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    研發成果

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    高爐配套蒸發式冷卻器特殊垢質化學清洗的試驗研究

    發布時間:2014/1/4 閱覽次數:

    李麗1   田民格2   時冰2   李愛兵2
    (1.山東富倫鋼鐵有限公司 ,山東萊蕪,271100:2. 濟寧新格瑞水處理有限公司,山東濟寧,272415)


    摘要:山東富倫鋼鐵有限公司1#高爐軟水閉路循環冷卻系統的蒸發式冷卻器,由于環境原因造成換熱器外管壁沉積了約3mm的垢層,直接影響了高爐系統的運行,為此,需在不停產狀態下對該系統的9臺蒸發式冷器進行除垢清洗工作,該項工作委托濟寧新格瑞水處理有限公司實施。雙方通過對該設備的整體結構和垢質情況分析,并進行了垢樣溶垢試驗,確定了以化學清洗配合高壓水射流清洗的施工方案。該設備通過清洗后取得了良好的換熱效果,達到了節能降耗的目的。
    關鍵詞:蒸發式冷凝器  結垢  不停產  化學清洗  高壓水清洗  節能降耗
    中圖分類號: TK227.3       文獻標識碼: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
    作者簡介:李麗,1999年7月畢業于太原理工大學熱能工程系,工程師職稱,現任山東富倫鋼鐵有限公司水務負責人。

      山東富倫鋼鐵蒸發式冷卻器是國內某公司研制,該設備主要利用管外循環水水膜的蒸發強化傳熱,達到冷卻管內流動的高爐冷卻用軟化水的目的。設備經過2年多的運行,目前管內軟化水進出口溫差較小,為2℃-3℃,不能有效的降低軟化水水溫,不但增加能耗,而且直接影響了高爐的安全運行。經檢查分析,管內因流通的為軟化水,雜質含量較少,工況穩定,所以結垢很少,腐蝕也不嚴重。而管外流動的為工業水,環境惡劣,結垢嚴重,是影響設備換熱效果的主要原因,因此決定對管外進行不停產化學清洗。
      1清洗前的準備
      1.1清洗垢質分析
      該設備放置于廠房頂部,既不占地面面積,且空氣流通順暢,可避免夏季地面熱氣流的影響,F場靠近煉鐵高爐的上料皮帶通廊,礦粉和灰塵含量較高,致使換熱器管外壁結有一層結合緊密且堅硬的垢層。清洗前對設備管束垢質進行采樣分析,成分復雜,包含種類較多。垢質成份分析如下:

    垢質成分

    氧化鐵垢

    碳酸鹽垢

    磷酸鹽垢

    粘泥粉塵

    其它

    含    量

    60%

    15%

    10%

    10%

    5%

      1.2蒸發式冷凝器設備結構和垢層分布分析如下:


    圖1  蒸發式冷卻器管束分布圖及水流向圖

         圖2 單管水流向圖及結垢分布圖解
       該設備現有9臺,管束材質為鍍鋅碳鋼管,單管長9m,Ф25mm。每臺設備管層為18層,各層交錯排列(見圖1)。管程:高爐冷卻軟化水;進水溫度:42℃。殼程:工業循環水。此換熱設備為噴淋式,水流至上而下噴淋,因下層管束的阻擋流速至上而下減緩,結垢厚度也至上而下遞減(上層垢厚1mm,下層垢厚2mm),且同一根管子也存在上部垢少,下部垢多的現象(見圖2)。
    1.3清洗劑配制和垢樣清洗試驗 
       由于垢質成分復雜,且以氧化鐵垢為主,多種鹽垢并存,因而用單一清洗劑恐無法將其全部清除,再加上該設備為鍍鋅管,清洗要求很高,經過多次溶垢試驗,最終確定用針對于Fe3+,Ca2+,Mg2+等離子的有機復合型清洗劑絡合清洗工藝,并添加鍍鋅金屬緩蝕劑,將其清除。
       垢樣清洗試驗:
       先在燒杯中加入500mL水,同時加入2.5%的XGR-H5緩蝕劑、3%的糠醛、0.5%的苯胺、5%的復合型絡合清洗劑(4%XGR-Q12清洗劑+0.3%EDTA+0.2%HEDP+0.5%1227)混均,加入氨水調節PH至3.5-4,再加入垢樣,在燒杯底部加熱,并緩慢攪動清洗液,維持清洗溫度在70℃以上(清洗最佳溫度應在90℃以上,但考慮到設備為露天放置,隨清洗運行,溫度散熱過快很難保證較高溫度,特在70℃左右進行試驗)。每60min取樣一次,對清洗液中pH值、腐蝕率、Fe3+含量進行分析。當垢樣溶解完畢或當Fe3+含量變化趨于平穩時,停止清洗。

