蔣華鋒，李志軍

濰坊金石環(huán)保科技有限公司，山東 濰坊 261300

對于化工生產(chǎn)裝置系統(tǒng)來說，設(shè)備和管道在安裝過程中容易留有碎屑、雜物和塵土，有時冷卻設(shè)備的銹蝕和油污也很嚴重，這些雜物和油污如不清洗干凈，將會對系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重的危害。比如鐵離子含量的升高，除了本身積累在系統(tǒng)中對系統(tǒng)管道造成阻塞形成垢下腐蝕外［1］，還會給水體中的鐵細菌提供充足的營養(yǎng)源，對系統(tǒng)產(chǎn)生更深一步的腐蝕危害。特別是運行多年的冷卻水系統(tǒng)，都含有輕重不同的油類、黏泥、污垢以及各種腐蝕產(chǎn)物。為了確保冷卻水系統(tǒng)達到并保持設(shè)計冷卻效率，必須始終維持冷卻設(shè)備的清潔運行，并且投加適當(dāng)?shù)乃幚硭巹?/p>

濰坊金石環(huán)?？萍加邢薰局饕a(chǎn)精細石油化工產(chǎn)品，目前擁有一套開放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，補水采用當(dāng)?shù)氐牡叵滤矗|(zhì)硬度較高，Cl-含量也偏高。自2009年正式運行至今，該系統(tǒng)一直未進行清洗預(yù)膜，主要靠日常加藥及排污維持系統(tǒng)的運行，前期運行較為正常，隨著運行年限的增加，循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)時常會呈現(xiàn)微紅混濁狀態(tài)，這說明在目前的水質(zhì)運行條件下，系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了管道設(shè)備腐蝕問題，產(chǎn)生了大量的黃銹水。另外，車間某些換熱器系統(tǒng)進回水溫差較低，說明系統(tǒng)存在一定的結(jié)垢傾向，換熱效率較低［2］。

以上問題的出現(xiàn)不僅造成循環(huán)水系統(tǒng)換熱效率的低下，能源的損耗和浪費，而且給系統(tǒng)的安全正常運行帶來巨大的風(fēng)險。為了徹底解決以上問題，需要對整個系統(tǒng)進行及時的清洗預(yù)膜處理［3］，以保證生產(chǎn)及設(shè)備的正常穩(wěn)定運行。

為了在清洗的同時不中斷生產(chǎn)，不影響產(chǎn)能，本研究制定了在線清洗預(yù)膜方案，清洗藥劑選用了對設(shè)備損傷較小的復(fù)合有機系［4］清洗預(yù)膜劑，從而改善循環(huán)水系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概況

1.1 系統(tǒng)工況條件

系統(tǒng)工況條件（表1）提供了該裝置循環(huán)水系統(tǒng)的容水量與循環(huán)量大小等數(shù)據(jù)。裝置設(shè)備主要是不銹鋼、碳鋼與紫銅3 種常見材質(zhì)。特別注意的是換熱器進出口溫差僅為3～4℃，溫差相對偏低，說明換熱效率不高，系統(tǒng)應(yīng)該存在一定的結(jié)垢傾向。

表1 系統(tǒng)工況條件

1.2 系統(tǒng)水質(zhì)情況

系統(tǒng)補水主要采用當(dāng)?shù)氐牡叵滤?，其補水水質(zhì)及循環(huán)水運行情況如表2所示。

由表2可以看出：該補水水質(zhì)總硬度較高，電導(dǎo)率超過1 000 μS/cm，水質(zhì)屬于中硬度水質(zhì)，特別是在溫度略高的情況下，具有較大的結(jié)垢傾向。另外，水質(zhì)中腐蝕性Cl-含量偏高，系統(tǒng)也存在一定的腐蝕風(fēng)險［5］。

表2 系統(tǒng)補水水質(zhì)情況

2 方案的實施

2.1 主要儀器及藥劑

722N 可見分光光度計、WGZ-200 濁度儀、DDS-307A 電導(dǎo)率儀、PHS-3C 酸度計，均為上海精科儀器有限公司生產(chǎn)。

QX-901黏泥剝離劑，規(guī)格20%；QX-51017緩蝕劑，規(guī)格25%；QX-101 清洗劑，規(guī)格30%；QX-51014 清洗助劑，規(guī)格25%；QX-51009 預(yù)膜劑，規(guī)格30%；QX-51010預(yù)膜助劑，規(guī)格20%；預(yù)膜分散劑，規(guī)格20%；滲透劑，規(guī)格20%，均為濰坊金石環(huán)保科技有限公司復(fù)配生產(chǎn)。

