冷库制冷系统冷凝器结垢成因及清洗方法.pdf

骑 综运 清 洗 世 界 Cl e a ni n g W o r l d 第 2 5 卷 第2 期 2 o o 9 年 2月 文章编号：1 6 7 1 8 9 0 9(2 0 0 9)0 2 0 0 2 9 0 5 冷库制冷系统冷凝器 结垢成 因及清 洗方法 沈学明(无锡商业职业技术学院，江苏无锡2 1 4 1 5 3)摘要：冷凝器水侧一旦形成 污垢，就会影响冷凝效果，最终造成冷凝器压力升高，使冷库制冷 系统的能耗增加。本文介绍了冷库制冷系统冷凝器结垢的成 因及后果，列举了冷凝器清洗中常 见 的除垢方 法。关键词：冷凝 器；水垢；除垢技 术；述评 中图分类号：T Q O 5 1 6 2 文献标识码：B The d i r t n g p r i n c i p l e a n d d e p o s a l me t h o d s o f c o n de n s e r i n r e f r i g e r a t o r y s y s t e m S HEN Xu e mi n,g (Wu x i V o c a t i o n a l I n s t i t u t e o f C o mm e r c i a l T e c h n o l o g y，Wu x i，J i a n g s u 2 1 4 1 5 3 C h i n a)Abs t r a c t：Th e f o u l i n g f a u h b e t we e n t h e t u b e s o f a c o n d e ns e r a f f e c t s t he h e a t t r a n s f e r，i n c r e a s e s t h e c o n d e n s a t i o n p r e s s u r e，a n d t h e r e f o r e i n c r e a s e s t h e e n e r gy c o n s u mpt i o n o f a r e f r i g e r a t i o n u n i t I n t h i s p a pe r t h e c a u s e s a n d c o n s e q u e n c e s o f t h e f o u l i n g f a ul t s a r e r e c o mme n d e d S o me f a mi l i a r d e p o s a l me t h o d s a r e br o u g h t f o r wa r d f o r t h e p u r po s e o f r e f e r e n c e t o c o r r e l a t i v e o p e r a t o r s a n d ma n a g e r s Ke y wo r d s：c o n d e n s o r；wa t e r d i r t；t e c h n o l o gy o f s c a l e-r e mo v i n g；r e v i e w 冷凝器是冷库制冷系统的关键设备之一，其能 否正常工作，直接影 响冷库制 冷系统的运行效率。冷凝器工作一定时间后，水冷式冷凝器 的表面会结 垢，无形 中使管壁增加 了一层厚度。由于冷凝器钢 壁的导热系数 A较大 A一5 0 W(m K)，而水垢 的导热系数 A很小 A=1 2 1 4 W(m K)，只有 前者的2 4 2 8 。这样，就导致冷凝器 管壁的 传热热阻增加，使冷凝器的冷凝效果恶化，冷库制冷 系统 效 率 下 降。有 资 料 统 计，冷 凝 器 水 侧 表 面 1 5 mm的水垢，会造成冷凝器温度升高约 2 8 C，使 制冷系统功耗增加 9 1 0 ，从 而增 大了冷库 企业的运行成本。结垢还会腐蚀设备，缩短设备使 用寿命。一般壳管式冷凝器使用 1 2年后，必须除 垢，以保证系统正常运行时水垢厚度不超过 1 5 m m。收稿 日期：2 0 0 8一1 0 2 0 作者简介：沈学明(1 9 6 4一)，男，吴江人，硕士，副教授，主要从事制冷与空调技术的教学与研究工作。