凝汽器膠球清洗裝置中凝汽器換熱器生銹堵塞清洗污垢分析？

         一般采用凝汽器膠球清洗裝置的生產廠家，都會出現像某公司低溫多效蒸餾海水淡化蒸發器前7效（蒸發效）主要采用銅鋁合金換熱管，每效上部三排采用鈦管，末效（冷凝效）采用鈦管。海水進水首先在末效冷凝器內與換熱管束外的蒸汽進行換熱，在蒸汽被冷凝的同時，海水被預熱；部分被預熱的海水作為補給水噴淋到前7效換熱管束外，在管內蒸汽被冷凝的同時，管外部分海水被蒸發，前一效蒸發產生的蒸汽作為后一效的熱源。      

        低溫多效蒸餾海水淡化技術是指在真空情況下，鹽水的最高蒸發溫度低于70℃的淡化技術，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發器串聯起來，用蒸汽輸入通過多次的蒸發和冷凝，后面一效的蒸發溫度均低于前面一效，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。

        凝汽器膠球清洗裝置中經過多年的運行，該海水淡化裝置一直未清洗過，產量逐漸下降了10%左右。檢修時發現：

        1）蒸發器前7效（尤其第1效）上部銅管表面附著有一層均勻的水垢沉積物，見圖1，厚度約0.5mm，底部銅管表面附著一層較厚的硬質水垢沉積物，部分區域形成水垢掛體并塞滿換熱管縫隙，不銹鋼內壁附著一層水垢掛體，部分區域厚度達到10mm，垢樣分析主要成分為硫酸鈣，并有部分碳酸鈣；

        2）末效鈦管內有薄薄的一層水垢沉積物，并有黏泥雜質形成的沉積物，以及藻類、貝類等雜物，垢樣分析主要成分為碳酸鈣，見圖2。

        結垢原因是：海水脫硫排水口與海水淡化取水口距離太近，導致海水淡化進水中含有大量的硫酸根；40℃時CaSO4在水中的溶解度最大，預熱后的海水噴淋到前7效換熱管外壁后，隨著海水溫度升高及蒸發，硫酸鈣濃度逐漸增大，當其濃度超過溶解度之后會生成沉淀析出，并沉積在傳熱表面上，從而形成致密堅硬的硫酸鈣垢。在前7效垢樣中加入鹽酸，有少量無味氣體放出，并且該垢樣并不能完全溶解，在剩余的殘渣中加入硫化鋇液體，則殘渣幾乎全部溶解，證明該垢樣成分主要硫酸鈣，并有部分碳酸鈣。前7效垢樣主要成分見圖3。由于結垢物質及換熱管材質的不同，采用前7效與末效冷凝器分開的清洗方式，其中前7效采用酸洗+中性清洗（螯合劑清洗）方式；末效采用酸洗方式。