2.2 實施過程

2.2.1 全系統(tǒng)黏泥剝離

2021年6月26日13：00首先測定循環(huán)水池中水的pH 為8.0、濁度為10.2 NTU。根據(jù)保水量分兩次加入藥劑，第一次投加40 kg QX-901 黏泥剝離劑和10 kg 滲透劑，第二次投加35 kg QX-901黏泥剝離劑和5 kg滲透劑，2次投加間隔2 h，加藥位置位于集水池進泵口，運行過程中發(fā)現(xiàn)泡沫逐漸增多，于是投加少許消泡劑進行消泡。在系統(tǒng)運行過程中定期測定循環(huán)水池中水的濁度和pH，運行至6月27日14：00 左右（約25 h）時，檢測發(fā)現(xiàn)循環(huán)水的濁度基本不再繼續(xù)升高，表明系統(tǒng)的黏泥剝離已經(jīng)接近終點，遂結(jié)束檢測，開始進行排水置換，排水至濁度小于20 NTU。

一般系統(tǒng)做黏泥剝離，藥劑大多是一次性投加［6］，這樣的好處是短時間內(nèi)系統(tǒng)藥劑濃度大，殺菌力強，但是往往對系統(tǒng)內(nèi)菌藻黏泥的剝離效果不是很理想，藥劑瞬間濃度過大，外層被殺滅的菌藻容易對里面的黏泥形成包裹作用，反而導(dǎo)致剝離效果不理想。本實施方案分2 次投加黏泥剝離劑，既保證每次的投加濃度達到殺菌剝離的效果，又避免了上述弊端，同時配合單獨的滲透劑投加，殺菌、黏泥剝離效果更好。

2.2.2 全系統(tǒng)化學(xué)清洗

水質(zhì)置換完畢后，準備進入全系統(tǒng)化學(xué)清洗階段。

于2021年6月28日9：30 開啟循環(huán)水池循環(huán)泵，此時水質(zhì)較渾濁。循環(huán)一段時間后，10：00 取樣檢測，pH 為7.7、電導(dǎo)為1 300.43 μS/cm、濁度為130.3 NTU、含鐵8.98 mg/L。

試驗于循環(huán)水池東側(cè)扶梯處開始，依次投加87.5 kg QX-51017 緩蝕劑、50 kg QX-101 清洗劑及75 kg QX-51014 清洗助劑，約10 min 后，水面漂浮較多泡沫；約30 min 后取樣檢測，通過投加H2SO4控制水的pH為5.5～6.5。

在清洗過程中，為了監(jiān)測清洗劑對設(shè)備的腐蝕情況，選用和設(shè)備相同材質(zhì)的掛片進行同步監(jiān)測。試驗于16：00 系統(tǒng)運行穩(wěn)定后開始，掛上兩片碳鋼、兩片不銹鋼清洗腐蝕監(jiān)測掛片，此后每4小時取樣檢測pH、濁度、含鐵和Ca2+，發(fā)現(xiàn)濁度、含鐵和Ca2+等呈弧形上升趨勢，運行至6月29日16：00（約30 h）時各項指標趨于穩(wěn)定。由于排水系統(tǒng)出現(xiàn)問題，至6月30日14：00 才開始排水置換，并于16：00 取下清洗腐蝕監(jiān)測掛片，進行清洗、干燥、稱量。

循環(huán)水池投加藥劑并運行一段時間后，可以明顯看出水面泡沫豐富，懸浮的棕紅色以及黑色雜質(zhì)逐步增多，說明系統(tǒng)中的腐銹、污垢等被逐漸清洗剝離下來，清洗效果較為顯著。

清洗階段是整個方案的重點和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，清洗劑的選擇和投加既要保證對腐銹和結(jié)垢具有較好的清洗作用，還要最大限度地減輕對設(shè)備的損傷。本方案選擇的清洗劑為有機系復(fù)合型清洗劑，主要是通過藥劑中對鐵、鈣等金屬離子具有優(yōu)異絡(luò)合作用的組分進行清洗去除［7］，其酸損害程度小，不會對設(shè)備造成穿孔損害，可以最大限度地保證清洗設(shè)備的安全，延長設(shè)備的使用壽命。此外，本次實施方案特別配制了清洗助劑，該助劑成分主要是具有強分散性能的分散劑，能夠及時把清洗下來的銹垢顆粒等進行分散［8］，不至于造成二次沉積，便于后續(xù)能夠順利地置換排出系統(tǒng)，可以起到更好的清洗去除效果。

