表面蒸发式空冷器运行问题及对策分析

陈建昌 袁国光 韩向红

（河钢集团邯钢公司能源中心，河北邯郸 056000）

0.引言

表面蒸发式空冷器是钢铁企业循环水系统常用的降温设备，广泛应用于高炉等工序，使用于闭路脱盐循环水系统，利用流动的空气、喷淋水与循环水的热交换来达到降温的目的。循环水在空冷器管束中通过，喷淋冷却水从管束上方从上而下喷淋到管束上，形成一层薄水膜，同时空冷器上部风机进行空气抽吸，空气从下方往上横掠过管束的表面，管束表面的薄水膜迅速蒸发汽化，带走大量的汽化潜热，汽化饱和的湿空气被风机抽吸到大气中，喷淋冷却水、闭路循环水、空气形成交叉错流，加大加速了闭路循环水的降温效果。通过表面蒸发式空冷器的工作原理可以判断，喷淋冷却水、闭路循环水管束、风机抽吸是设备的主要构成单元，也是生产运行的控制关键。

1.运行常见问题

1.1 管束外部结垢

表面蒸发式空冷器管束通常采用铜管、不锈钢管、碳钢管，管束外表面薄水膜蒸发汽化过程中，喷淋冷却水中Ga2+、Mg2+离子富集在管束外表面极易结垢，结垢后在管束表面形成一层致密的隔热层，对空冷器换热降温效果影响很大，一般喷淋冷却水浓缩倍数一般在3.0～4.0，造成结垢速度很快，极大降低了空冷器换热效率，是空冷器生产运行控制中存在最大的问题[1]。以下是某钢厂高炉闭路系统喷淋冷却水水质指标分析，见表1。

表1 某钢厂高炉闭路系统喷淋冷却水水质指标分析

1.2 冬季运行问题

表面蒸发式空冷器冬季运行时，随着空气温度的降低，抽吸风机、喷淋冷却水运行时间减少，甚至处于停运状态。随着钢铁行业产业政策的调整，部分企业实行冬季限产，高炉等主工艺在限产检修时，高炉循环泵站各泵组循环量将降低、停运，此时空冷器管束内循环水流速降低、流量减少，在北方寒冷地区空冷器管束存在结冰冻融破坏的可能，如果空冷器冬季停运保养工作不到位，将造成空冷器管束大面积冻坏，会对生产造成很大的影响和损失。

1.3 运行调整存在问题

（1）风机频繁启停，尤其在夏季、或高炉等主体工艺调整工况时，极易造成风机损坏的设备故障。（2）喷淋泵组的运行不稳定，或者将喷淋泵组进行节能改造，喷淋冷却水流量、压力达不到设计要求，喷淋冷却效果差，直接影响空冷器换热效果。（3）点检维护不到位，例如风机保护网螺栓锈蚀、风机电机接线盒腐蚀、空冷器水箱积泥清理不及时、皮带传动结构皮带轮调整不规范、排气放空管冬季防冻保护等细节工作，也是影响表面蒸发式空冷器正常运行的因素。

2.采取对策及措施

2.1 管束外部结垢

（1）喷淋冷却水水质控制。喷淋冷却水水质控制是造成空冷器结垢的主要因素，从喷淋冷却水水质分析来看，硬度的控制是关键，Ga2+、Mg2+离子富集将造成管束很快结垢，所以喷淋冷却水不能追求过高的循环倍率，一般控制在3.0为宜。现有空冷器喷淋冷却水系统采用的大多是集中循环系统，单台空冷器喷淋自循环系统基本已不用，喷淋冷却泵组与生产循环系统共用，系统水质稳定控制和缓释阻垢药剂投加以生产用户要求水质指标的为准，造成空冷器喷淋冷却水硬度偏高。需在空冷器喷淋冷却系统单独补充一定量的脱盐水，勾兑后降低系统硬度，提升水质指标；并定期打开空冷器水箱排污阀门，保持少量的系统排污，对系统水质进行置换。可以做到减少、延缓空冷器管束外表面污垢的形成，提高管束蒸发换热能力，保证表面蒸发式空冷器运行效果。（2）空冷器管束定期清洗。每年入夏前对空冷器管束进行定期清洗，常用清洗方式有两种：高压冲洗、化学药剂清洗。高压冲洗采用高压泵和高压水枪，打开风机保护网、收水器，直接对管束表面进行冲洗，冲洗准备时间短，对施工环境要求简单，冲洗快捷，由于管束排列密集，一般只能冲洗表面3～4层管束，内部管束冲洗效果较差。化学药剂冲洗利用空冷器本身喷淋冷却系统，安设药剂增压泵，在空冷器水箱注入氨基磺酸等化学除垢药剂，加压对管束进行循环喷淋酸洗，并适当补充化学药剂，以达到剥离管束外表面污垢的目的。但化学除垢药剂的浓度要掌握好，控制不当会造成管束腐蚀破坏。建议两种清洗方式联合使用，采用高压冲洗―化学清洗―高压冲洗的顺序，除垢效果较理想。（3）水箱定期清理。空冷器水箱收集管束喷淋冷却水，收集后排至喷淋冷却回水主管道，送至开路冷却塔或回水井，循环使用。生产运行中，空气粉尘、高炉除尘粉尘、管束剥落的污垢等进入空冷器水箱，会在水箱底部形成积泥，影响喷淋冷却水水质，造成浊度、悬浮物升高，降低喷淋冷却水降温效果。因此除采取加大旁滤过滤及反洗外，仍需对空冷器水箱定期进行清理，每台空冷器水箱清理周期不宜超过1个月，各台空冷器水箱轮流停水清理，夏季适当增加频率[2]。

