定期進(jìn)行循環(huán)水清洗預(yù)膜 提高換熱效率的思考

上海石洞口煤氣制氣有限公司 陳美麗

0 前言

上海石洞口煤氣制氣有限公司制氣生產(chǎn)裝置配套有兩套循環(huán)水系統(tǒng)，其中一套裝置主要提供給三條生產(chǎn)線裝置中的換熱設(shè)備冷卻用；另外一套給變壓吸附裝置提供空氣的壓縮機(jī)冷卻用。兩套系統(tǒng)可以單獨(dú)使用也可以聯(lián)通使用，視具體實(shí)際情況而定。

1 定期進(jìn)行循環(huán)水清洗預(yù)膜的必要性

冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用。由于水的溫度升高，水流速度的變化，水的蒸發(fā)，各種無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷水池在室外收到陽(yáng)光照射，風(fēng)吹雨淋，灰塵雜物的進(jìn)入，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會(huì)產(chǎn)生沉積物的附著，設(shè)備腐蝕和菌藻微生物的大量滋生，由此形成粘泥污垢堵塞管道等問(wèn)題。

多數(shù)換熱器用碳鋼形成，碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為46.4～52.2 W/(m·K)，碳酸鹽垢的導(dǎo)熱系數(shù)為0.464～0.697 W/(m·K)，只有碳鋼的1%左右。因此沉積物的存在將大大降低換熱器的冷卻效果。與此同時(shí)，沉積物還使換熱器中循環(huán)水通道的截面積和循環(huán)水的通量變小，使冷卻效果進(jìn)一步降低，從而增加生產(chǎn)成本。

沉積物覆蓋于金屬表面，也為垢下腐蝕創(chuàng)造了必要的條件。因此，不論從提高冷卻效果來(lái)考慮，還是從防止腐蝕來(lái)考慮，冷卻水系統(tǒng)都應(yīng)定期進(jìn)行清洗，以除去金屬表面上的那些沉積物；除去微生物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)料、基地和庇護(hù)所以及微生物本身等。

一般情況下，我們公司每隔1～2年，在生產(chǎn)裝置停產(chǎn)檢修時(shí)都會(huì)進(jìn)行一次徹底的清洗和預(yù)膜，以保證生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

2 清洗預(yù)膜工作過(guò)程描述

2.1 整個(gè)清洗預(yù)膜工藝流程

清洗預(yù)膜工藝流程見(jiàn)圖1。

2.2 清洗預(yù)膜工藝過(guò)程的介紹及注意事項(xiàng)

2.2.1 回路清理

回路清理的目的，是為了保證整個(gè)循環(huán)水回路的清潔，達(dá)到清洗的質(zhì)量指標(biāo)(如濁度等)要求。它是整個(gè)清洗預(yù)膜過(guò)程的前提條件。

通過(guò)循環(huán)水回路補(bǔ)充自來(lái)水進(jìn)行清洗，將回路中的所有換熱設(shè)備打開(kāi)，低點(diǎn)及取樣冷卻器進(jìn)行排污，以保證回路的清潔。

為了方便兩套裝置各自進(jìn)行加藥和控制，我們采用兩套循環(huán)水系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的方式。

2.2.2 剝離

剝離的目的，是通過(guò)加藥將緊緊粘附于管道中的生物粘泥自然脫落下來(lái)。

圖1 清洗預(yù)膜工藝流程示意

由于系統(tǒng)是敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水的冷卻過(guò)程中會(huì)吸附空氣中的灰塵等，且長(zhǎng)期經(jīng)受陽(yáng)光的照射，循環(huán)水中會(huì)滋生出大量的微生物及藻類。通過(guò)日常的殺菌處理雖能降低細(xì)菌的危害，但細(xì)菌殘骸以及細(xì)菌產(chǎn)生的生物粘泥很可能吸附于管道及裝置中，因此必須通過(guò)有效的剝離劑才能將其剝離。

在剝離前，我們對(duì)循環(huán)水進(jìn)行了原始水質(zhì)分析，以作清洗效果對(duì)比之用。

表1 原始水質(zhì)分析

我公司采用的剝離劑為JN-964，它對(duì)循環(huán)水中各種異養(yǎng)菌有較好的殺滅作用，由于其含高濃度的滲透劑和剝離劑，所以對(duì)循環(huán)水由于物料泄露和細(xì)菌繁殖引起的粘泥有很好的剝離作用。

我們分別在兩套系統(tǒng)中加入剝離劑JN-964，要求使用濃度達(dá)到300 mg/L。維持系統(tǒng)密閉運(yùn)行，此時(shí)發(fā)現(xiàn)循環(huán)水的濁度明顯上升。一般剝離運(yùn)行時(shí)間需要24 h。

2.2.3 化學(xué)清洗

化學(xué)清洗是處理過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它是通過(guò)向循環(huán)水系統(tǒng)投加大劑量的化學(xué)清洗藥劑將系統(tǒng)中的硬垢、銹等靠水沖洗沒(méi)法除去的物質(zhì)清除掉，起到清潔系統(tǒng)和為預(yù)膜工作打基礎(chǔ)的作用。