3 0 清 洗 世 界 第 2期 1 冷凝器结垢机理 冷凝器水侧结垢的原 因是多方面的：一些不 同 分散度的固体颗粒物质的粘结；多组 分过饱和溶液 中盐类结晶的析 出；有机胶状物和矿 质胶状物 的沉 积；某些物质的电化学腐蚀以及微生物尸体、分泌物 等。这些混合沉淀形成 了污垢，其 中冷却水里面的 溶解盐类(如重碳 酸盐、硫酸盐、磷酸盐、氯化物、硅 酸盐等)产生固相沉淀是结垢的主要原因，其形成 固 相沉淀的条件是：(1)随着温度 的升高，某些盐类的 溶解 度 下 降，如 c a(H C O 3)、C a(O H)、C a C O，、C a S O 4、C a 3(P O 4)2、M g C O 3、M g(HC O 3)2、M g(O H)2 等；(2)随着水分的蒸发，水中溶解盐类 的浓度增高，一些盐 因过饱和而析出；(3)被加热的冷却水中产生 化学反应，或者某些离子形成另一些难溶 的盐类离 子。具备了上述条件的某些盐类，首先在冷凝器水 侧 的金属表面沉积出原始胚芽，然后逐渐变为颗粒，具有潜晶形或无定形结构，互相聚附，形成结晶或聚 团，直至在传热表面形成 水垢 J。这些水垢都 由无 机盐组成，结 晶致密，比较坚硬，故又称无机垢或硬 垢。它们通常牢 固地附着在冷凝器 的传热表面上，不易被水冲洗掉。另外，不溶性盐类 的泥状物、胶状氢氧化物、腐 蚀产物、杂质碎屑(颗粒细小的泥沙、尘土、铁锈、氧 化皮)、油污、菌藻的尸体及黏性分泌物等组成的污 垢，本 身 不会 形 成硬 垢，但 它 们在 冷 却水 中起 到 C a C O 微结晶的晶核作用，加速 了 C a C O，结 晶析出 的过程。当含有这些物质的水流经冷凝器的传热表 面时，容易形成污垢沉积物，特别是在流速较慢 的情 况下，污垢沉积物更多。这些沉积物一般体积较大，质地疏松稀软，故又称 为软垢。它们是 引起垢下腐 蚀的主要 因素。当防腐措施不 当时，冷凝器 的传热表面经常会 有锈瘤附着。其外壳坚硬，内部疏松多孔，且分布不 均。它们常与水垢、微生物黏泥等一起沉积在传热 表面上。这些锈瘤状腐蚀产物形成 的沉积物，除 了 影响传热外，更严重的是助长某些细菌的繁殖，最终 导致传热表面腐蚀而穿孔泄漏。2 冷凝器常用的除垢方法 冷凝器的除垢 方法通常有手工清洗、高压水射 流清洗、电子除垢、化学清洗、清洗机清洗、胶球清洗 等多种。在清洗过 程 中要根据冷 库制冷 系统的特 点，选择适宜的清洗方法。2 1 手工清洗 手工清洗是用钢丝刷在冷凝器的传热管 内来 回 拉刷，同时再用略小于传 热管 内径的圆棒(捅条)在 管内反复拉捅，边拉捅边用水清洗。此法虽简单，但 只能清除软垢 和部分硬垢，清 除不彻底，劳动强度 大，无法达到令人满意的效果。由于立式壳管式冷凝器属 开式 系统，其 日常清 洗可用此方法进行，且清洗操作不影响冷库制冷 系 统的运行。2 2 高压水射流清洗 高压水射流清洗技术是近年来在西方发达 国家 普遍应用的高科技清洗技术，目前在 国内也逐步得 到使用 J。所谓高压水射流清洗就是将普通 自来水 通过高压泵增压到 1 O 1 0 P a，然后通 过特殊的喷 嘴(孔径 1 2 mm)，以极高的速度(5 0 0 m s 左右，超 音速)喷出能量高度集中的小水流，在能量 由势能转 化为动能后，小水流对水垢进行撞击、磨削、楔劈、粉 碎和剥离。它能够清除金属锈泥，更能除掉管 内污 垢及各种堵塞物。利用这种具有巨大能量 的水流进 行清洗，即为高压水射流清洗。由于是采用普通 自 来水清洗，所以对设备管材无任何腐蚀。高压水射 流清洗技术同时具备不污染环境，清洗能力强，可实 现三维清洗和节省能源等优点。图 1为冷凝器出水 管道高压水射流清洗前后对照情况。高压水射流清洗 虽然可 以达到一定 的清洗效 果，但高压水射流对冷凝管，特别是对铜管的冲蚀相 第 2 5卷 沈学明 冷库制冷 系统冷凝器结垢成 因及清洗方法 3 1 一 一 清洗 前 清洗 后 图 l 冷凝器出水管高压水射流 清洗前后对照情况 当严重，同时，高压水易使铜 管变形，对结垢严重 的 冷凝器清除效果不 明显，并且高压清洗设备的造价 高，易于损坏，维护困难，检修费用也很高，因此该方 法仅适用于传热管为无缝钢管的各种冷凝器清洗。