循環(huán)冷卻水系統(tǒng)清洗預(yù)膜工藝的研究與實(shí)踐

韓向紅 李虹 河鋼邯鋼能源中心

關(guān)鍵字：循環(huán)冷卻水清洗；預(yù)膜

1 前言

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，要想保持水質(zhì)長周期穩(wěn)定，其重要的環(huán)節(jié)就是清洗和預(yù)膜處理。清洗和預(yù)膜可充分發(fā)揮抑制劑功能，在金屬表面形成有效的保護(hù)膜，保證冷卻水系統(tǒng)維持最高效率，延長設(shè)備使用壽命。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)要想達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行，保持冷卻速率，必須做到兩點(diǎn)：一是保持系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行水質(zhì)潔凈，二是需要定期投加保持金屬表面的防護(hù)膜，即不斷投加抑制劑進(jìn)行補(bǔ)充和修補(bǔ)。當(dāng)循環(huán)水冷卻水進(jìn)行水穩(wěn)處理時，首先需要對設(shè)備進(jìn)行全面的清洗處理。清洗處理的主要目的是去除冷卻水系統(tǒng)金屬表面的油類、粘泥、污垢以及各種腐蝕產(chǎn)物，這些腐蝕物輕重不同的存在于各種冷卻水系統(tǒng)，無論是全新未運(yùn)轉(zhuǎn)的冷卻水設(shè)備，還是已經(jīng)運(yùn)行多年的冷卻水系統(tǒng)。必須清洗徹底，完全暴露出金屬表面，才能保證良好的預(yù)膜效果。清洗和預(yù)膜是相輔相成，息息相關(guān)的兩道工序，如果清洗處理不當(dāng)，則預(yù)膜失敗的可能性就非常大。實(shí)際運(yùn)行中，各個冷卻水系統(tǒng)存在各種各樣的差異，如系統(tǒng)水質(zhì)和材料的差異，換熱設(shè)備設(shè)計差異造成的金屬表面形態(tài)差異等等，這些都會對清洗和預(yù)膜效果造成影響。因此，制定針對性的適宜的清洗和預(yù)膜方案就顯得尤為重要。徹底的清洗和良好的預(yù)膜可顯著降低腐蝕率，抑制結(jié)垢和菌藻的產(chǎn)生，保持設(shè)計冷卻效率，提高產(chǎn)水量，保證系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，降低工廠的運(yùn)行成本[1]。

2 清洗和預(yù)膜的關(guān)系

循環(huán)水系統(tǒng)要想保持長周期穩(wěn)定運(yùn)行，金屬表面保持不被腐蝕，需要達(dá)到兩個要求：一是需要通過預(yù)膜在首先在金屬表面形成防護(hù)膜，正常預(yù)膜處理，一般2d～3d即可形成；二是需要使防護(hù)膜得到定期的修補(bǔ)，并長周期保持，這就需要在運(yùn)行中不斷投加藥劑。清洗徹底是預(yù)膜成功的前提條件，這是因?yàn)槲唇?jīng)清洗處理的金屬表面上，存在大量影響預(yù)膜成功的障礙物，如污垢、油類、脂肪、微生物粘泥以及各種腐蝕產(chǎn)物等，這些障礙物會阻礙抑制劑形成防護(hù)膜，并顯著降低日常運(yùn)行的抑制劑效果。因此，必須首先將冷卻設(shè)備的表面完全清潔，才能保證預(yù)膜處理成功。循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)初期，金屬表面完全處于暴露狀態(tài)，腐蝕速率非?？欤€可能產(chǎn)生坑蝕，因此需要及時預(yù)膜，形成良好的防護(hù)膜，控制腐蝕速率。

要想做到有效的清洗和成功的預(yù)膜，不但需要投加高效的抑制劑，還要保證抑制劑達(dá)到最佳效果，這就需要我們創(chuàng)造并維持抑制劑所需要的應(yīng)用環(huán)境。近年來，冷卻水系統(tǒng)的使用藥劑正朝著低劑量、多組份綜合功能的趨勢發(fā)展。有效控制冷卻水系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和菌藻的產(chǎn)生，需要成功的預(yù)膜處理和日常的精心操作。特別是急速腐蝕的初期運(yùn)轉(zhuǎn)階段，能否形成完整良好的保護(hù)膜，是今后冷卻水系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)能否長周期穩(wěn)定的重要因素[2]。