    清洗時間

    三價鐵離子濃度

    清洗腐蝕速率

    Ph

    溶垢率(觀測)

    0h

    0mg/L

    0g/m2.h

    3.6

    0

    4h

    85mg/L

    0.02 g/m2.h

    3.7

    20%

    8h

    180mg/L

    0.05g/m2.h

    3.8

    40%

    12h

    225mg/L

    0.08g/m2.h

    3.8

    50%

    16h

    286mg/L

    0.10g/m2.h

    3.9

    60%

    20h

    298mg/L

    0.12g/m2.h

    4.0

    70%

    24h

    302mg/L

    0.13g/m2.h

    4.0

    70%

       
       通過溶垢試驗,清洗工藝最終確定為:2.5%的XGR-H5緩蝕劑、3%的糠醛、0.5%的苯胺、4%XGR-Q12清洗劑、0.3%EDTA、0.2%HEDP、0.5%1227,混均,氨水調pH3.5-4,溫度70℃以上。
       清洗終點:污垢溶解完畢或當Fe3+含量變化趨于平穩時,停止清洗。
      1.4清洗基本工藝流程確定
      在清洗工藝確定上我們充分考慮到設備結構和垢質分布情況,做了大量細致的論證。在清洗時既要考慮清洗的除垢率,同時更要保證清洗的腐蝕速率,避免清洗造成管束腐蝕泄露。因清洗時要借助原有噴淋管路,若單一按此系統清洗,勢必造成上層管束除垢快(流速高、垢層。,而下層除垢慢(流速小、垢層厚)的結果,最終導致上層除垢完成而下層除垢不理想,造成整體除垢率不高。若在繼續清洗時,就會存在上層腐蝕加劇,造成管束腐蝕泄漏的危險。為此,根據此設備結構和垢質分布情況,清洗時設計其清洗工藝為先至下而上清洗,去除下層大部分污垢,再借助原有噴淋系統至上而下清洗,使其整體同時到達相同的除垢率。但至下而上的噴淋清洗,其有效清洗管層僅能到達6層,在往上管束也清洗不到,整體除垢率也不會太高。因而在清洗完畢后,再利用高壓水射流對設備進行整體清洗,最終達到理想的清洗效果。
    2.清洗過程
      2.1配置臨時清洗管路
       循環泵、配液槽、加藥泵連接好。將冷媒水進出口閥門關閉,有閥門關閉不嚴,對此進行了閥門更換或加裝堵板,清洗系統圖如下所示:
       
       
       A—蒸發冷卻器        B—循環泵         C—循環槽          D—冷媒水入口
       E—冷媒水出口        F—配藥槽         K—加藥泵
       1—進液管(臨時管線、另配)   2—回液管(臨時管線、另配)  3—加料管
       2.2系統除污
       對四周空氣格柵及上部填料進行高壓水射流清洗(200kg壓力),人工清理集水盤內的沉積物,并多次用水沖洗直至集水盤內干凈無雜質。
       2.3系統查漏
       向循環槽內注水加至合適液位,開泵循環試漏后排放,并計算系統容積。
       2.4系統清洗
       將緩蝕劑、復合型絡合清洗劑、滲透劑、剝離劑等清洗藥品在配液槽內配好,開加藥泵注入循環槽內(集水盤),補充水至合適液位,調整溶液PH至3.5-4,加熱至70度左右,開K1號截止閥,關K2號截止閥開循環水泵循環(至下而上清洗)。每60min用PH計或PH試紙檢測溶液PH,Fe3+含量進行測量,判斷反應狀況,根據溶垢試驗和目測方法確定清洗時間。開K2號截止閥,關K1號截止閥開循環水泵循環,根據PH變化和清洗反應現象情況,適時加入清洗劑,還原劑等,至PH 、Fe3+含量變化趨于平緩時,停循環泵(清洗時間通常為48-72h),中和排污!


