循环酸洗法在换热器清洗中的应用及推广

循环酸洗法在换热器清洗中的应用及推广
                         曹景华，张戎，刘承温，刘杰
                  （安阳钢铁股份有限企业制氧厂，河南安阳455004）
    【摘要】由于氮压机级间冷却器严重结垢，氮压机压缩气体的能力大大减小而且喘振现象频繁发生。通过对氮压机水路进行加装反冲洗阀的改造，并采用改进后的循环酸洗法对氮压机进行酸洗，从根本上解决了问题。阐述了氮压机的运行状况、改进后的循环酸洗方法及具体实施过程，先容了氮压机级间冷却器清洗后的效果及循环酸洗阀的推广应用。
    【关键词】氮压机；级间冷却器；循环酸洗法；节能；推广应用
    【中图分类号】TH45 【文献标识码】B 【文章编号】1006-6764(2013)08-0026-02
    1· 前言
    最近两年，安阳钢铁股份有限企业制氧厂的C180MX3N2 型25000 m3/h 氮压机各级冷却器气体出口温度持续走高，气体压缩能力大减，偏离了设计流量，并频繁发生喘振现象导致联锁停车，特别是高温天气，经常发生高温联锁和喘振联锁，设备故障率很高。为了解决这些问题，大家采取了很多措施，效果并不明显。经过专业技术人员分析讨论，最终确定了问题出在气体冷却器上。
    安钢所用的水硬度很高，当作为冷源经过冷却器换热时，水温升高，形成硬度极大的水垢层粘附在气体冷却器表面大大降低了换热效果，同时增加了水的流动阻力，冷却器长期工作在警戒温度的边缘，濒临联锁停车中断供氮的危险。即使没有导致停车，由于其换热效果不理想，压缩气体温度过高而密度降低，进而使压缩机实际压缩气体的能力大幅度降低。
    25000 m3/h 氮压机采用列管式冷却器，管程通气体，壳程通冷却水。冷却水结垢全粘附在壳程即铜管束的外表面，用机械法不可能实现水垢的清除。最后大家采用了化学药剂循环酸洗法，从根本上解决了氮压机冷却器结垢带来的各种问题，并降低了设备的运行成本。
    2· 酸洗实施过程
    25000 m3/h 氮压机的冷却器采用的列管束为铜管，如果使用盐酸为清洗液，容易对板片及铜管产生强腐蚀，严重情况下会击穿铜管，缩短冷却器的使用寿命甚至毁坏换热器。大家邀请水处理厂的工作人员前来引导并使用了他们带来的酸洗剂HT-201。配制好的HT-201 酸洗液具有清除污垢彻底，清除速度快，性能稳定，安全可靠和费用低廉，对金属腐蚀率低的特性。
    循环酸洗的基本过程有三个阶段，首先是酸洗剂与部分水垢发生反应，生成溶于水的化合物；其次，由于部分水垢的溶解过程，使残留的水垢变得疏松，被流动的压力酸水冲刷，一部分脱落，随酸水冲走；最后，水垢变稀薄，酸与铜管表面的一些氧化物发生反应，破坏铜管与水垢的结合，水垢从表面剥离，并随酸洗液冲刷下来。经过这三个基本过程，铜管表面的水垢基本清理干净。
    2.1 循环酸洗流程
    循环酸洗法在安钢制氧厂实施过多次。酸洗时必须拆开各个冷却器水侧的进出口管道，将水箱内的酸洗泵用消防带连到一级冷却器出口，再从一级进口连接消防带到下一级出口。使三个气体冷却器和一个油冷却器组成一个回路。这样就造成工作量大、前期准备工作时间长、管道连接复杂，现场杂乱。
    对原有流程进行大胆改造。改造后的流路是在水路进出口总阀后分别加装一个反冲洗阀，利用消防带将酸洗箱和两个反冲洗阀连接。原来的酸洗泵更换成潜水泵使之压力更高、连接更简单。酸洗液的流动压力由0.5 MPa 增加到0.8 MPa，水压的增加使酸洗液对管壁的冲刷力度增加，在更短的时间内即可将水垢清理彻底。改造后的氮压机冷却器循环酸洗流程如图1。
               
    酸洗时，首先要确保总上水阀关闭。酸洗液被泵打到出口总管上，反向进入一级冷却器出口，从入口出来再进入下一级冷却器，最后从油冷却器进口排到总进水管道，最后进入水箱，形成回路。如果单独清洗其中一个冷却器，那么可以关闭其他冷却器的回水阀，酸洗液流向一个冷却器，水路冲刷力度加大，冲洗效果更好。由于此次25000 m3/h 氮压机的结垢比较严重，因此，本次清洗采取单级冷却器清洗。采用反向清洗的好处是：如果某些地方存在杂质堵塞流路，反向可轻易将堵塞处冲开。   
    2.2 酸洗过程
    酸洗前，加酸洗剂HT-201 至酸洗箱，和水配置均匀，控制pH 值在1.5 左右。启动潜水泵运行，随时测量酸洗液的pH 值，酸度不足时及时补加酸洗剂，确保酸洗效果。隔半个小时测量酸洗液浊度，当浊度达到86 mg/L 后不在上升且呈稳定状态，此时清洗结束。排掉酸洗液，利用清水冲洗10 min 左右，清洗残留的酸洗液体和杂质，以防残留的酸在系统中存留腐蚀管路，正常运行时进入空分系统。
    按此方法重新配置酸洗液，依次对其他冷却器进行酸洗。由于二三级冷却器结垢严重，清洗的时间要加长些。
    2.3 实施效果对比（见表1）

