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1、 阳极保护管壳式浓硫酸冷却器常见故障及排除方法一、前言阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器（以下简称酸冷器）是八十年代初期首先由国外引进的，用于各类制酸装置的干吸工段浓硫酸的冷却，国外主要供应商有加拿大的凯米克公司和美国的孟山都公司。国内设备制造厂家于八十年代初期开始试制酸冷器，八十年代中期开始在各类制酸装置中采用。该设备对国内硫酸行业的技术发展起到了积极的作用，成为替代铸铁排管的首选产品。寿命长、占地面积小、热效率高、无污染、日常维护费用低、节水效果明显等优点已成为浓硫酸冷却的首选产品。目前，国内共有约 400 余套制酸装置选用了近 800 台酸冷器，随着该设备的大规模使用，国内供货商在酸冷器的
2、设计、制造技术已相当成熟，用户在使用中也积累了很多的经验，目前国产酸冷器最长使用时间已近 10 年。但有些设备并未达到设计寿命就损坏了，原因有很多，主要是国内供货商在技术上的某些差异以及有些使用厂家对酸冷器的使用方法掌握不够。酸冷器在使用中有故障发生时，及时正确的处理可以很快恢复使用，处理不当会影响正常生产甚至使设备报废。笔者根据多年从事酸冷器工作的经验，简述酸冷器本体常见故障及处理方法。二、阳极保护管壳式浓硫酸冷却器的基本情况能够钝化的金属在某些电解质溶液中，如果通以一定的阳极电流，就会发生阳极极化，使电位往正方移动，当阳极电流达到足够的数值时，则在金属的表面上能够生成一层具有很高耐蚀性能的
3、钝化膜，金属即由活态转为钝态。如果继续给予较小的电流密度，就能维持这一钝态，从而防止了金属的腐蚀，这就是阳极保护的基本原理。阳极保护就是确保金属的电位稳定在稳定钝化区，阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器就是基于以上基本原理设计制造的。酸冷器由控制仪器-恒电位仪和管壳式换热器本体构成。国内目前使用的酸冷器都采用酸走壳程水走管程的固定管板式结构，换热管通过折流板固定。换热管的材质为 316L，壳体、管板、折流板的材质各供应商采用的有所不同，有 304、304L、316L等。水箱部分根据各厂工艺条件设计为单或双管程。换热管尺寸有几种规格：19.051.65、19.051.5、161.5，换热管在管板上
4、一般按正三角形排列。 三、换热管内壁结垢或有杂物堵塞的排除方法酸冷器运行时有时会出现以下几种现象：a.换热器效率下降b.酸冷器出口酸温明显提高c.冷却水流动不畅。出现以上现象时说明酸冷器内已有结垢，如果不及时处理，结垢和堵塞会逐渐加重，使换热管内的流道不断缩小，严重时会出现部分或全部换热管被坚硬的垢层堵死。结垢对酸冷器的安全运行、使用寿命影响很大，结垢严重时，会使换热器的管壁温度上升，壳程所需的阳极保护电流加大，加快主阴极的消耗，阴极寿命缩短；另一方面，有可能在管内发生垢下腐蚀，在垢下水中的 CL-不断浓缩，而 CL-对不锈钢的危害是致命的，严重的会发生由管内表面腐蚀穿孔而使酸冷器发生泄露。要
5、正确及时处理就必须了解其产生的原因，对症下药。31 结垢是指在不锈钢管内表面与不清洁流体相接触而逐渐积聚起来的固态物质。根据污垢层沉积的机理，污垢可分为颗粒污垢、结晶污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、生物污垢和凝固污垢。酸冷器的结垢主要有结晶污垢和生物污垢，结晶结垢在管内会形成的碳酸垢、硫酸垢和二氧化硅结垢层；生物污垢指微生物污垢，会产生粘泥，粘泥又为生物污垢的繁殖提供了条件，在适宜的温度条件下，生物污垢会生成一定厚度的污垢层。由于管壁温度偏高、水中钙镁离子浓度偏高及管内水流速度偏低时，水垢就会形成。32 水垢的清除有两种方法，即物理方法和化学方法，国内目前的物理清洗主要用高压水冲洗，但由于其需要
