空压机冷却器结垢原因分析及清洗

2014-07-30臧克培任彦峰

山西焦煤科技 2014年9期

冀成,臧克培,任彦峰

(西山煤电(集团)公司屯兰矿，山西古交 030200)

西山煤电(集团)公司屯兰矿地面压风机房共安装2台200 m3/min的阿特拉斯·科普柯ZH10000-6-9型离心式无油空压机。在对空压机房的1#ZH10000离心式空压机冷却器进行例行检修维护时，发现其冷却器近1/3的铜管被水垢全部或部分堵塞，但运行时未出现空压机运行异常现象。由于空压机在长时间运行后，会在冷却器中形成水垢，而冷却系统的采热率和散热能力与表面结垢密切相关，当机体散热不及时，压缩空气的进、排温增加，排气温度有时达180℃左右，将使机组整体效率下降，停、开机次数增加，各种零部件使用时间缩短，甚至会造成高低压转子损坏，严重影响机组正常运行[1]。所以，对空压机冷却器及时有效地清洗非常重要。

1 结垢原因分析

空压机冷却器中的冷却水循环使用，冷却器冷却后产生的热水直接进入冷却塔中，起制冷作用的抽风机安装于冷却塔的塔顶，产生的冷风从冷却塔下部抽入，与自上而下的热水进行逆流热交换，被冷却的水流入吸水池，水泵再将冷却后的水送入冷却器中循环使用[2]。循环水和管网工业水是空压机冷却水的两部分来源，正常情况下使用循环水，管网工业水作为循环补充水。这样就造成循环水、补充水硬度较高。

通过对冷却器中垢样的分析表明，垢中90％以上为碳酸盐类型结垢，另有部分泥沙和微生物以及铜、铁的腐蚀产物。冷却器结垢均出现在出水管部分，而进水管侧只出现小部分堵塞。结垢的颜色为褐色、质硬，用10 MPa的高压水很难将其冲洗掉。从分析可以看出，导致循环水系统结垢、堵塞的主要原因是循环过程中循环冷却水中的Ca、Mg等金属离子与碱性物质发生反应并沉淀、析出造成的[3]。

发生的析出反应为：碳酸钙温度越高，反应结晶越快，越容易析出，可见温度高是造成水垢形成的另一种因素。气体在水中的溶解度会随水温升高而降低(当水温在50℃时水中二氧化碳含量几乎为零)，而循环水平均温度在50℃以上，加之循环水在冷却过程中与大气充分接触，加速了二氧化碳的散失，从而无法满足水中碳酸平衡的需要，使碳酸平衡遭到破坏，加速了碳酸钙的析出。析出反应为：Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O，而碳酸钙在析出过程中也一起沉淀了部分铝盐、镁盐。

2 冷却器的清洗

尽管日常对循环水的水质管理与设备的运行管理都非常重视，但无法避免空压机冷却器中水垢的产生，所以及时清除冷却系统中的水垢，冷却循环水虽经过处理，但其硬度和杂质不可能完全除去。因此，选择一种最为有效的方法定期对冷却器清洗十分必要。常用的除垢方法有：人工除垢(效果差、效率低、劳动强度大)、机械除垢(对冷却器管壁常会造成损伤)、化学除垢(分为酸洗除垢和碱洗除垢但，腐蚀性较大)。

2.1 清洗原理

本文针对空压机冷却器材质为黄铜且管壁较薄的特点，采用GJ-04D中性清洗剂配置的清洗溶液进行清洗。原理如下：

采用的GJ-04D中性清洗剂主要成分为有机羟酸盐、有机磷酸盐、聚合物、分散剂、黏泥剥离剂和缓蚀剂，其能够破坏水垢中的钙、镁等分子结构，进而将水垢溶解并清除，具螯合清洗和分散清洗作用。配置的清洗溶液基本呈中性，对冷却器无腐蚀作用。因GJ-04D中性清洗剂成份中含有有机缓蚀物质，能与循环冷却水中的铁、铜、锌、铝等多种金属离子形成结合物，形成冷却器保护层，免去了清洗后预膜或钝化处理。

2.2 药剂浓度的确定

清洗工作的前提是在保证除垢情况下不对设备本体造成损害，因此，必须考虑以下几个因素：

1) 除垢速率与除垢率。药剂的浓度决定了除垢速率，但浓度太大，即反应速率太快易导致垢的大面积剥离，剥离后易导致系统堵塞且出现药剂浪费，而浓度太低，则反应无法进行。为了准确地确定药剂浓度，在清洗前需通过试验确定。将3组试验用的冷却管、铜片置于3种浓度(3％、5％、7％)的清洗液中分别浸泡6 h，发现5％浓度的清洗液能够较平稳地进行反应，既没有出现大颗粒的剥离垢堵塞冷却管的现象，同时又达到了满意的除垢效果。试验证明清洗液在5％浓度时对冷却器管道不会造成阻塞，腐蚀清洗效果较好。

2) 腐蚀的控制。因药剂中已考虑腐蚀问题，在药剂中已有添加剂，基本不会造成腐蚀影响，试验黄铜的均匀腐蚀率在5％配置药剂溶液作用下均小于0.01 g/m2·h，满足要求。

2.3 清洗流程

2.3.1清洗设备的搭建

冷却器清洗设备主要包括：循环泵、循环容器、泵保护控制开关、连接管件、阀门、过滤器等。其中，循环泵采用卧式泵，其具有安装方便、流量大及节能高效的优点；循环容器采用不锈钢材质，其具有便于清洁、不易腐蚀的优点；连接方式采用塑料软管连接，具有连接快速不易腐蚀的优点。搭建的清洗设备原理图见图1。

图1 清洗设备原理图

2.3.2清洗过程

将配置好的清洗溶液放置在清洗容器中，冷却器一端接口接塑料管的一端，塑料管另一端接到循环泵出液口；另外1根塑料管一端接到冷却器的另一端，另一端接清洗容器，清洗容器再接循环泵进液口。循环泵、冷却器与清洗容器构成循环清洗回路。循环泵启动后用中性清洗剂溶液进行循环清洗，一般清洗6 h左右。若是冬季清洗，可把配置溶液加热到70℃～80℃，以加快清洗速度，提高清洗效果。待清洗后排出废液，再用5％的苏打溶液循环清洗10 min，最后用清水冲洗干净，待出水口的pH值及浊度达标后停止清洗。空压机冷却器清洗质量要求：除垢率达到95％以上，均匀腐蚀率≤0.01 g/m2·h且无点蚀现象[5]。