循環冷卻水系統清洗預膜工藝的研究與實踐

韓向紅 李虹 河鋼邯鋼能源中心

關鍵字：循環冷卻水清洗；預膜

1 前言

循環冷卻水系統在實際運行中，要想保持水質長周期穩定，其重要的環節就是清洗和預膜處理。清洗和預膜可充分發揮抑制劑功能，在金屬表面形成有效的保護膜，保證冷卻水系統維持最高效率，延長設備使用壽命。

循環冷卻水系統要想達到長周期穩定運行，保持冷卻速率，必須做到兩點：一是保持系統內運行水質潔凈，二是需要定期投加保持金屬表面的防護膜，即不斷投加抑制劑進行補充和修補。當循環水冷卻水進行水穩處理時，首先需要對設備進行全面的清洗處理。清洗處理的主要目的是去除冷卻水系統金屬表面的油類、粘泥、污垢以及各種腐蝕產物，這些腐蝕物輕重不同的存在于各種冷卻水系統，無論是全新未運轉的冷卻水設備，還是已經運行多年的冷卻水系統。必須清洗徹底，完全暴露出金屬表面，才能保證良好的預膜效果。清洗和預膜是相輔相成，息息相關的兩道工序，如果清洗處理不當，則預膜失敗的可能性就非常大。實際運行中，各個冷卻水系統存在各種各樣的差異，如系統水質和材料的差異，換熱設備設計差異造成的金屬表面形態差異等等，這些都會對清洗和預膜效果造成影響。因此，制定針對性的適宜的清洗和預膜方案就顯得尤為重要。徹底的清洗和良好的預膜可顯著降低腐蝕率，抑制結垢和菌藻的產生，保持設計冷卻效率，提高產水量，保證系統長周期穩定運行，降低工廠的運行成本[1]。

2 清洗和預膜的關系

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

要想做到有效的清洗和成功的預膜，不但需要投加高效的抑制劑，還要保證抑制劑達到最佳效果，這就需要我們創造并維持抑制劑所需要的應用環境。近年來，冷卻水系統的使用藥劑正朝著低劑量、多組份綜合功能的趨勢發展。有效控制冷卻水系統的腐蝕、結垢和菌藻的產生，需要成功的預膜處理和日常的精心操作。特別是急速腐蝕的初期運轉階段，能否形成完整良好的保護膜，是今后冷卻水系統正常運轉能否長周期穩定的重要因素[2]。

預膜與否效果相差很大，經過試驗及現場運行數據的分析，預膜和未預膜掛片的腐蝕速度完全不同。未預膜掛片的腐蝕速度相比預膜掛片的腐蝕速度，至少相差2 倍，甚至有的高達20 倍。當然，這也與冷卻水系統的水質和現場條件等息息相關，不同的水質和現場條件，會造成不同的腐蝕速率。由于冷卻水系統都具有腐蝕性，有的甚至具有嚴重腐蝕性，因此，預膜處理是非常重要的環節。同時，由于投運初期的循環冷卻水水溫低，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，因此結構性水質也需要先預膜處理。通過測試發現，當水質為結垢性水質，未預膜掛片的腐蝕速度相比預膜掛片腐蝕速度也快速很多，相差1.5～2.5倍，而且在冷態狀態下，這種速度差比更多。綜上所述，冷卻水系統運行中，預膜是必不可少的一個關鍵步驟。

3 清洗工藝

初次使用的冷卻設備，需要首先進行水壓試驗，并用大量水沖洗系統來除去設備內泥沙和浮銹。當沖洗工作完成后，投加清洗劑進行系統內部循環，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%質量分數，保持水溫60℃～82℃，pH 值6.0～7.0 下循環清洗4h～16h，清洗效果顯著。通過實踐發現，保持水溫20℃～25℃，pH 值4.5～5.5 下循環清洗24h～48h，可以獲得良好的清洗效果。這類清洗劑的共同特點是具有表面活性劑成分，如磺化琥珀酸等，具有很強的親水性。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的油污和脂肪。清洗時，要隨時關注pH 值、總鐵和濁度，加強測量，并盡量保持清洗循環水最大流速，以保證清洗劑循環無死角，充分與金屬表面接觸。慢慢的會發現水中濁度和總鐵含量逐漸升高，這時可結束清洗。清洗完成后，將清洗循環水全部排放，并多次用新鮮水沖洗置換，直至置換水清澈透明，保證將系統中清洗液殘留濃度盡量降到最低后，方可進行預膜。