值得说 明的是：由光管组成 的冷凝管组冷凝器(如蒸发式冷凝器)结构特殊，管组 中间很难用常见 的清洗方法进行清洗除垢，以往用人工方法仅能把 管组靠外侧管道进行清洗，既不彻底也不方便，所以 最适宜用高压水射流清洗方法进行清洗，图 2展示 了蒸发式冷凝器的内部结构。1 一挡水板；2 一喷嘴；3 一 冷凝 管；4 一 进气管；5-出液管；6 一通风机；7 一水泵；8 一 浮子 图 2 蒸发 式冷凝 器的 结构示 意 2 3 胶球清洗 胶球清洗系统由特殊的海绵球(橡胶海绵球、剥 皮胶球、金刚砂胶球、金刚砂海绵胶球等)、小球分离 器、小球 回收器、滑管等构成。其工作原理是向冷凝 器冷却水注入特殊 的海绵球，利用水流把小球压人 管内，边运转边清洗管 内污垢，不需要动力源，大大 节约了电力消耗。图 3展示了胶球清洗装置的工作 原理。胶球清洗采用清洗系统与冷凝器冷却水系统并 联的方式，需经常投入使用。一般只能清除软垢，一 旦使用不及时，结成硬垢就不能有效清除，而且胶球 清洗系统复杂，收球率低，现在许多使用单位都将该 系统废除。去 J 5 U 图3 胶球清洗装置工作原理 胶球清洗一般适用于闭式的壳管式冷凝器系统 清洗。2 4清洗机清洗 清洗机清洗是以清洗刷或刮刀滚刮。清洗刷或 刮刀与软轴一端 的清洗杆相联，另一端接在 电动机 轴上，操作时把清洗刷或刮刀插入冷凝 器的传热管 内，启动电动机，使清洗刷或刮刀在传热管内边滚边 刮，并用 自来水冲洗，使刮下的水垢或其它沉积物随 压力水冲掉(此法仅适用于钢制传热水管)。该方法与以上几种方法一样，都属于物理清洗，其优点是可以省去化学清洗所需要的化学清洗液费 用，同时避免了化学清洗后清洗废液的处理和排放 问题，不易引起冷凝器的腐蚀。该方法的缺点是，此 方法需要把冷凝器的两端盖拆下后进行，清洗操作 比较费工，操作不 当还 容易引起 冷凝器表面损伤。因此，在采用该方法进行清洗操作时，必须注意保护 冷凝器传热管端 的焊 口，以防抖动而振松焊 口。清 清 洗 世 界 第 2期 洗机操作方法及注意事项如下：1)将清洗机调到合适位置使清洗杆对准要清洗 的管道；2)开动 电动牵 引机使清洗杆前端插入 管孔少 许，打开水泵电源，然后再开动电动牵引机，让清洗 杆徐徐前进；3)推进清洗杆时根据管道实际情况，能进则进，不能进则退，切忌让清洗头在 同一位置停 留时间过 长，遇到阻力不大时方可推进继续清洗；4)一管道清洗完成后，停清洗机的水泵电源，反 转牵引机使清洗头离开管道为止；5)调整清洗机横向滑轨，使清洗头对准另外管 道逐一清洗直到结束。用清洗机进行 除垢的方法，除了适用于冷却水 在管外侧的蒸发式冷凝器、淋水式冷凝器，其它壳管 式冷凝器均适用。2 5 化学清洗 化学清洗是通过化学清洗剂 的作用，使冷凝器 传热管表面的水垢 和其它沉积物溶解、脱落或剥 离 的一类方法。此方法 的特点是清洗时间短，除垢彻 底干净，是一种 目前使 用最为广泛、有效 的清洗 方 法。化学清洗循环见图 4。进行清洗操作前，首先关闭冷凝器 的进、出水阀 门，放尽器内水，在冷凝器的冷却水进、出管道上各 焊接一个尺寸合适 的阀门(清洗结束后此阀门可 留 在管道上，待下次清洗时再次使用)，把清洗桶(槽)和耐酸泵与冷凝器连接成一个临时闭合回路，然后 按照一定比例(按循 环水量 1 0 2 0)将清洗溶 液倒人清洗桶(槽)，启动耐酸泵，使清洗溶液强制循 环 1 2 h或静泡 36 h，水垢和其它沉积物由于受到 清洗溶液的化学作用和冲刷作用而从传热管 中溶解 和脱落。清洗溶液选用市售水垢清除剂(如克垢)。这类 产品内含强力清洁剂，高效缓蚀剂及高能镀膜剂，对 水垢和其它沉积物具有彻底清洁功能。并对金属无 腐蚀作用，还能在清洗后的金属表面形成保护膜，清 洗后无需进行酸碱 的中和处理，只需用 自来水冲洗 即可结束。1 一 压缩机；2 一 冷凝 器；3 一过 滤器；4 一 电磁 阀；5 一视液镜；6 一热 力膨胀 阀；7 一蒸发器；8 一清洗桶；9 一 耐酸泵 图4冷凝器化 学清洗循环示意 化学清洗方法需要清洗溶液强制循环 1 2 h或 静泡 36 h，所 以比较适用 于卧式壳管式冷凝器的 清洗。