劉 偉，周杰文，李文蘭，王海鷗，阮興龍

（浙江閏土新材料有限公司，浙江 紹興 312300）

浙江閏土新材料有限公司氯化苯分廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)閏土新材料氯苯分廠）2014年開(kāi)始建設(shè)，2016年試生產(chǎn)，主要生產(chǎn)氯化苯、對(duì)硝基氯苯、鄰硝基氯苯。氯化苯裝置為連續(xù)化生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)工藝因含有苯、氯苯等溶劑型有機(jī)物以及鹽酸等酸性物質(zhì)，所以系統(tǒng)中存在很多石墨換熱器，另外涉及原料及產(chǎn)物特別是同分異構(gòu)體間的塔式精餾分離，對(duì)換熱器的完整性及換熱效果要求較高。運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)化學(xué)藥劑（一般為殺菌劑、阻垢劑、除藻劑等）處理后循環(huán)水系統(tǒng)的相關(guān)換熱設(shè)備有腐蝕結(jié)垢、補(bǔ)水量大等現(xiàn)象[1，2]，需要階段性酸洗，雖然酸洗比較簡(jiǎn)單，但需要裝置停車(chē)，影響生產(chǎn)。為確保公司裝置安全長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，針對(duì)氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)使用化學(xué)加藥法處理?yè)Q熱設(shè)備存在的腐蝕結(jié)垢較嚴(yán)重、部分設(shè)備換熱效率降低等問(wèn)題，在硝基氯苯循環(huán)水系統(tǒng)成功應(yīng)用基礎(chǔ)上[3]，采用具有物理除垢、緩蝕、殺菌技術(shù)的量子管通環(huán)應(yīng)用于公司氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)后，起到了很好的除垢除銹、緩蝕阻垢的作用[4]。

1 量子管通環(huán)介紹

1.1 量子管通環(huán)工作原理介紹

量子管通環(huán)由特種信息記憶材料制成，利用特定設(shè)備測(cè)定和儲(chǔ)存水中水垢和鐵銹等相關(guān)物質(zhì)的分子振動(dòng)波形。針對(duì)水中相關(guān)物質(zhì)的分子振動(dòng)波形，再開(kāi)發(fā)多種“超精微振動(dòng)波”，并利用特定技術(shù)將這種波儲(chǔ)存于“量子管通環(huán)的亞原子級(jí)”中。量子管通環(huán)從周?chē)h(huán)境得到能量時(shí)，“超精微振動(dòng)波”即被持續(xù)恒量地釋放出來(lái)，透過(guò)管壁傳入水中。在這種“超精微振動(dòng)波”的作用下，水中的鈣、鎂離子振動(dòng)特性發(fā)生改變，不易結(jié)晶析出形成水垢，起到防垢作用，已經(jīng)形成的水垢也會(huì)在振動(dòng)波的作用下逐步的軟化脫落；鐵與氧反應(yīng)不再生成鐵銹（三氧化二鐵），而是生成磁性氧化鐵（四氧化三鐵），對(duì)新的腐蝕呈惰性反應(yīng)；同時(shí)水的活性得到極大加強(qiáng)，增加對(duì)離子的溶解度和攜行能力，抑制水中菌藻類(lèi)的繁殖和生長(zhǎng)，從而替代化學(xué)藥劑添加處理循環(huán)水，起到阻垢緩蝕、抑菌滅藻的作用。

1.2 量子管通環(huán)特點(diǎn)

（1）高效穩(wěn)定。按規(guī)定方法正確安裝使用，能起到阻銹除垢、殺菌滅藻的效果，長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。

（2）安裝簡(jiǎn)便。沒(méi)有電源，不用切割管道，兩個(gè)半環(huán)用螺栓緊固即可，對(duì)現(xiàn)有管道系統(tǒng)不造成任何影響，可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)安裝。

（3）零維護(hù)費(fèi)用。一旦安裝即不用任何檢測(cè)和維護(hù)。

（4）零運(yùn)行費(fèi)用。不用電源，無(wú)人工、藥劑、檢測(cè)等運(yùn)行費(fèi)用。

（5）綠色環(huán)保。無(wú)需任何化學(xué)添加劑，自然環(huán)保。

（6）節(jié)水節(jié)能效果好。由于結(jié)垢，管路系統(tǒng)熱傳導(dǎo)效率降低最多可達(dá)50%以上，系統(tǒng)補(bǔ)充用水量可高達(dá)1倍以上，能源消耗增加可達(dá)10%以上，采用合適的量子管通環(huán)可使水耗和能耗逐步恢復(fù)到設(shè)計(jì)初始狀態(tài)。