預(yù)膜與否效果相差很大，經(jīng)過試驗(yàn)及現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析，預(yù)膜和未預(yù)膜掛片的腐蝕速度完全不同。未預(yù)膜掛片的腐蝕速度相比預(yù)膜掛片的腐蝕速度，至少相差2 倍，甚至有的高達(dá)20 倍。當(dāng)然，這也與冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)和現(xiàn)場條件等息息相關(guān)，不同的水質(zhì)和現(xiàn)場條件，會造成不同的腐蝕速率。由于冷卻水系統(tǒng)都具有腐蝕性，有的甚至具有嚴(yán)重腐蝕性，因此，預(yù)膜處理是非常重要的環(huán)節(jié)。同時，由于投運(yùn)初期的循環(huán)冷卻水水溫低，pH值低，濃縮倍率低等原因，金屬表面又未形成碳酸鈣膜，造成腐蝕率高，因此結(jié)構(gòu)性水質(zhì)也需要先預(yù)膜處理。通過測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水質(zhì)為結(jié)垢性水質(zhì)，未預(yù)膜掛片的腐蝕速度相比預(yù)膜掛片腐蝕速度也快速很多，相差1.5～2.5倍，而且在冷態(tài)狀態(tài)下，這種速度差比更多。綜上所述，冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行中，預(yù)膜是必不可少的一個關(guān)鍵步驟。

3 清洗工藝

初次使用的冷卻設(shè)備，需要首先進(jìn)行水壓試驗(yàn)，并用大量水沖洗系統(tǒng)來除去設(shè)備內(nèi)泥沙和浮銹。當(dāng)沖洗工作完成后，投加清洗劑進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，完成除油除污。國外常用的清洗劑是一種表面活性劑－聚磷酸鹽，控制清洗液藥劑濃度為0.5%～5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，保持水溫60℃～82℃，pH 值6.0～7.0 下循環(huán)清洗4h～16h，清洗效果顯著。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，保持水溫20℃～25℃，pH 值4.5～5.5 下循環(huán)清洗24h～48h，可以獲得良好的清洗效果。這類清洗劑的共同特點(diǎn)是具有表面活性劑成分，如磺化琥珀酸等，具有很強(qiáng)的親水性。親水性能將與金屬接觸的污染界面充分的濕潤、滲透、乳化，從而充分分散沉積物，降低界面的表面張力，因此可有效去除系統(tǒng)的油污和脂肪。清洗時，要隨時關(guān)注pH 值、總鐵和濁度，加強(qiáng)測量，并盡量保持清洗循環(huán)水最大流速，以保證清洗劑循環(huán)無死角，充分與金屬表面接觸。慢慢的會發(fā)現(xiàn)水中濁度和總鐵含量逐漸升高，這時可結(jié)束清洗。清洗完成后，將清洗循環(huán)水全部排放，并多次用新鮮水沖洗置換，直至置換水清澈透明，保證將系統(tǒng)中清洗液殘留濃度盡量降到最低后，方可進(jìn)行預(yù)膜。

4 預(yù)膜工藝

預(yù)膜要在清洗結(jié)束并沖洗干凈后及時進(jìn)行，避免清洗后漏出金屬表面的設(shè)備，因長時間暴露在空氣中再次形成新的銹蝕，從而影響后續(xù)預(yù)膜效果。預(yù)膜完成后，要馬上進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)處理，如果因故不能及時正常生產(chǎn)運(yùn)行，則可以將預(yù)膜水留存對系統(tǒng)進(jìn)行封閉保護(hù)，或采取其他臨時性保護(hù)。

預(yù)膜處理分為停車預(yù)膜或不停車預(yù)膜。不停車預(yù)膜處理是指正常的運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行的在線預(yù)膜處理。這種處理方法的特點(diǎn)是預(yù)膜藥劑量投加量較冷態(tài)運(yùn)行小，而且由于運(yùn)行中的循環(huán)水溫度較高，預(yù)膜的效果也比停車?yán)鋺B(tài)運(yùn)行優(yōu)良。從多年的現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，不停車預(yù)膜在技術(shù)上是安全可靠的。以聚磷酸鹽－鋅鹽組成的二元配方為目前普通使用的預(yù)膜配方。預(yù)膜劑多采用JP-605高效清洗預(yù)膜劑。該劑由非離子表面活性劑和磷酸鹽組成，不僅可對金屬表面進(jìn)一步清洗，而且可以在金屬表面形成良好的防護(hù)膜，防止腐蝕，其膜厚可達(dá)5000?～7000?。使用濃度為600mg/L～800mg/L，這樣高磷酸鹽，若在高溫下使用，將會產(chǎn)生大量的沉淀，對垢控制帶來許多麻煩。通過實(shí)踐和大量數(shù)據(jù)結(jié)論，在不停車預(yù)膜時，適宜的預(yù)膜條件，正常的依規(guī)操作，JP-605配方對于一般低碳鋼材質(zhì)的冷卻設(shè)備均達(dá)到良好的成膜效果。

