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离心式压缩机冷却器清洗实践

于启涛

（济南鲍德气体有限公司，山东 济南 250101）

摘 要：通过分析氮压机冷却器循环冷却水的运行特点和水质控制指标，认为冷却器结垢的原因是水程通道狭窄、水流量较小、循环水水质较差。采取酸洗工艺除去冷却器中的水垢，同时在水中加入铜缓蚀剂和铁缓蚀剂，使药剂的阳离子不络合金属单质，从而既能除管道中的水垢，又不腐蚀管道，提高了冷却器的换热效果和运行效率。

关 键 词：离心式压缩机；冷却器；循环冷却水；清洗；酸洗

1 前言

济南鲍德气体有限公司是济钢的重点能源供应单位，专业从事氧气、氮气、氩气及压缩空气的生产供应。现有大型离心式压缩机29台，作为气体生产的核心设备，压缩机的能耗决定了生产气体的成本，而冷却器又是压缩机实现等温压缩效率的核心部件，其换热效果直接影响了压缩机的运行效率，进而影响到整个空分能耗和生产供应经济性。针对制氧水系统特点，自1993年开始，济南鲍德气体一直采用缓蚀、阻垢加药稳定处理和杀菌的敞开式净环供水模式，取得了节水节能、不结垢、不腐蚀的良好效果。近几年，随着补水水质和周边环境的恶化，新建大高炉靠近气体厂区，循环水硬度和泥沙等指标呈逐年上升趋势，冷却器结垢和泥沙沉积严重影响了换热效果。如何对冷却器进行安全、可靠、经济性清洗成为重要课题。

2 现状与问题

2.1 循环冷却水工艺流程

循环水泵站通过供水管网将冷却水供给压缩机进行换热冷却，换热后的循环水直接由余压送入逆流抽风式冷却塔的布水器，由布水器均匀喷洒到填料上，塔顶的风机不断地将冷风从下面抽上来，与热水进行热交换，空气温度上升，水温下降。冷却后的循环水进入吸水池，经水质稳定加药处理后，再由循环水泵输送到相应设备重复使用。

2.2 压缩机冷却器特点

压缩机冷却器是冷却水与被冷介质的换热场所。冷却水和被冷介质分别在冷却器中不同的通道里逆向流通，使冷却水温度升高，被冷介质冷却到30 ℃左右。冷却器材质主要包括铜、不锈钢、碳钢；冷却器形式分为隔板式、管道翅片式等。

2.3 水处理工艺流程

循环水系统经过清洗、预膜后，加入水质稳定剂，通过水质稳定剂与水中离子的螯合作用，阻止水中离子的结垢和腐蚀，使循环水达到缓蚀、阻垢的目的。通过交替添加有机、无机杀菌剂，控制循环水中余氯和菌群浓度，起到杀菌防藻的目的。日常运行过程中，通过强化对pH值、硬度、浊度、电导率、铜铁离子浓度、碱度等水质重点控制指标的化验和调整，保证水质稳定性。

2.4 冷却器结垢

近几年通过检修和挂片试验发现，循环水处理的缓蚀效果较好，但冷却器结垢和泥沙沉积成为影响安全、经济、稳定生产的重要因素，基本上每隔4、5个月就需对冷却器进行清洗。冷却器结垢和泥沙沉积主要危害：1）引起换热管的点蚀，导致冷却器内漏，进而造成设备或生产事故；2）造成换热管堵塞，使冷却器流通截面减小，冷却器换热效果和运行效率降低，甚至导致喘振等设备事故；3）油冷却器换热效果差，导致转动轴承、轴瓦温度升高，影响设备运行安全，降低轴瓦等备件的使用寿命。

结合实际情况，制定了强化循环水日常加药控制，尽量开启过滤泵+纤维素过滤器旁通过滤，增加补水过滤器和单机过滤器，每2 a对冷却塔水池和集水池进行停产清污的运行模式。尽管做了大量工作，但控制效果仍然不理想，冷却器冷却效果差，冷却后温度高，冷却清洗的频率逐年增高。

2.5 冷却器清洗方法

1）物理清洗。借助物理力（如热、搅拌摩擦力、研磨力、超声波、电解力等）作用于冷却器或换热管内壁上，使污垢脱离内壁，达到清洗的目的。目前，常用的物理清洗方法有：液体冲洗、蒸汽吹洗、气体吹扫、机械清洗等。针对换热管较长的特点，采取先疏通后去污的思路，重点开发了用铜管+钻头+毛刷+手枪钻的机械清洗方法，提高了工作效率。

物理清洗具有如下优点：①节省了购买化学清洗药剂的费用；②避免了化学清洗后清洗废液带来的排放和处理问题；③不易引起被清洗设备的腐蚀。缺点：①需要压缩机停机才能进行；②对于黏结性强的硬垢和尘泥去除效果差；③人力成本高。

2）化学清洗。根据生产工艺和冷却器材质，在确定污垢附着量、成分的基础上，借助化学药剂利用化学方法去除污垢。主要分为酸碱清洗、络合清洗、EDTA盐类清洗等。

针对冷却器情况不同，制定不同的化学清洗方式。当冷却器表面有油污时，采用专用的清洗剂或阴离子表面活性剂进行全系统清洗。当冷却器表面锈蚀严重或结垢严重时，宜采用单台酸洗，且不同的材质采用不同的酸做清洗剂，如碳钢管道主要用硫酸、盐酸循环清洗，使酸溶液自下而上进入被清洗的换热器，利用酸液上升排挤所产生的二氧化碳气体和泡沫，防止其干扰对水垢的清洗；不锈钢、铝或铝合金制的板式冷却器通水间隙小、结垢且容易堵塞，主要用硝酸进行循环清洗；为去除附着的生物黏泥，投加具有剥离作用的非氧化性杀菌灭藻剂进行全系统清洗［1］。