（7）延長(zhǎng)系統(tǒng)使用壽命。對(duì)管路系統(tǒng)在內(nèi)壁形成保護(hù)膜，若管道外無(wú)腐蝕，理論上管道壽命將無(wú)限期延長(zhǎng)。

（8）效費(fèi)比高。在達(dá)到藥劑處理同等或優(yōu)于效果的情況下，綜合考慮節(jié)省人工、藥劑、維護(hù)、能耗、延長(zhǎng)管道壽命等因素，其效費(fèi)比是傳統(tǒng)化學(xué)除垢方法的數(shù)倍。

1.3 量子管通環(huán)安裝方案設(shè)計(jì)

氯化苯循環(huán)水主要在氯化液干燥、氯化反應(yīng)系統(tǒng)、精餾分離系統(tǒng)、氯化尾氣系統(tǒng)使用，根據(jù)氯化苯循環(huán)水在不同工藝單元的使用情況，在不同的循環(huán)回水管道上分別安裝型號(hào)為1套DN200，2套DN250和1套DN300。4套量子管通環(huán)分別對(duì)應(yīng)鹽干燥系統(tǒng)、氯化反應(yīng)系統(tǒng)、精餾分離系統(tǒng)和氯化尾氣系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)既考慮量子管通環(huán)整體分布后對(duì)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)全面處理情況，又對(duì)循環(huán)水要求較高的不同單體實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)調(diào)控。

2 量子管通環(huán)在氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行情況

量子管通環(huán)在氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)投運(yùn)至今，未添加任何化學(xué)藥劑進(jìn)行額外處理，旁濾系統(tǒng)定期運(yùn)行。

2.1 氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)情況

圖1 氯化苯裝置循環(huán)水系統(tǒng)量子管通環(huán)安裝方案示意圖

氯化苯生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)主要為氯化苯的氯化反應(yīng)系統(tǒng)、精餾分離系統(tǒng)、鹽干燥系統(tǒng)及氯化尾氣系統(tǒng)提供冷卻水，循環(huán)水補(bǔ)水為自來(lái)水和氯苯及硝基氯苯裝置塔式精餾分離系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水。安裝量子管通環(huán)前，循環(huán)水和補(bǔ)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)（連續(xù)化運(yùn)行裝置數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，隨機(jī)抽取1組）見(jiàn)表1。

表1 循環(huán)水和補(bǔ)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

從表1可以看出，補(bǔ)水總硬度和電導(dǎo)率均不高（特別是蒸汽冷凝水），該循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)較好。

按照表1數(shù)據(jù)，分別以總硬度法、電導(dǎo)率法和氯離子法計(jì)算循環(huán)水的濃縮倍數(shù)（以自來(lái)水為補(bǔ)水進(jìn)行計(jì)算）。以總硬度法計(jì)算得到的循環(huán)水濃縮倍數(shù)為4.89，以電導(dǎo)率法計(jì)算得到的循環(huán)水濃縮倍數(shù)為5.57，以氯離子法計(jì)算得到的循環(huán)水濃縮倍數(shù)為5.26。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，電導(dǎo)率濃縮倍數(shù)和氯離子濃縮倍數(shù)均高于總硬度濃縮倍數(shù)，系統(tǒng)存在硬度離子結(jié)垢丟失的情況，雖然系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)較好，但該循環(huán)水系統(tǒng)仍然存在結(jié)垢問(wèn)題。

2.2 量子管通環(huán)安裝后的循環(huán)水情況

2.2.1 外觀表現(xiàn)

與傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑法相比，氯化苯生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)安裝量子管通環(huán)一段時(shí)間后,肉眼可看見(jiàn)渾濁的循環(huán)水逐漸變得清澈透明，而且后續(xù)旁濾系統(tǒng)反洗周期由約15天延長(zhǎng)為約35天。未安裝量子管通環(huán)前,循環(huán)水池立柱有菌藻生成，循環(huán)水水池壁上藻類(lèi)繁殖較快，安裝后菌類(lèi)生長(zhǎng)明顯受到抑制，掛壁現(xiàn)象逐漸減少。

2.2.2 氯化苯用循環(huán)水的換熱器及管道等情況

量子管通環(huán)安裝后，氯化苯生產(chǎn)裝置用循環(huán)水的換熱設(shè)備運(yùn)行正常，未出現(xiàn)循環(huán)水側(cè)因腐蝕發(fā)生泄漏停車(chē)的情況，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。在相同負(fù)荷下，換熱器特別是石墨換熱器的進(jìn)出水溫差和剛投用時(shí)相比數(shù)據(jù)變化不大，說(shuō)明了量子管通環(huán)在除垢方面效果明顯。