5 預(yù)膜處理程序一般包括以下幾個步驟

經(jīng)過清洗處理的冷卻水系統(tǒng)，在進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃|(zhì)置換后（置換的主要指標(biāo)是pH 值接近中性，濁度小于30NTU），投加配方適宜的預(yù)膜劑；

保持正常運(yùn)行及正常水溫下，連續(xù)運(yùn)行處理48h，并通過投加pH調(diào)節(jié)劑保持pH值在5.5～6.5。

置換排放，預(yù)膜處理結(jié)束后，使用新鮮水置換排放，使預(yù)膜劑濃度逐漸降至正常處理劑附近，大約需要1d～2d 才能完成，因此在置換排放的過程中，仍需注意pH的控制，不要使pH值回升太快。

預(yù)膜完成后，冷卻水系統(tǒng)恢復(fù)常態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，正常按時藥劑控制。

6 某鋼廠高爐軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)清洗、預(yù)膜實(shí)踐

6.1 項(xiàng)目概述

2017年底，某鋼廠高爐進(jìn)行檢修時，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要管道及相關(guān)換熱設(shè)備進(jìn)行了部分更換，總體更換率達(dá)到了60%以上，在某種程度上相當(dāng)于投運(yùn)了新設(shè)備。該系統(tǒng)已于2018年3月底重啟投入正常運(yùn)行。

相關(guān)參數(shù)如下表所示：

6.2 項(xiàng)目方案

考慮到煉鐵高爐生產(chǎn)連續(xù)性的特點(diǎn)，對目前已經(jīng)正常運(yùn)行的高爐各循環(huán)冷卻水系統(tǒng)來說，不會再具備停運(yùn)狀態(tài)的靜態(tài)清洗預(yù)膜。因此，我們本次采用的是在線不停運(yùn)清洗預(yù)膜操作。

6.2.1 清洗方案

本次清洗采用JP-603 高效清洗劑，該藥劑主要成分為有機(jī)酸、緩蝕劑和表面活性劑等，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，能很好的去油去污，并具有強(qiáng)的滲透分散作用，成分安全可靠，金屬腐蝕性小，去除率高、不易產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象

6.2.2 預(yù)膜方案

（1）預(yù)膜前的準(zhǔn)備工作

對系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行確認(rèn)，盡量排除可能出現(xiàn)中途停運(yùn)的可能隱患；

與廠方共同選擇具有代表性的設(shè)備作為監(jiān)視檢測；

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備材質(zhì)，準(zhǔn)備好腐蝕率監(jiān)視指示片，并雙方簽字蓋章認(rèn)可；

預(yù)膜前應(yīng)將系統(tǒng)用清水清洗至濁度小于20mg/L，以減少藥品的消耗量；

將預(yù)膜所需的藥劑運(yùn)至現(xiàn)場；

準(zhǔn)備好其余用品，如所需儀器及藥品。

（2）預(yù)膜過程

將JP-605預(yù)膜劑配制好，一次性將計劃投加總量約2/3的預(yù)膜劑投加到循環(huán)水池中，投加過程中應(yīng)保證預(yù)膜劑在循環(huán)水中的充分溶解；

將循環(huán)水pH 值控制在5.5～6.5（投加pH 調(diào)節(jié)劑），并放入監(jiān)測試片；

在48h內(nèi)將余下總量1/3的預(yù)膜劑分批投加至水系統(tǒng)中；

循環(huán)運(yùn)行48h后預(yù)膜結(jié)束，取出試片；

預(yù)膜結(jié)束后，對系統(tǒng)的水質(zhì)進(jìn)行置換，使水體的pH 值到達(dá)7.5以上；

投加日常維護(hù)藥劑，進(jìn)入正常運(yùn)行。

6.3 項(xiàng)目小結(jié)

該循環(huán)冷卻水泵站自清洗預(yù)膜后，在一年的運(yùn)行后，于2019年4月份對其進(jìn)行掛片監(jiān)測，根據(jù)《冷卻水系統(tǒng)化學(xué)清洗、預(yù)膜處理技術(shù)規(guī)則》[3]進(jìn)行計算，監(jiān)測結(jié)果表明系統(tǒng)目前運(yùn)行狀況良好，各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)小于國家規(guī)定值，這也說明此次在線清洗預(yù)膜工作效果明顯。

表2 2019年4月系統(tǒng)掛片監(jiān)測數(shù)據(jù)