反应非常快。在几分钟内酸、碱就可跟锌发生化学反应。所以对化学清洗的要求非常高，操作须异常严谨，确保在零腐蚀的情况下完成整个清洗除垢过程。

清洗工艺：杀菌灭藻→物理方法清除去藻类以及疏松的垢质→注入新水→循环喷淋情况下投入缓蚀剂→循环喷淋情况下加入氨基磺酸→排除酸性污水及废渣→注入新水→循环喷淋情况下加入钝化预膜剂→清除钝化废液→注入新的冷却水正常运行。

四、 化学清洗操作过程：

1、 杀菌灭藻：首先将水注入设备底槽水箱。按每吨水250g加入灭克菌-BTS，进行循环清洗2小时，目的是杀死并剥离附着在冷凝器表面的微生物黏泥。2小时后用高压水枪等物理方法清洗掉系统中的泥沙、脱落的藻类以及疏松的垢物，同时检查喷淋式循环清洗系统有无泄漏。固定喷嘴是否出水正常，可移动喷淋系统是否泄漏，是否能正常工作。清洗后排除污水及废渣。

加入热镀锌专用缓蚀剂：底槽内注入新水（循环水的最低量）。进行喷淋式循环运转，加入克垢之星2号ZN热镀锌专用缓蚀剂，每吨水加入4～5公斤（4～5‟）。让其充分溶解在清洗水中，为酸洗除垢做准备。这样既能保证添加缓蚀剂的质量，又省工安全。

2、 酸洗除垢：当系统内的热镀锌专用缓蚀剂完全溶解后，加入氨基磺酸，进行喷淋式循环酸洗。可少量、分批分量加入氨基磺酸。氨基磺酸最大的溶解度在10%-15%之间，所以每次补加酸时不要太多，有反应现象就可以（有气体排出）。控制PH=1，酸浓度为3%～5%。直到水垢完全溶解在水中。并在清洗过程中，用可移动喷淋头对死角进行喷淋。清洗操作人员应时刻观察盘管表面的清洗情况，随时用可移动旋转喷嘴进行清洗位置的调整，防止清洗死角产生。当系统内浓度平衡，控制PH=1不变时。设备表面目测无水垢即可结束，在清洗过程中如有排水现象应按照一定比例补加缓蚀剂和水量。

3、 酸洗后用水冲洗排除废酸液。当喷淋酸洗除垢结束后，应尽快排出废酸，尽可能缩短时间。并用清水喷淋清洗系统。当冲洗水接近中性时，PH=5～6.5时，清水喷淋冲洗结束。

4、 钝化预膜：冷凝器经过清洗后，金属表面处于活性状态，应进行钝化预膜处理，将新水注入到设备底槽水箱内水达到一定量时，开起循环泵。让冷却水进行循环工作。把特灵中性一号按每吨水20公斤量加入到底槽水箱内，进行循环喷淋预膜钝化。此工作因进行2～7小时，保持PH=8～9，循环喷淋后钝化预膜结束。用人工清理冷凝器底盘内的沉渣，污物，清洗工作即可结束。可进行设备验收。

5、 安全控制事项：

在操作可移动喷淋清洗时，应提前做好安全防护工作，包括耐酸胶鞋、手套及耐酸衣服、裤、眼镜、面具。自来水管要接到操作工作面，以备急需，地面要有2～3名工作人员配合操作，以防操作可移动喷嘴人员发生意外。

五、 蒸发式冷凝器化学清洗的监测及达到的指标。

1、 腐蚀速率检测和腐蚀速率测定：

具体步骤如下:先选定进行试验的样品，样品的化学成分和金相组织必须同酸洗的热镀锌材料一致。加工成适当的大小，一般为20×50毫米。把制备好的样品用丙酮或无水酒精除去油污，并用吹风机吹干，用热风干燥后的样品要放入干燥器内冷却到室温后用分析天平精确称重(这一重量就是腐蚀前重)。将称完重量的样品放入清洗水箱中悬挂在水流中，经过一定时间以后(该时间即为腐蚀试验时间)，取出样品并洗净，再经过丙酮或无水酒精清除水分并用与试验前相同的方法干燥、冷却，待完全恢复到室温后在精确称其重量(这一重量就是腐蚀后重)。根据腐蚀前后重量的变化就可计算出腐蚀速率。计算公式如下:

X1 = 12 螖WS脳t'> 0

式中:X1——腐蚀速率[克/米2·时]；

试(1)中:X1—腐蚀率,g/(m·h); 理应达到0.1`0.8g/(km·h)

DW—腐蚀后样品的重量；g;

S—试片面积,m;

t—测试时间,h. 22

X2 = 12 X 0-X1X0'>

试(2)中; X2—缓蚀率,% 理应达到99.99%

X0—空白试片的腐蚀率g/(m2·h)

X1—等测片的腐蚀率, g/(m·h)

（2） 对氨基磺酸的PH值测定：

使用PH值试纸每10分钟检测一次PH值、观察清洗液PH值是否达到1。如果有条件可对清洗液中氨基磺酸浓度进行测试，浓度应在3%～5%之间，直到酸清洗结束。

（3） 钝化预膜的测试：

当钝化预膜剂特灵中性一号药剂投入到循环水中后，循环每20分钟测试一次，直到钝化预膜结束都应达到PH=8-9。

（4） 除垢率计算：

以目测为主，填料表面干净，无垢渣，冷凝盘管外壁无腐蚀现象，除垢率应达到95%以上（其中不包括随风向变化水淋在蒸发冷外壁的积垢）。热镀锌材质无发黑受腐蚀现象等。呈热镀锌金属本色。

六、 蒸发式冷凝器清洗质量的验收：

化学清洗与钝化预膜质量等整个清洗钝化工艺完成后，应该经厂方人员检验。填料无损伤，热镀锌材质表面无腐蚀，设备表面无残垢，循环水水质清澈无垢渣沉积，热镀锌盘管表面无残垢，呈热镀锌金属本色，方达到清洗的预期效果。预膜后设备无二次锈蚀发生，设备材质没有产生点蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、选择性腐蚀，加入成膜剂控制为“零”腐蚀。

七、 结论：

通过几十台蒸发式冷凝器的实际清洗检验，采用此喷淋式循环清洗工艺，使用北京奥森特化学工程有限公司销售的克垢之星2号缓蚀剂、灭克菌-BTS、特灵中性一号钝化预膜剂，用于蒸发式冷凝器保护热镀锌设备清洗是相当有效果的。对热镀锌材质的清洗是安全的。

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