冷水机组冷凝器酸洗方法的改进探讨

左会升，张志刚，王 松，江敏建，姚建华

（武汉天河机场，湖北 武汉430302）

1 引言

由于天河机场自来水中的钙、镁离子含量高，水质硬度大，所以冷水机组冷凝器在水侧（即铜管内侧）的壁面上容易结垢（碳酸钙、碳酸镁），从而导致冷凝器换热效果变差，能耗增加。根据观测，冷水机组在使用两个夏季后，其冷凝器的小温差就达到或者超过了2.2℃，也就是水垢的厚度达到或者超过了极限值。

2 原来采取的方法及原因分析

为了消除水垢对换热的影响，早在T1运行的时候，就采取了电磁振荡、毛刷除垢等多种物理方法，但收效甚微。于是笔者自然而然地就想到了用化学方法进行除垢，这就是酸洗。

从2000年开始，在对T1的3台低压冷水机组进行酸洗的时候，采用的是单边进出药水的方法（图1）。也就是利用机组冷凝器固有的进水口和出水口，让药水低进高出，从而达到对冷凝器进、出水铜管进行均匀清洗的目的。从实际效果来看，每次酸洗完毕后，打开集水室端盖观察其进水段铜管和出水段铜管的光洁度等指标基本上都是一样的。

图1 低压机组冷凝器

但是，自从2011和2012年开始对新的T2制冷站的高压机组进行酸洗的结果来看，情况就大不一样。每次酸洗完毕后，打开集水室端盖，就发现位于上方出水段铜管基本上洗好了，但位于下方的进水段铜管的内壁面上还有相当厚度的（约80～90μm）的水垢未去掉。因为进、出水段铜管是同时进行一个完整的酸洗循环，所以如果要将下方进水段铜管的水垢彻底去掉，那么上方出水段铜管就会洗过头了，也就是说出水段铜管的管壁厚度变薄，其承压能力就会降低，这是很危险的（图2）。

图2 高压机组冷凝器

究其原因，是因为T2高压机组冷凝器的长度几乎是原T1低压机组的2倍（T1低压机组长2.7m，T2高压机组长接近5m），而酸洗方法却没有一点改变。

为什么长度不同其酸洗效果就不同呢？这要从传热学和流体力学两方面进行解释。从传热学角度来讲，冷凝器中的冷却水和制冷剂是逆向流动的［1］，也就是位于冷凝器上方的高温出水段与从压缩机出来的高温气态制冷机进行换热；而位于冷凝器下方的低温进水段与通过相变而形成的低温液态制冷剂进行换热。因为相变而产生的巨大热量主要传递给位于下方的进水段，所以进水段铜管内壁的水垢厚度要大于出水管段。

从流体力学的角度来讲，酸洗用药水在铜管内有两种流动状态，即紊流和层流。紊流是打破了边界层的，而层流是有边界层的［2］。离药水泵出口越近，紊流越厉害；离药水泵越远，越趋于层流。

从十几年来的实践情况来看，T1的低压机组冷凝器的进水段铜管内的药水是呈现紊流状态的，而在经过集水室后，出水段铜管内的药水是呈现层流状态的。这样就解释了T1低压机组冷凝器进、出水铜管酸洗后各参数均匀一致的结果。

通过以上描述和分析，不难得出结论，T2高压机组冷凝器真正没有洗彻底的地方是进水段铜管靠近集水室这边的1／2段。因为进水段铜管靠近固有进水口的1／2段是紊流，而靠近集水室的1／2段是层流（图3）。

图3 高压机组冷凝器没有清洗彻底的地方

3 改进措施分析

（1）方案一：制作一个平顶型的冷凝器集水室端盖（图4）。在这个端盖内部中间位置有一个隔板，这个隔板把集水室划分成两半，一半是进水，另一半是出水。然后在端盖的平顶上面开一个有接头的孔洞，其直径与药水循环泵出口的直径一样。据市场调查，为冷凝器制作一个平顶型集水室端盖需资金1～2万元。

图4 平顶型集水室端盖

酸洗时，先将冷凝器的凸型集水室端盖换成平顶型端盖，然后将固有的进水口或出水口用盲板封死（图5）。这样以来就可以分别地对冷凝器进水段铜管或出水段铜管进行去垢操作了。

图5 方案一的清洗方法

具体操作是这样的，让药水通过循环水泵从左、右两个方向等时间、等次数的在进水段铜管［或出水段铜管（将孔洞朝上）］内循环，从而让左、右两段的铜管都得到基本相同的呈紊流状态的冲刷。

这个方案的要点是进水段铜管和出水段铜管分开清洗，而不能搞统一循环。

（2）方案二：利用现有的凸型集水室端盖和端盖上的孔洞，制作一个大小头连接器，安排一大一小两个药水泵，还是坚持进水段铜管和出水段铜管分开单独清洗的原则。

具体操作是这样的，如果要从集水室侧开始清洗进水段铜管，则用软木塞将在集水室上方的出水段铜管的进口封死，将冷凝器的固有出水口用盲板封死。然后利用大小头连接器，小头连接集水室端盖上的小孔洞接头，大头连接大功率药水泵出口。循环一段时间后，再调换过来，从冷凝器的固有进水口开始清洗，这时就要用小功率药水泵（图6、图7）。这种清洗方法也是等时间、等次数的，以保证清洗的均匀性。

图6 运用大功率药水泵的清洗方法

图7 运用小功率药水泵的清洗方法

反之，当要清洗冷凝器出水管段时，方法同上。

这种方法只需制作一个大小头连接器及购买一个小功率的药水泵，成本低廉。

（3）方案三：综合运用方案一和方案二的清洗方法，也就是把利用平顶型集水室端盖和利用软木塞两者结合起来，共同封死不清洗的管段，从而达到冷凝器上部和冷凝器下部分开清洗的目的。

酸洗结果的好坏取决于两个指标：一个是酸洗后冷凝器小温差至少减小了1℃，另一个就是酸洗后机组冷凝压力至少降低了1kg／cm2。

4 结语

本文所给出的3个方案，不论采用哪种方案，都必须由专业的空调清洗公司来完成，这是必要条件。

［1］ YORK公司.冷凝器.操作和维护手册［R］.武汉：YORK公司，2007.

［2］ 王补宣.层流与紊流.动力工程师手册［R］.北京：机械工业出版社，1999.