4 預膜工藝

預膜要在清洗結束并沖洗干凈后及時進行，避免清洗后漏出金屬表面的設備，因長時間暴露在空氣中再次形成新的銹蝕，從而影響后續預膜效果。預膜完成后，要馬上進行正常運轉處理，如果因故不能及時正常生產運行，則可以將預膜水留存對系統進行封閉保護，或采取其他臨時性保護。

預膜處理分為停車預膜或不停車預膜。不停車預膜處理是指正常的運行狀態下進行的在線預膜處理。這種處理方法的特點是預膜藥劑量投加量較冷態運行小，而且由于運行中的循環水溫度較高，預膜的效果也比停車冷態運行優良。從多年的現場運行經驗來看，不停車預膜在技術上是安全可靠的。以聚磷酸鹽－鋅鹽組成的二元配方為目前普通使用的預膜配方。預膜劑多采用JP-605高效清洗預膜劑。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一步清洗，而且可以在金屬表面形成良好的防護膜，防止腐蝕，其膜厚可達5000?～7000?。使用濃度為600mg/L～800mg/L，這樣高磷酸鹽，若在高溫下使用，將會產生大量的沉淀，對垢控制帶來許多麻煩。通過實踐和大量數據結論，在不停車預膜時，適宜的預膜條件，正常的依規操作，JP-605配方對于一般低碳鋼材質的冷卻設備均達到良好的成膜效果。

5 預膜處理程序一般包括以下幾個步驟

經過清洗處理的冷卻水系統，在進行適當的水質置換后（置換的主要指標是pH 值接近中性，濁度小于30NTU），投加配方適宜的預膜劑；

保持正常運行及正常水溫下，連續運行處理48h，并通過投加pH調節劑保持pH值在5.5～6.5。

置換排放，預膜處理結束后，使用新鮮水置換排放，使預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。

預膜完成后，冷卻水系統恢復常態運轉，正常按時藥劑控制。

6 某鋼廠高爐軟水密閉循環系統清洗、預膜實踐

6.1 項目概述

2017年底，某鋼廠高爐進行檢修時，對循環冷卻水系統的主要管道及相關換熱設備進行了部分更換，總體更換率達到了60%以上，在某種程度上相當于投運了新設備。該系統已于2018年3月底重啟投入正常運行。

相關參數如下表所示：

6.2 項目方案

考慮到煉鐵高爐生產連續性的特點，對目前已經正常運行的高爐各循環冷卻水系統來說，不會再具備停運狀態的靜態清洗預膜。因此，我們本次采用的是在線不停運清洗預膜操作。

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酸、緩蝕劑和表面活性劑等，化學穩定性強，能很好的去油去污，并具有強的滲透分散作用，成分安全可靠，金屬腐蝕性小，去除率高、不易產生氫脆現象

6.2.2 預膜方案

（1）預膜前的準備工作

對系統的運行工況進行確認，盡量排除可能出現中途停運的可能隱患；

與廠方共同選擇具有代表性的設備作為監視檢測；

根據系統設備材質，準備好腐蝕率監視指示片，并雙方簽字蓋章認可；

預膜前應將系統用清水清洗至濁度小于20mg/L，以減少藥品的消耗量；

將預膜所需的藥劑運至現場；

準備好其余用品，如所需儀器及藥品。

（2）預膜過程

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

將循環水pH 值控制在5.5～6.5（投加pH 調節劑），并放入監測試片；

在48h內將余下總量1/3的預膜劑分批投加至水系統中；

循環運行48h后預膜結束，取出試片；

預膜結束后，對系統的水質進行置換，使水體的pH 值到達7.5以上；

投加日常維護藥劑，進入正常運行。

6.3 項目小結

該循環冷卻水泵站自清洗預膜后，在一年的運行后，于2019年4月份對其進行掛片監測，根據《冷卻水系統化學清洗、預膜處理技術規則》[3]進行計算，監測結果表明系統目前運行狀況良好，各項指標均遠小于國家規定值，這也說明此次在線清洗預膜工作效果明顯。

表2 2019年4月系統掛片監測數據