        
       2.5高壓水射流清洗
       化學清洗結束后,除垢率約為70%左右,因而再利用高壓水射流進行沖洗。根據垢質堅硬度和粘合度的實際情況,確定清洗壓力為700kg左右,最終達到清洗的技術要求。
       2.6水沖洗及鈍化,恢復運行
       系統重新注入清水,開循環泵沖洗后排放。
       鈍化工藝及步驟
      。1)配液槽內注入適量清水,放入試片,將鈍化劑和鈍化促進劑投入配液槽攪拌均勻。
      。2)開泵循環,循環12-24小時,鈍化廢液中和處理后排放溶液。
      。3) 清水沖洗系統,拆除臨時系統,設備恢復。
      。4) 現場環境衛生打掃,清洗、鈍化結束。
    3.清洗效果
      按照《工業設備化學清洗導則》(G/BT2387-2007)要求,對設備化學清洗效果進行了檢查,結果如下:
    3.1腐蝕率控制:
       根據腐蝕指示試片的測量,9臺設備腐蝕總量均<2g/m2,腐蝕速率均<0.2g/m2.h,平均腐蝕總量為1.215g/m2;各項指標均遠小于《工業設備化學清洗導則》(G/BT2387-2007)的標準,也小于我公司要求的腐蝕總量<24g/m2,腐蝕速率<2g/m2.h的標準,清洗質量達到優良。
    3.2清洗除垢率:
       管束表面基本無垢,除垢效果明顯。
    3.3換熱效果:
       清洗后換熱效果明顯提高,軟水進出口溫差在6℃-7℃之間。見附表1
    附表1 蒸發式冷卻器清洗前后軟化水進出口溫度數據報表:

    冷卻器編號

    1#

    2#

    3#

    4#

    5#

    6#

    7#

    8#

    9#

    清洗前進水溫度2010.9.1

    41℃

    41℃

    41℃

    41℃

    41℃

    41℃

    41℃

    41℃

    41℃

    清洗前出水水溫

    38℃

    38℃

    37℃

    38℃

    38℃

    37℃

    38℃

    38℃

    38℃

    清洗前軟水進出口溫差

    3℃

    3℃

    4℃

    3℃

    3℃

    4℃

    3℃

    3℃

    3℃

    干球溫度

    28℃

    濕球溫度

    22℃

    相對濕度

    60%

    清洗后進水溫度2010.10.5

    40℃

    40℃

    40℃

    40℃

    40℃

    40℃

    40℃

    40℃

    40℃

    清洗后出水水溫

    34℃

    33℃

    33℃

    34℃

    34℃

    33℃

    33℃

    33℃

    34℃

    清洗后軟水進出口溫差

    6℃

    7℃

    7℃

    6℃

    6℃

    7℃

    7℃

    7℃

    6℃

    干球溫度

    26℃

    濕球溫度

    20℃

    相對濕度

    60%

    4.結束語
      近年來蒸發式冷卻器在閉路冷卻循環中使用越來越多,目前已在冶金行業中的軟水閉路循環冷卻系統、電力行業的軟水閉路循環冷卻系統、空調領域閉路循環冷卻系統、石化行業的閉路循環冷卻系統中得到廣泛應用,并未應用領域的企事業單位帶來了巨大的經濟效益和社會效益。但此設備運行中的清洗維護工作對設備的安全經濟運行至關重要。由于環境和水質影響設備長期運行,換熱管壁會產生結垢現象,使換熱效果降低,勢必加大能耗,增加企業運行成本,最經濟和有效的處理方法就是對蒸發式冷卻器換熱管進行定期清洗維護,以實現其長期高效的運行。
       本次清洗的實現,是對致密堅硬的金屬垢型的清除的成功嘗試,具有廣泛的借鑒意義,可在同類型裝置的清洗上推廣使用。
       
      參考文獻
      1.竇照英. 實用化學清洗技術 [M].北京:化學工業出版社,2000.                                 
      2.張天勝. 緩蝕劑 [M].北京:化學工業出版社,2002.
       
       
      作者簡介:
    李麗,1999年7月畢業于太原理工大學熱能工程系,工程師職稱,現任山東富倫鋼鐵有限公司水務負責人。
      
    通訊地址:山東嘉祥經濟技術開發區濟寧新格瑞水處理有限公司,郵編272415,電話0537-6985888;

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