2.2 冬季运行问题

（1）冬季长时间停用。冬季表面蒸发式空冷器停运保养，管束防冻在北方寒冷地区是防护的重点工作。停运后，应对空冷器管束、进出水支管道打开放空阀，或管道割孔，将脱盐循环水彻底放空，防止结冰冻融破坏。由于空冷器管束运行后，管束受重力作用会出现局部下垂现象，造成放水不彻底，低垂处仍有少量脱盐循环水没有放净，极易结冰造成管束冻裂，建议在空冷器管束内通入压缩空气或氮气，逐台对空冷器管束进行吹扫，将内部少量积水进行吹除。设置吹扫头时要均匀布置，采用控制阀门调节压缩空气或氮气气量，保证每一根管束均要吹扫干净。（2）高炉高水温运行要求。高炉炉况异常，需要进行除瘤时，要求高炉炉体闭路脱盐循环水维持在较高的水温，有时要求水温在45℃～50℃，进、出水水温温降很小甚至没有温差。为满足高炉的要求，可以采取先停运空冷器风机和喷淋冷却水，再调整空冷器旁通控制阀门的措施，减少空冷器冷却水量，降低进出水温差。或是对空冷器进风口（水箱百叶窗）和空冷器出风口（风机护网处）采取遮盖措施，空冷器管束箱体形成封闭空间，减少空冷器内部空气流通热量外逸，减少闭路脱盐循环水温降。（3）冬季风机维护。冬季风机停运后，空冷器管束表面的薄水膜迅速汽化形成的水蒸气通过风机罩向上蒸发，风机电机长期暴露在潮湿环境下，对电机接线盒处螺栓、密封垫等部件锈蚀破坏明显，电机接线处受潮绝缘降低，如不处理直接开启风机电机运行，将造成电气事故。建议将电机接线盒、密封连接等纳入巡检点检内容，每天进行检查确认，提前发现问题及时处理。

2.3 运行调整存在问题

（1）机旁操作箱控制。由于空冷器管水膜汽化形成水蒸气，现场操作箱设置在空冷器附近，会很快腐蚀无法使用。建议在空冷器下部集中设置，采用密封防腐蚀结构，并在操作箱上设防雨雾设施。（2）减少频繁启停操作。为保证空冷器风机正常使用，应避免风机频繁启停操作，应根据水温的变化趋势和气温情况，提前对风机运行进行调整，减少频繁启停操作，减少风机和电机的故障率。（3）喷淋冷却水量调整。喷淋冷却水泵组要根据空冷器换热要求，及时调整泵组的运行方式，保证足够的循环水量，在空冷器管束形成薄水膜，从而保证降温效果。应对空冷器喷淋管喷头进行经常性检查，及时对堵塞的喷头进行疏通，破损的喷头进行更换，保证喷淋压力稳定、布水均匀。

3.结论

针对表面蒸发式空冷器生产运营中的常见问题，需采取相应的对策，其中重点为：污垢形成的控制、定期及时清理；喷淋冷却水水质尤其是硬度的控制；加强日常点检维护的管理等。在空冷器生产运行中，需加强设备、工艺管理，针对性采取相应对策，注重操作调整管理，才能保证表面蒸发式空冷器降温效果，实现高炉长寿命稳定运行。