    3· 效益分析
    经过彻底酸洗，冷却器换热效果明显好转，气体产量大幅提高，达到了设计值。在满足相同管网压力的情况下可以停一台5000 m3/h 机组也可以保证企业用氮。
    通过对比检修前后电流并计算得出：
    酸洗前25000 m3/h 氮压机运行电流上限为146A，流量最高20000 m3/h。每小时耗电405 kW·h。
    酸洗后25000 m3/h 氮压机运行电流上限为170A，流量最高25000 m3/h。每小时耗电472 kW·h。
    酸洗后25000 m3/h 氮压机前后多出的耗电量为每小时67 kW·h。5000 m3/h 氮压机运行电流52A，流量5000 m3/h。每小时耗电144 kW·h。则停5000 m3/h 氮压机后每个小时可节省77 kW·h。如果5000 m3/h 氮压机停运一年计算，电价按0.56 元，可节约资金约37.8 万元。
    由实践可以看出，循环酸洗法在清理水垢方面有着极大的优势：
    （1） 省时。对于氮压机酸洗，从准备到清洗完毕只需4 个小时。
    （2）省力、高效。因为所有的阀门都已经改造好，使用时只需布置好水箱和循环泵，将消防带连接上阀门，配好酸洗液，关闭总上回水阀，整个清洗流程即组装好。由于酸洗液的pH 值可控制，浊度可观测，可大胆进行酸洗，不必担心出问题。而且循环水泵改为潜水泵，提高了清洗效果。
    （3）减少物资消耗。整个酸洗工作的投资只有9桶酸洗液和约10 m3 水。而且由于清洗工作用时短，缩短了氮压机的检修时间，能够在极短的时间启动，不影响炼钢用氮。
    因此，在生产过程中，如果遇到检修，完全可以把对换热器的清洗作为一个检修项目。
    4· 循环酸洗法推广应用
    上述是对问题最严重的一台氮压机进行的酸洗，清洗效果达到了超预期的效果。还有3 台25000 m3/h 氮压机和3 台15000 m3/h 氮压机，都或多或少存在此方面的问题。用循环酸洗法清洗后都对生产有一定的降本增效作用。
    制氧厂使用列管换热器的地方很多，如空压机、氧压机、冷冻机、膨胀机等，由于使用相同的循环水，因此结垢不可避免。而对于压缩机而言，有三个压缩形式：（1）绝热压缩；（2）等温压缩；（3）多变压缩。最理想的压缩是等温压缩，即气体经过各级冷却器后不产生温升时，压缩机效率最高，最节能。而实际情况是气体与冷却水并不能达到完全换热，有一定的温升，温升越高效率越低，耗能越高，这是由压缩机的特性决定的。而当压缩机冷却器结垢后，必然导致换热不充分，结垢越严重，换热越不充分。对于压缩机这样的耗电大户，特别是空气压缩机，其额定功率达到了9952 kW，其效率的降低而多消耗的电量不可小觑。因此，冷却器换热不好时，应及时清洗。另外一个可以用到循环酸洗的地方是空冷塔。
    空冷塔属于混合换热器，从空压机过来的压力空气从空冷塔底部进入并上升，与下降的冷却水在空冷塔内换热，达到降低压缩空气温度的目的。空冷塔填料内难免结垢，特别是空气入空冷塔的一段，由于空气温度在70 ℃以上，此段的冷却水也上升到一定温度，在此温度下最容易形成水垢，导致空气流速和压降增加，进而导致分子筛进水而引起重大空分故障。
    整个循环酸洗流路可以是：水箱- 低温泵- 空冷塔顶部- 空冷塔底部- 空冷塔排水管- 水箱。低温泵的设计流量比较大，必须改变低温泵转速，降低流量。即使这样，也必须采用较大的水箱。因为整个循环需要的水很多，同时也防止水箱里的水被泵抽干。这种方法只是一种设想，未经实际操作，有待试验。
    5· 结语
    由以上分析可以看出，循环酸洗法在空分流程中的应用具有广阔的前景。
    除此之外，循环酸洗法可以用于炼钢、炼铁等领域。在这些生产单位，不可避免地要大量使用各种换热器，不论是列管式换热器、盘管式换热器或板式换热器，只要使用水冷却，就会结垢，都可用循环酸洗法进行除垢。即使每个换热器换热效率的增加带来的经济效益微不足道，整个钢厂的换热器高效运用产生的效益总和是巨大的。