2.2.3 量子管通環(huán)安裝后濃縮倍數(shù)變化

實(shí)際生產(chǎn)中為了保證循環(huán)水的處理效果，必須控制好循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，較高的濃縮倍數(shù)意味著循環(huán)水中的硬度、堿度較高，循環(huán)水的結(jié)垢趨勢(shì)增大，換熱設(shè)備結(jié)垢趨勢(shì)增大。閏土新材料氯苯分廠氯化苯生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)采用量子管通環(huán)除垢，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水和循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行分析，并計(jì)算濃縮倍數(shù)，驗(yàn)證量子管通環(huán)的防垢、除垢效果，將所得的濃縮倍數(shù)的數(shù)據(jù)繪制成的曲線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水濃縮倍數(shù)變化曲線(xiàn)

由圖2發(fā)現(xiàn)，安裝量子管通環(huán)前后氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)均不太高，安裝量子管通環(huán)后，氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)呈下降趨勢(shì)，且硬度濃縮倍數(shù)始終高于氯離子濃縮倍數(shù)，說(shuō)明系統(tǒng)結(jié)垢較輕。這都與氯化苯循環(huán)水池補(bǔ)充水基本為蒸汽冷凝水為主，自來(lái)水為輔有一定關(guān)系。另外是氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)安裝量子管通環(huán)后，取代了化學(xué)藥劑的添加，一些酸性阻垢劑和含氯殺菌劑不再加入，通過(guò)旁濾系統(tǒng)定期的不斷置換，氯離子和金屬離子濃度逐漸降低至動(dòng)態(tài)平衡。通過(guò)量子管通環(huán)安裝前后數(shù)據(jù)對(duì)比，氯化苯的循環(huán)水經(jīng)歷了從安裝前硬度濃縮倍數(shù)小于氯離子濃縮倍數(shù)到安裝后硬度濃縮倍數(shù)大于氯離子濃縮倍數(shù)的變化，說(shuō)明量子管通環(huán)起到了一定的防垢阻垢效果。

3 掛片實(shí)驗(yàn)

3.1 掛片實(shí)驗(yàn)所用主要化學(xué)試劑及儀器

（1）主要試劑：無(wú)水乙醇。

（2）主要儀器：分析天平（METTLER TOLEDO ME204E），電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司ZG--DC03），碳鋼實(shí)驗(yàn)掛片。

3.2 掛片實(shí)驗(yàn)方法

（1）實(shí)驗(yàn)前處理

用酒精清洗碳鋼掛片表面的油膜，干燥后稱(chēng)重并記錄。

（2）掛片實(shí)驗(yàn)

在氯化苯生產(chǎn)裝置的循環(huán)水系統(tǒng)安裝量子管通環(huán)時(shí)，在循環(huán)水池里吊裝循環(huán)水檢測(cè)用的碳鋼掛片。

（3）實(shí)驗(yàn)后處理

將從氯化苯循環(huán)水池里取出的碳鋼掛片放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干（時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般30 min為宜），烘干后分析天平進(jìn)行稱(chēng)重并記錄，計(jì)算結(jié)垢速率。

其中結(jié)垢速率計(jì)算公式如下。

式中：S—結(jié)垢速率，mm/a；

M—實(shí)驗(yàn)前碳鋼掛片的質(zhì)量，g；

M1—實(shí)驗(yàn)后碳鋼掛片的質(zhì)量，g；

S—碳鋼掛片的總面積，cm2；

T—所用碳鋼掛片實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h。

將不同的碳鋼掛片分別放入超聲波儀器清洗20 min，用工具將掛片表面腐蝕物質(zhì)除去（腐蝕物除去后，再次用超聲波清洗干凈），放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干，對(duì)干燥后的掛片分析天平稱(chēng)重并記錄，參照J(rèn)B/T 7901-1999計(jì)算腐蝕速率[5]。

