1、空冷塔冷冻水喷淋装置及填料结垢分析与控制赵云春(武钢集团昆明钢铁股份有限公司红河钢铁有限公司动力能源厂，云南省红河州蒙自市雨过铺镇661199)摘要：介绍了武昆股份两套空分设备空冷塔喷淋装置和填料结垢现象，分析了成垢原因，阐述相应的处理措施，同时提出了防范控制措施。关键词：空冷塔；喷淋装置；填料；结垢；分析；防范控制前言结垢是空分设备氮水预冷系统、低温循环水系统中水质控制的主要问题之一。结垢可以发生在系统的任何部位，特别是氮水预冷系统中空冷塔低温水喷淋装置或填料(鲍尔环)结垢造成偏流，水分将被带入分子筛吸附器，造成带水事故，给空分设备带来严重危害。水垢的形成会降低介质间的传热效果。水垢的沉积会
2、引起设备和管道的局部腐蚀，减少水流的截面积，增大水流阻力和输入能量。通过行之有效的控制来阻止和抑制水垢形成，特别是低温水水垢的沉积，以保证空分设备安全、稳定、高效、长周期运行。下面介绍武钢集团昆明钢铁股份有限公司(以下简称：武昆股份)两套空分设备氮水预冷系统空冷塔喷淋装置及填料成垢原因与抑制经验。1空冷塔喷淋装置、填料结垢现象及处理武昆股份红钢公司20000m3h空分设备和武昆股份安宁公司45000m3h空分设备由杭氧制造，分别于2009年3月20日和2012年5月20日正式投入运行，产品氧、氮、氩均达标运行，工况良好。201 1年4月，武昆股份红钢公司20000m3h空分设备正常大修，打开空
3、冷塔发现喷淋装置、填料、冷冻水泵过滤网有大量结垢。为了确定垢样的主要成分，采用了酸溶磷钒钼酸比色、灼烧减量原子吸收光谱等分析方法对垢样进行分析，垢样外观呈白色结晶状，结果见表1。17l表1垢样分析结果污泥因子 结垢因子 腐蚀因子有机物 酸不溶性物 碳酸钙 氧化镁 碳酸盐 五氧化二磷 三氧化二铁01l 347 7034 325 1278 983 022经过垢样分析确认，喷淋装置上部填料面沉积物的主要成分是碳酸钙、碳酸盐。2成垢原因分析21 冷却水系统中的水垢形成原因在循环冷却水系统中，水垢是由过饱和污水溶性组分形成。水中溶解有各种盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的碳
4、酸氢盐(如Ca(HCO，)：、Mg(HCO，)：)最不稳定，极容易分解成碳酸盐。因此，当冷却水中溶解的碳酸盐较多时，水流通过换热器表面，特别是温度较高的表面就会受热分解，其反应如下：Ca(HC03)2二cac03 Jr+H20+c02 t当循环水通过冷却塔，溶解在水中的二氧化碳会逸出，水的pH值升高，此时碳酸氢盐在碱性条件下也会发生如下反应：ca(HC03)2+20H一-*CaC03 J，+2H20+co；一如水中溶有适量的磷酸盐与钙离子时，也将产生磷酸钙的沉淀：2PO一+3Ca2+-*Ca3(P04)2 J上述一系列反应的最终产物碳酸钙(CaCO，)和磷酸钙(Ca，(PO。)：)等均属于难溶
5、性盐，它们的溶解度比碳酸氢钙(Ca(HCO，)：)要小得多；同时，它们的溶解度与一般的盐类还不同，其溶解度不是随着温度的升高而加大，而是随温度的升高而降低。因此，在换热器传热表面上，特别是在空冷塔上段冷冻水区域，这些难溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。尤其当水流速度小或传热面较粗糙时，这些结晶沉淀物就会沉积在传热表面上形成了通常所称的水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称之为硬垢。常见的垢成分为：碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐。22高分子化合物经过对垢样中酸不溶物的生物降解和灼烧量分析，判断不溶物为有机化合物。同时对循环使用的缓蚀阻垢剂与杀菌灭藻剂在使用浓度下彼此相容性进行