        凝汽器膠球清洗裝置中前7效清洗時，首先采用酸洗，以除去硫酸鈣以外的大部分水垢，考慮到銅鋁合金管壁較薄，且垢層厚薄不均勻，需要選擇腐蝕性小，又有較好的清洗效果的酸性清洗劑，所以酸洗清洗劑選擇氨基磺酸。其后采用中性清洗劑進行螯合清洗，該清洗劑主要包含螯合劑、表面活性劑、聚合物，對垢表面潤濕、滲透，改變垢晶體結構，使垢膨化疏松，便于通過水流攜帶出系統。前7效采用蒸發器自身的循環系統進行清洗。首先在循環清洗液中加入銅緩蝕劑，由于銅緩蝕劑呈堿性，所以循環清洗液呈堿性。隨后不斷地向系統中注入淡化水，以增大循環水量，由于淡化水呈弱酸性，所以循環清洗液pH值逐漸降低，直至接近淡化水的pH值（約6左右）。此時階段循環清洗液中的總硬較平穩，在200mg/L左右。第230min時，開始向系統中注入710清洗劑，由于710清洗劑是一種復合型有機酸類清洗劑，清洗機理主要是通過與無機鹽、金屬氧化物等形成螯合物。故在加入710后，其首先與清洗液中的鈣離子反應，使清洗液中的鈣離子逐漸降低，直至為零。第320min時，開始向系統中注入氨基磺酸，pH值迅速下降，第375min時，降低至1.5，停止注酸。隨著氨基磺酸的注入，碳酸鈣垢開始分解，清洗液中的Ca2+濃度迅速增大，由于碳酸鈣垢分解消耗了大量的酸，pH值也迅速上升。第400min時，清洗液中的總硬達到1150mg/L，pH值上升至4.5，并再次向系統中注入氨基磺酸。隨著酸的注入，pH值再次迅速下降，總硬繼續上升。第415min時，pH值下降至1.5，停止注酸。第435min時，總硬1450mg/L，pH值略上升至1.7，此后，總硬、pH值相對平穩，說明清洗終點到達，停止酸洗。酸洗前后的結垢情況，見圖4、圖5。  酸洗前換熱管上的垢比較密實、堅硬，且垢層較厚，而酸洗后換熱管上的垢大部分垢已去除，剩余的垢比較疏松，并且蒸發器底板上有大量黃白色晶體，說明碳酸鈣垢已經除去，剩余的垢主要為硫酸鈣垢，并有部分硫酸鈣垢因碳酸鈣垢的溶解及水流沖刷而掉落到底板上。所以需對蒸發器進一步清洗，以去除硫酸鈣垢。此次選用硫酸鈣清洗劑是一種中性的螯合物，對金屬不會造成化學腐蝕。按照酸洗階段的方式進行循環清洗，在清洗過程中不斷加入清洗劑，清洗終點為兩次清洗劑的質量分數分析結果差不大于0.2%。

        清洗后，前7效蒸發器換熱管外表面與末效冷凝器換熱管內表面都清潔、光滑，無明顯附著垢，無點蝕及二次浮銹，并有致密氧化膜，見圖6~圖7。   

        末效的清洗先用高壓水槍沖洗黏泥以及藻類、貝類等雜物，再采用酸洗，以除去碳酸鈣垢，清洗劑選用鹽酸。末效冷凝器將蒸發器末效進出口1m彎頭拆掉，在法蘭處增加盲板，在盲板上連接DN100管道，管道與酸洗車進出口進行連接，構成循環酸洗回路，見圖8。首先加入緩蝕劑，調整清洗液pH值至1.5左右，在酸洗過程中，為了防止過洗現象，要求不斷注入鹽酸，保持pH值在1~2之間。在開始階段，由于鹽酸與碳酸鈣劇烈反應，消耗大量的鹽酸，15min后，pH值升值2.6左右，隨著鹽酸的不斷注入，pH值逐漸呈下降趨勢。第345min時，pH值下降至最低點1.35，停止注入鹽酸，隨后pH值略為上升，最后穩定在1.5左右，說明酸洗終點達到。在整個酸洗過程中，總硬不斷上升，最終達到850mg/L左右，并且長時間保持穩定，時間正好與pH值終點吻合，從另一方面說明酸洗終點達到。　　

        末效換熱管清洗前后效果見圖9、圖10。   

　　     在酸洗過程中，掛入與清洗系統中材質相同的腐蝕監測試片，采用失重法測定平均腐蝕率及總腐蝕量。酸洗后，各效掛片平均腐蝕率及總腐蝕量結果如圖11。可以看出，各效掛片平均腐蝕速率都小于1g/m2·h，總腐蝕量都小于10g/m2，都優于《工業設備化學清洗質量標準》（HG/T2387-2007）及《腐蝕試樣的制備、清洗和評定標準》要求。

        海水淡化蒸發器酸洗后，各項參數均在設計標準范圍內，單套海水淡化產量提高了10%。