史曉麗,李克明

（1.萊鋼股份能源動力廠,2.萊鋼股份機(jī)械動力部,山東萊蕪271104）

超分子膜化技術(shù)在萊鋼余熱鍋爐上的研究與應(yīng)用

史曉麗1,李克明2

（1.萊鋼股份能源動力廠,2.萊鋼股份機(jī)械動力部,山東萊蕪271104）

比較了傳統(tǒng)清洗技術(shù)與超分子優(yōu)缺點(diǎn),在萊鋼H lG140/960-80-5.2/480型余熱鍋爐大修投用前使用了中性超分子膜化技術(shù)，使用后提高了防腐性能,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

超分子膜化技術(shù);化學(xué)清洗;系統(tǒng)膜化

1 前言

超分子膜化技術(shù)是替代傳統(tǒng)化學(xué)清洗的新技術(shù)。該藥劑呈中性至弱堿性，對設(shè)備不產(chǎn)生任何腐蝕，對環(huán)境無任何危害。通過超分子的自組裝作用，藥劑分子和金屬形成穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu)，在金屬表面組成穩(wěn)定的超分子膜。在形成的同時(shí)，利用分子的振動作用和布朗運(yùn)動，將金屬表面的各種銹垢、結(jié)晶垢、油垢、泥垢、焊渣和軋制鱗片等污垢分散溶解到溶液中，無顆粒殘留。超分子藥劑的選擇性自組裝過程，能夠形成穩(wěn)定、致密的膜層結(jié)構(gòu)，該膜層能有效的保護(hù)金屬設(shè)備不受腐蝕，也能阻止各種污垢的再次附著。

2 傳統(tǒng)化學(xué)清洗和超分子膜化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對比

2.1 使用傳統(tǒng)的化學(xué)清洗工藝的分析

傳統(tǒng)的化學(xué)清洗通過清洗劑與污垢之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到清洗目的，所使用的清洗劑一般為小分子的酸或堿，容易擴(kuò)散到設(shè)備金屬本體內(nèi)部，造成金屬內(nèi)部的晶格畸變及晶體結(jié)構(gòu)的缺陷。并且，由于垢層的厚度不一，在傳統(tǒng)化學(xué)清洗（尤其是酸洗）過程中不可避免的存在著鍋爐及管線內(nèi)表面過洗腐蝕的現(xiàn)象,影響金屬本身的性能，其抗壓強(qiáng)度、抗拉伸強(qiáng)度、蠕變性、延展性以及耐腐蝕性等各項(xiàng)性能指標(biāo)都會降低，危害設(shè)備的運(yùn)行安全和使用壽命。

2.2 超分子膜化技術(shù)的基本原理

目前所使用的超分子膜化技術(shù)，藥劑本身分子尺寸超出了金屬原子間距，使得藥劑分子無法向金屬內(nèi)部滲透擴(kuò)散，不會造成晶體缺陷影響設(shè)備的性能，對設(shè)備是極其安全的。其除垢清潔是在成膜過程同步完成的，膜化更完全，除垢更徹底。且膜化后的廢水中無任何顆粒雜質(zhì)，中性無毒，對環(huán)境無影響。

通過圖1、圖2的對比，可以更直觀地看到，即使看起來很光潔的金屬表面實(shí)際是很粗糙的，而使用“超分子膜化技術(shù)”后就能在金屬表面形成這樣一個(gè)平整光滑的超分子膜。

圖1 微觀下的20＃碳鋼表面銹層（粗糙）

圖2 超分子膜化后的效果（精細(xì)磨砂面）

常溫下，利用超分子膜化原理進(jìn)行工藝設(shè)備管道的化學(xué)清洗和鈍化防腐，該方法對系統(tǒng)安全、高效，圖3、圖4為管內(nèi)加熱臥式鍋爐爐管采用超分子膜化前后同一系統(tǒng)的對比。