6、试验，发现有黏性物质吸附172在玻璃容器表面。通过试验进一步确认不溶物为高分子化合物。导致这种结果的原因是：循环水系统同时使用的缓蚀阻垢剂与杀菌灭藻剂配伍性不好，两种药剂相互作用而产生的高分子缔结物黏附在换热器表面。3处理措施2012年2月，武昆股份红钢公司20000m3h空分设备由于大修工期紧，又远离昆钢本部，为确保机组按时投人运行，综合上述分析，并结合当时情况，根据所使用的缓蚀阻垢剂与杀菌灭藻剂的性能，利用启动前活化分子筛的过程采取以下措施：改变氮水预冷系统纯化水的操作工艺流程；结合补水水质指标，运行过程中适度地控制循环水池排污，减少循环水池补水量；调整缓蚀阻垢剂与杀菌灭藻剂的添加速度与剂
7、量，保证循环水中缓蚀阻垢剂物质在换热器表面析出的机会。经过半个月后的运行检查，低温泵过滤器结垢全部清除，水冷系统运行稳定，到2015年3月停车再次检查确认干净。2015年5月1日，武昆股份安宁公司45000m3h空分设备运行中，分子筛吸附器切换时，操作人员发现进分子筛吸附器前排污导流阀开始有大量水排出后呈雾状排出，持续不断，严重危及系统安全稳定性。如不及时处理将造成分子筛带水事故，空分设备将停车加温。笔者参与现场分析，发现冷冻水泵过滤器有结晶体结垢现象，认为是空冷塔冷冻水区域喷淋装置长期低温运行药剂产生的结垢。结合武昆股份红钢公司20000m3h空分设备氮水预冷系统的经验，为确保设备安全，临时
8、于2014年5月8月停车10小时进行计划性检修(本次增加机械除垢)，重新启动后当天见到效果，设备平稳运行至今，保证了生产需要。4防范控制措施防范控制水垢的方法有化学方法和物理方法。国内已使用的物理方法有磁化处理及静电处理。目前物理方法多应用在单台设备或小型循环水系统中，其技术尚待掌握。对于大、中型循环冷却水系统来说，采用化学方法处理较成熟、经济和有效。因空分系统最常见的水垢是碳酸钙，所以各种方法的重点是解决碳酸钙沉积问题，以下是常采用的化学方法：(1)除去部分成垢离子。碳酸钙水垢的成垢离子是钙及碳酸根离子(由碳酸氢根转化而来)。在补充水中钙离子及碱度较高时，可在预处理工序中除掉部分硬度和碱度，
9、即采用软化补充水。软化水的成垢离子较低，有利于提高循环水的浓度倍数。常用的软化方法有离子交换法及石灰软化法两种。1 73(2)加酸或二氧化碳气，降低循环水的pH值，稳定碳酸氢盐。(3)在循环水中加人少量阻垢剂，破坏碳酸钙等成垢盐类的结晶生长，防止水垢沉积。(4)注意药剂的相容性。循环水系统运行时，必须先搞清所投加的缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂的性能，特别要注意两种药剂间的相溶性，以避免因药剂不相溶而影响药剂活性，甚至产生高分子化合物及其他物质沉淀在填料及换热器表面。(5)控制有机磷分解。在使用有机磷做缓蚀阻垢剂时，尽量不采用含有活性氯的杀生剂，防止有机磷水解造成磷酸根离子富集生成磷酸钙，并沉积在换热
10、器表面。(6)做好循环水系统的El常运行管理，定时、定期进行水质监测，及时做好监测报告；做好垢样采集分析工作，建立完善的水处理技术基础资料；加强药剂的质量控制，发现异常应及时解决，避免工艺介质对循环水质的影响。空分设备运行过程中循环水的控制指标见表2。表2 空分设备运行过程中循环水水质控制指标悬浮物 Fe2+ Ca2+ C12一指标名称 浓缩倍数 pH值 甲基橙碱度(mgL) (mL) (mgL) (mgL)控制值 2535 15 8O一92 15 50一220 500 3005结论通过两次对大型空分设备循环水系统运行状况的观察，以上管理措施的制定和完善取得-P；flil好的效果。氮水预冷系统中空冷塔内部填料及喷淋装置结垢现象得到了有效控制，保证了空分设备安全、稳定、连续、高效运行。174