我公司使用JN-961 高效化學(xué)清洗劑，它是主要由氨基磺酸及表面活性劑組成的白色粉末，因此貯存、運(yùn)輸及使用十分方便安全。JN-961 采用氨基磺酸為主劑，加入水中后，它能像鹽酸一樣與碳酸鈣垢等反應(yīng)而進(jìn)行清洗，而且它不含鹵素離子，對(duì)金屬的腐蝕性比一般無(wú)機(jī)酸均小，尤其是不易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，要求使用濃度1 000 mg/L。

剝離劑在密閉系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行24 h 后，加入高效化學(xué)清洗劑JN-961 進(jìn)行清洗。在清洗過(guò)程中，我們通過(guò)陸續(xù)補(bǔ)充清洗劑來(lái)調(diào)節(jié)pH 的平穩(wěn)。

(1)清洗期間要控制的指標(biāo)：

在清洗期間，循環(huán)水的pH 控制要平穩(wěn)，維持在5.0～5.5 之間；

藥劑濃度的控制要穩(wěn)定，要求總磷指標(biāo)波動(dòng)不大，趨于平穩(wěn)。

(2)清洗期間要注意的指標(biāo)：

清洗過(guò)程中要不斷監(jiān)測(cè)循環(huán)水的指標(biāo)，如濁度、鈣離子、總鐵等。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)現(xiàn)濁度、鈣離子、總鐵等指標(biāo)明顯有升高趨勢(shì)，其中以總鐵離子指標(biāo)最為明顯，這也說(shuō)明了系統(tǒng)中存在的腐蝕問(wèn)題?；瘜W(xué)清洗時(shí)間基本維持在24～48 h 左右，判斷依據(jù)是濁度、鈣離子、總鐵三項(xiàng)指標(biāo)趨于平穩(wěn)，此時(shí)可以認(rèn)為清洗過(guò)程可以結(jié)束了。

(3)監(jiān)測(cè)腐蝕情況：

清洗過(guò)程中我們?cè)谒刂袙烊胩间搾炱?面積為28 cm2)，來(lái)監(jiān)測(cè)腐蝕速率。掛片的分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 掛片的分析數(shù)據(jù)

從上述分析數(shù)據(jù)可以看出，整個(gè)系統(tǒng)的化學(xué)清洗是安全的，并取得了預(yù)期的清洗效果。(行業(yè)化學(xué)清洗標(biāo)準(zhǔn)為：碳鋼腐蝕速率＜3 g/(m2·h))

2.2.4 置換

清洗過(guò)后的循環(huán)水的濁度及其離子指標(biāo)較高，需通過(guò)排污來(lái)使清洗后的污物去除，以免形成二次沉降，一般來(lái)說(shuō)底排是較為可行的方法。我們兩套水池均沒(méi)有底部排污，因此，只有通過(guò)大流量潛水泵進(jìn)行水體置換。

化學(xué)清洗后，我們通過(guò)停止循環(huán)水泵，采用潛水泵把水池中水全部抽干。重新注滿新水后，再次開(kāi)啟循環(huán)水泵，通過(guò)大排大補(bǔ)進(jìn)行置換，直至循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)合格，測(cè)得兩套系統(tǒng)濁度分別為2.40 和2.05 mg/L，總鐵分別為0.42 和0.32 mg/L，此時(shí)已符合下一步預(yù)膜的質(zhì)量要求。停止置換。

2.2.5 預(yù)膜

預(yù)膜的目的是讓清洗后處于活化狀態(tài)下的新鮮金屬表面上在投入正常運(yùn)行之前預(yù)先產(chǎn)生一層完整而耐蝕的保護(hù)膜。

在置換好的系統(tǒng)內(nèi)，我們加入高效緩蝕增效劑W-5，要求濃度達(dá)到300 mg/L，同時(shí)加入阻垢緩蝕劑W-505，要求濃度達(dá)到100 mg/L。

W-5 是一種有機(jī)磷沉膜，有機(jī)磷預(yù)膜與傳統(tǒng)預(yù)膜方式對(duì)比，其好處是預(yù)膜后水體不用置換，可直接轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，成膜致密，對(duì)水質(zhì)要求不是很高。但顏色較淺，成膜時(shí)間較長(zhǎng)。我們可以通過(guò)在水池中置入碳鋼腐蝕試片，來(lái)監(jiān)測(cè)碳鋼的成膜狀況。在加入W-5 的3～5 天后，如發(fā)現(xiàn)試片上有明顯的色暈，說(shuō)明預(yù)膜已經(jīng)成功。預(yù)膜后的水質(zhì)分析見(jiàn)表3。

表3 預(yù)膜后的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

成膜后，按正常運(yùn)行狀態(tài)下控制加藥和管理。

3 結(jié)論及思考

通過(guò)清洗，各項(xiàng)數(shù)據(jù)表明，我公司煤氣生產(chǎn)裝置中的循環(huán)水系統(tǒng)存在著腐蝕現(xiàn)象，這可能與系統(tǒng)長(zhǎng)期低濃縮倍數(shù)運(yùn)行，生產(chǎn)負(fù)荷較小有一定的關(guān)系。

要使循環(huán)水系統(tǒng)能夠更大地提高換熱效率，優(yōu)化工藝操作，保持連續(xù)的生產(chǎn)周期，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)定期清洗和預(yù)膜是非常有必要的。