电厂蒸发式冷凝器的化学清洗和钝化处理

杨建丽，张 博，董 华

（中化化工科学技术研究总院，北京 100083）

某电厂装机容量50MW，由于淡水资源十分紧张，为了最大限度提高水的利用率，节约用水，循环冷却水系统全部采用蒸发式冷却塔，在国内尚属首次。蒸发式冷却塔充分利用水的蒸发潜热大的特点，提高了换热过程中的换热效率，减少了水资源的消耗率。但其特殊的工作原理以及与其他冷却塔不同的结垢特点，再加上电厂水资源的紧张，不能及时对循环水进行排污置换，在电厂投运一年左右的时间后，蒸发冷却系统中出现了换热管表面结垢严重的现象，降低了换热效率，背压高，发电煤耗增加。

为了改善换热效率，恢复换热管道的表面状况，电厂方决定对整套系统进行在线清洗。

1. 蒸发式冷凝器的组成和工作原理

1.1 组成

蒸发式冷凝器是由冷却管组、填料、淋水器、轴流风机、集水槽、水泵、收水器、箱体等部件组成。它是一种融合了空冷式、水冷式和冷却塔的紧凑式换热器[1]。

1.2 工作原理

蒸发式冷凝器是利用盘管外的喷淋水部分蒸发时吸收盘管内高温气态制冷剂的热量而使管内的制冷剂逐渐由气态被冷却为液态。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。

2. 电厂冷凝器结垢情况

循环水系统的补充水源有三种：第一种水源是淡水；当淡水资源紧张不能为系统补水时，就选择第二种水源——地下水，因为该水源水质差，含盐量高，又叫卤水；当以上两种水源仍不能满足蒸发时，就会临时从其他机组的冷却塔水池底部抽水，也就相当于其他系统循环水的排污水。由于当地水资源紧张，几乎很少对循环水进行排污置换。

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。溶解在冷却水中的氧还会造成金属腐蚀，形成铁锈。由于锈垢的产生，换热效果下降。严重时不得不在壳体外喷淋冷却水，结垢严重时会堵塞管子，使换热效果失去作用。

2.1 现场水质分析数据

对某电厂的补充水、循环水做了分析，分析结果见表1。从表1中可以看出：

(1)氯离子

最能反映浓缩倍数的是循环水中的氯离子与补充水中的氯离子的比值，该值是331倍，这是由于蒸发冷排污置换率较低，加之自身蒸发量大所造成的。

(2)碱度和硬度

碱度的浓缩倍数是3.0，硬度的浓缩倍数是184.0；远低于循环水的浓缩倍数，说明碱度与硬度反应生成碳酸盐，沉积在系统中，有的覆着换热管壁上，有的沉积在循环水池底部。

(3)钙离子、镁离子和二氧化硅

镁离子的浓缩比（162）小于钙离子的浓缩比（192），说明钙、镁离子在与碱度共沉淀的同时，镁离子也会与活性二氧化硅生成硅酸镁沉淀，硅酸镁俗称蛇纹石，该种沉淀物难于清洗。硅垢只能通过碱性清洗剂才能将其去除。

(4)硫酸根

硫酸根与钙离子生成的硫酸钙（石膏），超过溶度积时就会析出，从分析数据看，硫酸根的损失也比较严重，其浓缩比远小于氯离子的浓缩倍数。

2.2 垢样分析

现场考察了冷凝器结垢情况，可以看到部分裸露在外的部分，颜色发白，存在碱腐蚀现象。换热管道被坚硬的黄色硬垢所覆盖。

对垢样主要成分进行了分析，分析结果见表2。

表1 水质分析数据

表2 成垢元素比例表

3. 化学清洗工艺的选择

3.1 清洗前准备[2]

A、切断电源：关闭循环泵，停止冷却水循环，关闭轴流风机电源。

B、关闭阀门：关闭进水阀门、排污阀门。

C、人员防护：施工人员穿戴防护服及防护面具，穿戴塑胶鞋和手套。清洗施工中应注意人身安全，做好劳动防护。

3.2 清洗剂的选择

选用我公司的专用清洗剂酸性清洗剂CW0405，CW0826；分散剂CW0102，碱性清洗剂CW0302。

3.3 预膜剂的选择

选用我公司的专用预膜剂CW0206。

3.4 清洗工艺过程

3.4.1 排污置换

清洗步骤实施前对冷却水池中的高浓度循环水进行置换，置换至电导率小于1000ms/cm。

3.4.2 酸性清洗

水置换合格后，首先向水池中加入1800kg镀锌管专用的酸洗缓蚀剂CW0826；然后一次性加入所有酸性清洗剂CW0405。跟踪分析循环水池中的电导率、钙离子、酸度（酸性清洗液中酸度不小于1%）的变化。依据数据判定酸性终点（酸度不再变化），总时间大约4h。

3.4.3 排污置换

酸洗结束后，对冷却水池中的水进行彻底的排污置换，然后转入碱洗阶段。

3.4.4 碱性清洗

首先向水池中投加50kg分散剂CW0102，然后投加800kg碱性清洗剂CW0302，控制循环水中的pH值小于12，循环8～12h，观察清洗过程中pH值及电导率的变化。

3.4.5 排污置换

碱洗结束后，根据冷却水的水质情况，适当排污置换，到浊度<10NTU，铁离子小于2mg/L，然后将pH值控制在5.5～6.5。

3.4.6 钝化预膜

符合钝化预膜水质条件后，将事先准备好的预膜剂CW0206加入水池中，检测水中的pH值变化，使其维持在5.5～6.5直到钝化预膜工序结束。总时间控制在12～24h。

3.4.7 排污置换

预膜结束后，将对循环水进行排污置换，直到总磷小于10mg/L时，即是置换结束。

3.4.8 正常运行

正常运行时，采取必要的日常维护手段，电导率控制在2000ms/cm以下。

4. 蒸发式冷凝器化学清洗的腐蚀速率检测和腐蚀速率测定

表3 挂片腐蚀速率的测定

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20×50mm。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，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，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。

由于挂片悬挂点不同，酸洗期间的腐蚀速率也不尽相同，取其平均值3.44 g/m2. h，该值符合HG/T2387-2007《工业设备化学清洗质量标准》中的碳钢腐蚀率<6.0g/m2. h的要求。

5. 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。我们的清洗基本上达到了上面的要求。

6. 结论

通过某电厂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，使用我公司自主研发的酸性清洗剂CW0405、CW0826、分散剂CW0102、碱性清洗剂CW0302和预膜剂CW0206用于蒸发式冷凝器保护热镀锌设备清洗，取得了较好的效果。对热镀锌材质的清洗是安全的。

[1]陈洁.DL/T 794-2001火力发电厂锅炉化学清洗导则[S].北京：中国电力出版社，2002—56.

[2]张敏，吴晋英，魏文峰，等.蒸发式冷凝器的化学清洗和钝化[J].清洗世界，2009,25(11)：17-21.