6、专用设备，清洗费用较高，不太适合硫酸厂使用。化学的方法主要有不停车清洗和停车化学清洗两种。专用的“运行阻垢除垢剂”能在不停车下有效清除水垢并阻止水垢的形成。停车检修时可采用酸洗的方法清除水垢，对于酸冷器宜采用硝酸酸洗技术。由于酸冷器采用不锈钢材质，CL-会在奥氏体不锈钢表面产生孔蚀，因此严格禁止用 HCL 清洗；H2SO4 会与水中的 Ca2+、Mg2+形成极难溶解的 CaSO4 和 MgSO4,也不推荐采用硫酸清洗。硝酸清洗原料易得，专用的酸洗缓蚀剂技术成熟，费用不高。对于结垢较薄的垢层可通过清洗液循环的方法在几个小时内清除管内的水垢；管内壁结垢如超过 1mm 时属重度结垢，可以采用浸泡加循
7、环复合清洗技术，清洗的时间也需相应加长。33 有的用户的冷却水采用直排的江河水，随着季节的变化，水中的固体悬浮物有时会堵塞换热管，理想的处理方法一是在进水口加装简易的过滤装置，二是在水进入酸冷器前先经过简易水槽沉淀后再进入酸冷器。34 藻类堵塞换热管常发生在南方地区，尤其在夏季气温高时，经玻璃钢冷却塔冷却的循环水温高于 30时，适合各种藻类繁殖。在水池内壁会出现绿色黏附物，有时它的繁殖速度很快，如果不及时处理，藻类会黏附在换热器的水箱，使流道冷却水量变小，降低酸冷器的换热效率。目前已有酸冷器专用的“杀菌灭藻剂” ，可以在几天内很快清除各种藻类，成本低廉。四、酸冷器泄漏的主要原因41 原材料的冶
8、金缺陷：如换热管有细微夹渣、微裂纹、焊管焊缝不合格等，因此原材料的选用、检验显得特别重要。带有冶金缺陷的酸冷器在运行一段时间后会在这些薄弱处出现问题。42 酸冷器制造缺陷：如换热管与管板的焊接时焊缝“缺肉” 、有夹渣，在检验时又没有发现或处理不规范等都会引起泄漏。43 操作条件与设计参数不符：如循环酸量增大使酸侧流速超过 1.2m/s 时，钝化膜很难维持，换热管腐蚀速率将成倍增加，设备容易损坏。44 工艺条件变化后没有及时调整操作参数：如酸温超过设计值、冷却水进酸冷器温度偏高等45 装置开、停车未按操作规程严格执行：如高温硫酸直接进入未经预钝化的酸冷器、运行时冷却水未开等原因都会使设备缩短寿命
9、甚至损坏。五、酸冷器泄漏的检查和修复酸冷器泄漏比较容易发现。当酸侧压力大于水侧压力时（一般使用现场为泵后流程） ，硫酸会PH 试纸就可检查，日常操作中应定期进行水侧 PH 值的测试，尤其在刚开车期间可安排每班测试，发当水侧压力大于酸侧压力时（一般使用现场为泵前流程） ，冷却水会由泄漏处进入硫酸中，泄漏点大时硫酸温度会明显升高、酸浓下降。此时由于泄漏处的管表面始终处于活化状态，需要大电流来 酸冷器泄漏的修复方法与普通的管壳式换热器方式基本相同，一般应急的维修方法是从两侧管板处堵管。堵管的操作应首先放空酸冷器中的硫酸，再用大量的清水冲洗管板，焊接处不能有残余酸，堵管的材料应采用 316L 的堵头，焊条采用 316L。泄漏管四周附近的换热管也应堵焊一部分，焊接完成后，开启酸泵使酸循环观察焊接处是否有渗漏，如有渗漏，应重复以上的操作程序，直至全部消除泄漏。一般的酸冷器均有 10%左右的设计富裕量，堵管较少的设备换热面积损失不大，现场使用不会产生大的影响。对于堵管较多的酸冷器建议在大修期送到原供货商处进行必要的检测和换管处理。六、总结酸冷器作为目前常用的硫酸冷却设备，具有其他硫酸冷却设备无法比拟的优点，操作弹性大，只要了解其特点，注意在日常的操作中严格按操作规程操作，加强监测，是完全可以避免故障发生的。如果出现故障后处理及时、方法得当就可以很快恢复生产，将损失降到最低。