圖3 超分子膜化前

圖4 超分子膜化后

3 超分子膜化技術(shù)的實(shí)施研究與應(yīng)用

萊鋼H lG140/960-80-5.2/480型余熱鍋爐及管線內(nèi)表面由于系統(tǒng)內(nèi)存有油污、SiO2、鐵銹和軋制鱗片等，經(jīng)分析對比，決定采用QD-818超分子膜化劑進(jìn)行超分子膜化。QD-818超分子膜化劑為無色至淡黃色透明液體，pH值為7的中性液體，相對密度≥1.3，水溶性較好，可與水任意比例混溶。為了保證一次性清洗效果，此次的膜化方式采用正、反向強(qiáng)制循環(huán)膜化，現(xiàn)場的具體實(shí)施步驟如下所述：

3.1 依據(jù)現(xiàn)場情況，設(shè)計(jì)合理的膜化施工工藝流程

根據(jù)膜化對象的現(xiàn)場布局，將膜化工作站設(shè)在HlG140/960-80-5.2/480型余熱鍋爐附近的空地上，由相關(guān)技術(shù)人員設(shè)計(jì)出合理有效的中性超分子膜化工藝流程圖如圖5。

圖5 萊鋼HLG140/960-80-5.2/480型鍋爐分子膜化工藝流程圖

1）給水泵不參加膜化，只在高壓給水管上接出一個(gè)DN100，PN1.6的閥門和DN100的連接管至工作站。

2）用鋼管將除鹽水和自來水與清洗站連接并分別裝上DN100，PN1.6的閥門。

3）化學(xué)污水利用工作站的排污閥排至排污溝。

4）下降管管口處加裝Φ57的臨時(shí)限流孔板（截流孔板）。

5）前、后、左、右下集箱低端處需由甲方配合開出Φ108清渣孔4處，便于膜化過程中和膜化完畢后方便清渣。

本次膜化工程循環(huán)泵為2臺IRG100-315型管道泵（Q=100 m3/h、H=80 m、電源380 V、N=50 kW）;水源P≮0.3 MPa，管徑DN100，接至清洗設(shè)備；電源負(fù)荷：50 Hz、380 V、100 kW。排污管DN100接至指定地點(diǎn)。蒸汽（PN1.6 MPa）管DN50接入清洗設(shè)備。

操作時(shí)，利用工作站上的換向閥組（即V5、V6、V7、V8的開關(guān)）進(jìn)行正、反兩個(gè)方向的循環(huán)，這樣更有利于膜化質(zhì)量的提高。

3.2 根據(jù)膜化范圍和系統(tǒng)特點(diǎn)，中性超分子膜化循環(huán)回路

如圖6所示。

圖6 中性超分子膜化循環(huán)回路圖

3.3 膜化技術(shù)的在現(xiàn)場實(shí)施過程中的具體應(yīng)用

1）萊鋼HlG140/960-80-5.2/480型余熱鍋爐的容積，加上臨時(shí)管線、循環(huán)槽沖洗車等系統(tǒng)共計(jì)約60 m3。在開機(jī)前清洗預(yù)膜的用量保持在8%～10%左右，然后向系統(tǒng)中注入清水的同時(shí)，按所測系統(tǒng)容積的8%投入QD-818超分子膜化劑，一邊循環(huán)，一邊投料，直到進(jìn)料完畢，全程要保持循環(huán)均勻。

2）藥劑的投加工作是在清洗預(yù)膜循環(huán)泵的吸入口處進(jìn)行，正、反兩向進(jìn)行循環(huán)膜化，循環(huán)均勻、同時(shí)測定pH值，巡回檢查有無泄漏之處。

3）繼續(xù)循環(huán)膜化，在膜化過程中對于并聯(lián)的進(jìn)（出）口閥門每次只開1個(gè)，并且每9 min切換一次，同時(shí)根據(jù)情況不斷補(bǔ)加QD-818超分子膜化劑，直至油污、鐵銹、軋制鱗片、焊渣全部除凈，膜化時(shí)間定為36 h。