2 6电子 除垢 电子除垢是使冷却水通过电子水处理仪清除水 垢 的方法，即在冷凝器的进水管 道上安装使用 电子 水处理仪(见图5)。水 进 水 图 5冷凝 器 电子 除垢 示意 电子除垢 的工作原理是利用 电子仪器产生高频 电子信号，使水经过水处理仪后其物理结构发生变 化，原来的缔合链状大分子断裂成单个 的水分子，溶 解盐的正负离子被单个水分子包 围，运动速度降低，有效碰撞次数减少，静电引力下降，从而在受热管壁 上无法结垢，达到了防垢 目的。同时，由于水分子偶 极矩增大，使水中溶解盐的正负离子吸合能力增大，使受热管壁上原来的水垢变得松软、脱落，因此又具 有除垢 的作用。第2 5卷 沈学明 冷库制冷系统冷凝器结垢成因及清洗方法 3 3 另外，溶解于水 中的氧经过高频 电磁场处理，成 为惰性氧，抑制铁锈生存，切断微生物的氧气来源，达到防腐阻蚀、杀菌灭藻的作用。由于电子除垢仪只需安装在冷凝器的供水管道 上，因此任何形式的冷凝器都可以方便地安装使用。3 结束语 综上所述，冷库壳管式冷凝器的除垢方法较多，各有特点。以上几种清洗方法除少数(如人工清洗 立式壳管式冷凝器、电子除垢等)可以在制冷系统不 停产情况下进行清洗，多数清洗方法必须在系统停 止工作时方可进行，冷库生产企业要根据实际情况 选择合适的清洗方法，选择生产淡季对冷凝器及时 除垢。否则，冷凝器水侧一旦形成污垢，就会导致冷 凝器的传热效果恶化，影响冷凝效果，最终造成冷凝 压力升高，使冷库的制冷系统 的能耗增加。同时，结 垢还能腐蚀设备，降低设备的使用寿命。因此，必须 定期进行冷凝器的除垢处理，保证冷库制冷系统能 够正常运行，使冷库企业获得最大的经济利益。参考文献 1 孙忠宇，程有凯 冷库现状和冷库节能途径 J 节能，2 0 0 7(7)：5 35 4 2 沈学明冰淇淋机冷凝器的结垢原因及处理 J 冷饮 与速冻食品工业，2 0 0 1(3)：1 2 1 3 3 常州市裕民科技有限公司 技术介绍 E B O L h t t p：n y m 8 8 8 t o m c n c n j s j s 0 2 h t m 4 夏克盛，丁玉娟，岳永亮 空调系统水质及水处理问题探 讨 J 暖通空调，2 0 0 0，3 0(1)：7 77 8 5 沈学明，朱国良，郑智丹 溴化锂吸收式制冷机组换热器 结垢原 因及处理方法 J 暖通空调，2 0 0 3，3 3(1)：1 3 0 1 31(上接 第 1 5页)因此，这两个宾馆设备都存在铜腐蚀，应该采取 相应的防护措施来提高设备利用寿命。3 防腐蚀措施 针对上述铜和铁 的腐蚀问题，在加大排污量 的 同时，采取如下相应的措施对上述某宾馆和某饭店 进行缓蚀防腐。1)针对铁腐蚀，采用在循环水中加入水锯 聚马 来酸酐(H P M A)为主的复配阻垢分散剂，其质量浓 度控制在 5 01 0 O mg L。H P MA同时还具有一定 的缓蚀作用。实际过程中采用的是 H P M A与锌盐复 配，使可溶性铁质量浓度控制在 0 0 9 m g L，总铁质 量浓度控制在 2 2 4 m g L，达到了满意的控制范围。2)针对铜腐蚀，采用在循环水 中加入水处理剂 苯丙三氮 唑(B T A)，其质量 浓度控制 在 1 O m g L。它在循环水中的作用 主要是对金属铜进行 防腐保 护。其防腐机理主要是 B T A的负离子和亚铜离子 在金属铜表 面形成不溶性 的而且非 常稳定 的络合 物。这种络合物吸附在金属铜表面形成了一层稳定 的、惰性的保护膜，从而使金属铜得到了保护。在针 对某宾馆和某饭店 的应用过程 中，循环水中二价铜 离子浓度降低到 9 0 4 t t g L，从而大大减小 了循环水 中铜的腐蚀。参考文献 1 柳金海 管道 防腐蚀 工程便携 手册 M 北京：机 械工 业 出版社，2 0 0 8：31 5 2 李示羊 电导率 E B O L h t t p：b a i k e b a i d u c o m v i e w 5 6 01 3 ht m 20 0 8一l 0 1 4 3 Z B G 7 6 0 0 1-9 0工业循环冷却水中铁含量的测定邻非哕 啉分光光度法 s 4 G B T l 4 4 l 8 3锅炉用水和冷却水分析方法铜的测定 S