凝汽器胶球清洗装置中凝汽器换热器生锈堵塞清洗污垢分析？

         一般采用凝汽器胶球清洗装置的生产厂家，都会出现像某公司低温多效蒸馏海水淡化蒸发器前7效（蒸发效）主要采用铜铝合金换热管，每效上部三排采用钛管，末效（冷凝效）采用钛管。海水进水首先在末效冷凝器内与换热管束外的蒸汽进行换热，在蒸汽被冷凝的同时，海水被预热；部分被预热的海水作为补给水喷淋到前7效换热管束外，在管内蒸汽被冷凝的同时，管外部分海水被蒸发，前一效蒸发产生的蒸汽作为后一效的热源。      

        低温多效蒸馏海水淡化技术是指在真空情况下，盐水的最高蒸发温度低于70℃的淡化技术，其特征是将一系列的水平管喷淋降膜蒸发器串联起来，用蒸汽输入通过多次的蒸发和冷凝，后面一效的蒸发温度均低于前面一效，从而得到多倍于蒸汽量的蒸馏水的淡化过程。

        凝汽器胶球清洗装置中经过多年的运行，该海水淡化装置一直未清洗过，产量逐渐下降了10%左右。检修时发现：

        1）蒸发器前7效（尤其第1效）上部铜管表面附着有一层均匀的水垢沉积物，见图1，厚度约0.5mm，底部铜管表面附着一层较厚的硬质水垢沉积物，部分区域形成水垢挂体并塞满换热管缝隙，不锈钢内壁附着一层水垢挂体，部分区域厚度达到10mm，垢样分析主要成分为硫酸钙，并有部分碳酸钙；

        2）末效钛管内有薄薄的一层水垢沉积物，并有黏泥杂质形成的沉积物，以及藻类、贝类等杂物，垢样分析主要成分为碳酸钙，见图2。

        结垢原因是：海水脱硫排水口与海水淡化取水口距离太近，导致海水淡化进水中含有大量的硫酸根；40℃时CaSO4在水中的溶解度最大，预热后的海水喷淋到前7效换热管外壁后，随着海水温度升高及蒸发，硫酸钙浓度逐渐增大，当其浓度超过溶解度之后会生成沉淀析出，并沉积在传热表面上，从而形成致密坚硬的硫酸钙垢。在前7效垢样中加入盐酸，有少量无味气体放出，并且该垢样并不能完全溶解，在剩余的残渣中加入硫化钡液体，则残渣几乎全部溶解，证明该垢样成分主要硫酸钙，并有部分碳酸钙。前7效垢样主要成分见图3。由于结垢物质及换热管材质的不同，采用前7效与末效冷凝器分开的清洗方式，其中前7效采用酸洗+中性清洗（螯合剂清洗）方式；末效采用酸洗方式。

        凝汽器胶球清洗装置中前7效清洗时，首先采用酸洗，以除去硫酸钙以外的大部分水垢，考虑到铜铝合金管壁较薄，且垢层厚薄不均匀，需要选择腐蚀性小，又有较好的清洗效果的酸性清洗剂，所以酸洗清洗剂选择氨基磺酸。其后采用中性清洗剂进行螯合清洗，该清洗剂主要包含螯合剂、表面活性剂、聚合物，对垢表面润湿、渗透，改变垢晶体结构，使垢膨化疏松，便于通过水流携带出系统。前7效采用蒸发器自身的循环系统进行清洗。首先在循环清洗液中加入铜缓蚀剂，由于铜缓蚀剂呈碱性，所以循环清洗液呈碱性。随后不断地向系统中注入淡化水，以增大循环水量，由于淡化水呈弱酸性，所以循环清洗液pH值逐渐降低，直至接近淡化水的pH值（约6左右）。此时阶段循环清洗液中的总硬较平稳，在200mg/L左右。第230min时，开始向系统中注入710清洗剂，由于710清洗剂是一种复合型有机酸类清洗剂，清洗机理主要是通过与无机盐、金属氧化物等形成螯合物。故在加入710后，其首先与清洗液中的钙离子反应，使清洗液中的钙离子逐渐降低，直至为零。第320min时，开始向系统中注入氨基磺酸，pH值迅速下降，第375min时，降低至1.5，停止注酸。随着氨基磺酸的注入，碳酸钙垢开始分解，清洗液中的Ca2+浓度迅速增大，由于碳酸钙垢分解消耗了大量的酸，pH值也迅速上升。第400min时，清洗液中的总硬达到1150mg/L，pH值上升至4.5，并再次向系统中注入氨基磺酸。随着酸的注入，pH值再次迅速下降，总硬继续上升。第415min时，pH值下降至1.5，停止注酸。第435min时，总硬1450mg/L，pH值略上升至1.7，此后，总硬、pH值相对平稳，说明清洗终点到达，停止酸洗。酸洗前后的结垢情况，见图4、图5。  酸洗前换热管上的垢比较密实、坚硬，且垢层较厚，而酸洗后换热管上的垢大部分垢已去除，剩余的垢比较疏松，并且蒸发器底板上有大量黄白色晶体，说明碳酸钙垢已经除去，剩余的垢主要为硫酸钙垢，并有部分硫酸钙垢因碳酸钙垢的溶解及水流冲刷而掉落到底板上。所以需对蒸发器进一步清洗，以去除硫酸钙垢。此次选用硫酸钙清洗剂是一种中性的螯合物，对金属不会造成化学腐蚀。按照酸洗阶段的方式进行循环清洗，在清洗过程中不断加入清洗剂，清洗终点为两次清洗剂的质量分数分析结果差不大于0.2%。

        清洗后，前7效蒸发器换热管外表面与末效冷凝器换热管内表面都清洁、光滑，无明显附着垢，无点蚀及二次浮锈，并有致密氧化膜，见图6~图7。   

        末效的清洗先用高压水枪冲洗黏泥以及藻类、贝类等杂物，再采用酸洗，以除去碳酸钙垢，清洗剂选用盐酸。末效冷凝器将蒸发器末效进出口1m弯头拆掉，在法兰处增加盲板，在盲板上连接DN100管道，管道与酸洗车进出口进行连接，构成循环酸洗回路，见图8。首先加入缓蚀剂，调整清洗液pH值至1.5左右，在酸洗过程中，为了防止过洗现象，要求不断注入盐酸，保持pH值在1~2之间。在开始阶段，由于盐酸与碳酸钙剧烈反应，消耗大量的盐酸，15min后，pH值升值2.6左右，随着盐酸的不断注入，pH值逐渐呈下降趋势。第345min时，pH值下降至最低点1.35，停止注入盐酸，随后pH值略为上升，最后稳定在1.5左右，说明酸洗终点达到。在整个酸洗过程中，总硬不断上升，最终达到850mg/L左右，并且长时间保持稳定，时间正好与pH值终点吻合，从另一方面说明酸洗终点达到。　　

        末效换热管清洗前后效果见图9、图10。   

　　     在酸洗过程中，挂入与清洗系统中材质相同的腐蚀监测试片，采用失重法测定平均腐蚀率及总腐蚀量。酸洗后，各效挂片平均腐蚀率及总腐蚀量结果如图11。可以看出，各效挂片平均腐蚀速率都小于1g/m2·h，总腐蚀量都小于10g/m2，都优于《工业设备化学清洗质量标准》（HG/T2387-2007）及《腐蚀试样的制备、清洗和评定标准》要求。

        海水淡化蒸发器酸洗后，各项参数均在设计标准范围内，单套海水淡化产量提高了10%。