4）在整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)沖洗36 h后，根據(jù)系統(tǒng)垢型和垢量置換排污至濁度＜10 mg/L，同時(shí)目測水清為止，待檢查清洗預(yù)膜效果合格后，殘留的藥劑可以繼續(xù)作為水質(zhì)穩(wěn)定劑在系統(tǒng)內(nèi)安全使用。

5）清洗預(yù)膜處理后，對干熄焦余熱鍋爐及管線內(nèi)表面，進(jìn)行系統(tǒng)部分管路檢查，徹底清除了銹垢、碳酸鹽垢、磷酸鹽垢、硅酸鹽垢和硫酸鹽垢等難溶垢及其黏泥，整個(gè)清洗過程高效安全，不用加酸降pH值，避免了pH值失控造成的腐蝕，并可在清洗的活性金屬表面上形成穩(wěn)定致密的超分子膜，有效防止點(diǎn)蝕發(fā)生。

4 應(yīng)用超分子膜化技術(shù)后的實(shí)踐效果

采用QD-818超分子膜化劑對萊鋼HlG140/ 960-80-5.2/480型余熱鍋爐及管線內(nèi)表面進(jìn)行膜化處理，其節(jié)能減排的效果如下：

1）膜化的過程是常溫操作，不需烘爐加熱，僅此一項(xiàng)，與堿煮相比，即可節(jié)約3～5天的鍋爐運(yùn)行費(fèi)用，至少節(jié)約75萬元。

2）膜化處理比普通的螯合速度快，除垢徹底干凈，并在金屬表面形成分子膜，達(dá)到除垢和鈍化一步完成的效果。一方面提高了鍋爐運(yùn)行的換熱效率，延長鍋爐使用壽命，保證鍋爐高效率生產(chǎn)。更重要的是超分子膜類似荷葉膜，在鍋爐生產(chǎn)蒸汽的過程中可以避免鍋爐的膜態(tài)沸騰，提高鍋爐產(chǎn)汽率5%以上，確保鍋爐的安全運(yùn)行。

3）清洗的過程就是分子識別與組裝的過程，將金屬表面的所有難溶垢徹底清除，不會產(chǎn)生酸洗和堿洗過程中顆粒剝離的現(xiàn)象，廢液容易排凈，系統(tǒng)無殘?jiān)?，膜化的整個(gè)過程不存在死區(qū)。

5）膜化能快速形成分子保護(hù)膜，不會產(chǎn)生酸洗的返銹現(xiàn)象，防腐蝕安全性能大大提高，而且對鍋爐及管線上的監(jiān)測控制裝置和儀表無腐蝕情況發(fā)生。

4）膜化過程操作容易，可以循環(huán)沖洗膜化，也可以浸泡膜化，也可以不停車在線清潔膜化，操作安全、簡便。

5 結(jié)語

萊鋼HlG140/960-80-5.2/480型余熱鍋爐大修投用前中性超分子膜化工程方案，將鍋爐鍋筒、水冷壁、下降管、引出管、上下集箱、低、高溫過熱器、集汽集箱、蒸汽主管、上水管至省煤器等水汽系統(tǒng)的污物去除干凈，并在金屬表面形成一層堅(jiān)硬致密的超分子膜，可減少大修期間一半以上工作量，縮短了大修工期，確保系統(tǒng)較長周期性的安全高效運(yùn)行。

App lication of Supermolecular M embranization Technology in the Waste Heat Boiler of Laiwu Steel

Shi Xiaoli1,Li Keming2
(1.The Power Plant of Laiwu Steel;2.The Mechanical Power of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The advantages and shortcomings of traditional cleaning processes and supramolecular membrane technique are compared.The HIG 140/960-80-5.2/480 CDQ waste heat boiler at Laiwu Steel adopted neutral supermolecular membrane technique after an overhaul,which has improved the anti-corrosion performance and brought significant economic benefit.

supramolecular membrane technology;chemical cleaning;system membranization

TK229

B

1006-6764（2015）02-0029-04

2014-10-27

史曉麗（1980-），女，工程師，畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)，現(xiàn)從事設(shè)備檢修管理工作。