3 离心式压缩机冷却器清洗

3.1 冷却器结垢原因分析

2011年5月，济南鲍德气体英格索兰氮压机各级冷却后温度逐渐上升，特别是三级冷却器冷却后温度超过60 ℃，远高于压缩机设备标准（≤35 ℃）。为解决隐患，将三级冷却器解体检查，通过分析结垢情况发现，由于此冷却器是管壳式，气走管程，水走壳程，冷却水从换热管的缝隙（每根管道之间的净距为2 mm左右）通过，换热管上结了一层薄薄的水垢，并附着了少量的黏泥，使换热流通面积减小，导致水、气换热不充分。分析冷却器管壁上取下的部分水垢样，其组成为 CaO 82％、MgO 6％、SiO2 5％、CuO 2.5％、其他4.5％。

通过垢样和循环水指标综合分析可知，水垢主要成分为碳酸盐及少量的泥沙。结垢原因主要有：

1）冷却器的设计方式导致水程通道狭窄、水流量较小，遇到高温容易结垢。2）由于水的硬度高，碱度大，铁离子、铜离子浓度也相对较高，水在循环过程中易生成Mg(OH)2、CaCO3、Al(OH)3沉淀，是水垢的主要成分。在碳酸钙析出的过程中，也析出一部分的铝盐、镁盐和部分胶体，温度愈高，愈益析出。3）由于气体在水中的溶解度随水温升高而降低，当冷却器内循环水温度升高后，循环水中CO2大量脱出，水中的碳酸平衡被破坏。

3.2 确定清洗方法

英格索兰氮压机冷却器的外壳材质为碳钢，换热管材质为海军铜且壁薄，结合水垢成分，采取酸洗工艺除垢。在水中加入铜缓蚀剂和铁缓蚀剂，使药剂的阳离子不络合金属单质，达到既能除掉管道中的水垢，又不腐蚀管道的作用。

在清洗时既要把水垢清洗干净和彻底，更要防止清洗液对冷却器产生腐蚀，保证清洗过程受控和安全，需注意：1）控制除垢速率。药剂浓度大反应速度太快，易造成水垢脱落太快而导致管道的堵塞，影响清洗；药剂浓度太低影响清洗的速度，清洗不彻底。利用结有水垢的碳钢和黄铜的试片对清洗药剂进行试验，达到了满意的除垢率和清洗速度后开始清洗，保证清洗液对设备本体和生产不会产生危害。2）控制腐蚀速率。在配制的清洗液中进行了挂片试验，保证药剂对设备各种材质产生的腐蚀速率小于国家清洗标准，清洗液对海军铜的腐蚀速率为0.1 g（/m2·h）。

3.3 清洗流程

1）加入黏泥剥离清洗剂、杀菌灭藻剂进行清洗，运行约1 h后进行浊度分析，绘制浊度曲线（见图1），同时不断加入清洗剂并调整其浓度，循环水的浊度由9.8 mg/L上升到40 mg/L后开始呈下降趋势，剥离基本结束。在剥离过程中挂2片涂油试片进行监测，至剥离结束观察试片表面无油污。

2）系统剥离后，通过置换将水的浊度降为 10mg/L以下后进入清洗阶段。加入分散清洗剂、消泡剂、铁缓蚀剂、铜缓蚀剂，调低pH值至4.5左右进行清洗，同时化验钙离子浓度（见图2），再不断调整药剂的浓度和pH值，直到钙离子浓度不再升高为止。在清洗的同时进行挂片试验，测试其腐蚀速率，要求碳钢的腐蚀速率低于3 g（/m2·h），铜的腐蚀速率低于0.1 g（/m2·h）。

3）配制含10 g/kg NaOH的中和液，调节清洗系统中液体pH值为10～11。当中和液循环约20 min混合均匀后，停止循环，静置浸泡。由于NaOH是钝化剂，在钢材的自然腐蚀电位下，可使溶液 pH 为9～11，使壳程表面形成磁性氧化铁钝态保护膜。待符合要求后，排尽碱液，立即用清水彻底清洗。

4）污水的处理。对清洗结束后置换的的污水采用先沉降后稀释的处理方式，沉降后的泥沙外运，上层的污水由济钢污水厂集中处理，稀释达标后排放。

4 结语

清洗完成后通过试车冷却后温度验证清洗效果，清洗前后冷却后温度对比见表1。

冷却器清洗对结垢和黏泥的去除收到了令人满意的效果，提高了冷却器换热效果和运行效率，整个过程对由碳钢、海军铜组成的冷却器本体保护较好，实现了设备的安全稳定运行。但清洗后，发现有类似冷却塔填料碎片的塑料颗粒物仍存在于换热管缝隙之中，很难用药物去除，只能采用手工的方法人工取出。

参 考 文 献：

［1］   陈朝东.循环冷却水处理技术问答［M］.北京：化学工业出版社，2009.