其中腐蝕速率計(jì)算公式如下。

式中：R—腐蝕速率，mm/a；

M—實(shí)驗(yàn)前碳鋼掛片的試樣質(zhì)量，g；

M1—實(shí)驗(yàn)后碳鋼掛片的試樣質(zhì)量，g；

S—碳鋼掛片的總面積，cm2；

T—碳鋼掛片的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h；

D—所用碳鋼掛片的密度，kg/m3。

腐蝕速率用所實(shí)驗(yàn)的全部平行碳鋼掛片的平均值做曲線(xiàn)，當(dāng)某個(gè)平行試樣的腐蝕速率與平局值的相對(duì)偏差超過(guò)10%時(shí)，應(yīng)取新的碳鋼掛片做重復(fù)試驗(yàn)，用第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)在達(dá)不到要求時(shí)，則應(yīng)同時(shí)計(jì)算兩次實(shí)驗(yàn)全部碳鋼掛片的平均值和每個(gè)碳鋼掛片的腐蝕速率。但腐蝕速率小于0.1 mm/a時(shí)不在此列，此時(shí)應(yīng)表征全部碳鋼掛片的腐蝕速率。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 結(jié)垢速率

將氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水按碳鋼掛片實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間的先后順序檢測(cè)計(jì)算得到的結(jié)垢速率繪制成的曲線(xiàn)見(jiàn)圖3。

圖3 氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水碳鋼掛片結(jié)垢速率變化曲線(xiàn)

從圖3可以看出，氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)的管路安裝量子管通環(huán)之后，循環(huán)水中碳鋼掛片結(jié)垢速率處于相對(duì)平穩(wěn)的下降趨勢(shì)，由最初的15.9 mg/（cm2·月）下降到現(xiàn)在的10 mg/（cm2·月）以下[已符合低于15 mg/（cm2·月）]的標(biāo)準(zhǔn)[6]要求，說(shuō)明量子管通環(huán)除垢阻垢效果明顯。

3.3.2 腐蝕速率

將氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水按碳鋼掛片實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)間的先后順序檢測(cè)計(jì)算得到的腐蝕速率，繪制成的曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。

圖4 氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水碳鋼掛片腐蝕速率變化曲線(xiàn)

從圖4可以看出，氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)的管路安裝量子管通環(huán)之后，循環(huán)水中碳鋼掛片的腐蝕速率處于持續(xù)穩(wěn)定下降趨勢(shì)，安裝初期最高值0.298mm/a，使用過(guò)程中最小值0.138 mm/a，下降到現(xiàn)在的0.145 mm/a以下（已符合低于0.155 mm/a）的標(biāo)準(zhǔn)[6]要求，說(shuō)明量子管通環(huán)防腐蝕效果明顯，而且仍呈下降趨勢(shì)，腐蝕速率有進(jìn)一步降低的可能。

4 經(jīng)濟(jì)效益

（1）運(yùn)行成本低

在2 000 m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)中，量子管通環(huán)法平均運(yùn)行費(fèi)用為3.3萬(wàn)元/a（平均使用年限可達(dá)10年）；而在2 000 m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)中，藥劑法平均運(yùn)行費(fèi)用為10萬(wàn)元/a。因此，不考慮每年定期檢修酸洗除垢的費(fèi)用，相比藥劑法，2 000 m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)采用量子管通環(huán)處理可節(jié)約費(fèi)用6.7萬(wàn)元/a。

（2）節(jié)約水費(fèi)

后續(xù)旁濾系統(tǒng)反洗周期由約15天延長(zhǎng)為約35天，每次反洗水約為4m3，可人工設(shè)置。每年節(jié)省排水約56 m3，排水作為廢水和工藝水收集集中處理，節(jié)約費(fèi)用4200元/a。

5 系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題及整改措施

氯化苯循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用量子管通環(huán)后，整體效果優(yōu)于傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法，截至目前還未出現(xiàn)因循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕造成的停車(chē)現(xiàn)象。但由于該循環(huán)水系統(tǒng)有部分管道為地埋管道，曾有次連續(xù)暴雨后地埋管因安裝問(wèn)題出現(xiàn)了爆管，部分污泥進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水變渾，相比采用藥劑法，沒(méi)有起到明顯的改善作用。

針對(duì)循環(huán)水變渾的情況，經(jīng)過(guò)與廠家溝通，結(jié)合量子管通環(huán)的原理，這種情況旁濾器的作用非常關(guān)鍵。后短期增加了循環(huán)水的反洗頻次，循環(huán)水濁度很快恢復(fù)正常，目前量子管通環(huán)使用情況良好。

6 結(jié)論

（1）量子管通環(huán)可用于結(jié)垢型水體，對(duì)換熱設(shè)備特別是涉及精餾分離裝置的換熱設(shè)備結(jié)垢起到了很好的除垢及阻垢作用，極大提升了換熱效果；

（2）量子管通環(huán)對(duì)換熱設(shè)備防腐起到了一定的促進(jìn)作用，效果持續(xù)穩(wěn)定；

（3）量子管通環(huán)可取代化學(xué)藥劑的使用，免維護(hù)，減少反洗次數(shù)，減少了水排放。