2.2.3 全系統(tǒng)預(yù)膜處理

循環(huán)水池換水約26.5 h 后，取樣檢測發(fā)現(xiàn)其濁度為15.5 NTU，水質(zhì)已基本澄清，開始進入下一步預(yù)膜階段，于7月1日16：45 開始向系統(tǒng)集水池湍流區(qū)投加100 kg QX-51009 預(yù)膜劑、50 kg QX-51010預(yù)膜助劑及25 kg預(yù)膜分散劑。系統(tǒng)運行一段時間后加H2SO4調(diào)pH 并控制在6.0～7.0；調(diào)好pH后懸掛預(yù)膜掛片進行監(jiān)測，并取水樣測其總磷為108.9 mg/L，水樣中總磷量超過100 mg/L即合格。當(dāng)觀察水池中預(yù)膜掛片有明顯藍紫色光暈后，結(jié)束預(yù)膜，此時預(yù)膜時間為47 h。

預(yù)膜階段也同樣重要，預(yù)膜的前提是保證金屬設(shè)備表面清洗完全，盡可能達到光潔無污垢附著物。同時預(yù)膜劑的配置和選用更為關(guān)鍵，本方案采用預(yù)膜劑、預(yù)膜助劑以及預(yù)膜分散劑3 種藥劑配合使用，一是可以使預(yù)膜劑分散分布更均勻，有利于均勻附著；二是可以有效避免水質(zhì)置換不完全造成的水中各種離子對藥劑的消耗并能減輕對預(yù)膜劑成膜［9］的影響，這樣在保證預(yù)膜效果的同時還可以節(jié)約更多的新鮮補水，意義重大。

2.2.4 清洗過程結(jié)束

預(yù)膜結(jié)束后，開啟補水閥門，進行邊排邊補置換，一段時間后取樣檢測，濁度為5.6 NTU，總磷為6.7 mg/L，可以判定置換完畢，此時停止補水置換，轉(zhuǎn)入正常運行狀態(tài)。

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)數(shù)據(jù)變化

本次清洗過程整體水質(zhì)數(shù)據(jù)變化情況如表3所示。

表3 循環(huán)水指標變化情況

本次清洗過程中，循環(huán)水池中水質(zhì)濁度由最初的130.3 NTU 逐步上升至最大值603.3 NTU，其變化趨勢如圖1所示。由圖1可知：水質(zhì)濁度上升趨勢特別明顯，水體渾濁度增大，表明水中各種離子增多、清洗下來的銹垢較多。

圖1 循環(huán)水池的濁度變化趨勢

循環(huán)水池中總鐵含量變化趨勢如圖2所示。由圖2可知：清洗過程中，循環(huán)水系統(tǒng)總鐵由8.98 mg/L 上升至最高26.4 mg/L，之后略有下降，但整體上升趨勢很明顯，以保有水量250 m3計，粗略估算，約清洗下鐵銹（以Fe2O3計）12.5 kg。

圖2 循環(huán)水池的總鐵變化趨勢

循環(huán)水系統(tǒng)中Ca2+含量變化趨勢如圖3所示。由圖3可知：循環(huán)水系統(tǒng)Ca2+由210.20 mg/L 上升至最高343.33 mg/L，之后基本維持不變，說明Ca2+濃度基本達到最大，整個系統(tǒng)中的鈣垢基本達到最大清洗程度。以保有水量250 m3計，粗略估算，清洗下結(jié)垢（以CaC03計）83 kg。

圖3 循環(huán)水池Ca2+的變化趨勢

由循環(huán)水池中Ca2+、總鐵、濁度的前后變化情況，可以清楚地看到清洗的終點時間，同時也表明此次清洗效果較為明顯，整個系統(tǒng)的銹垢有了大幅度的消減。

3.2 清洗掛片腐蝕情況

對碳鋼、不銹鋼清洗監(jiān)測掛片進行清洗、干燥、稱量，并依據(jù)HGT 2387—2007《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標準》進行計算，結(jié)果如表4所示。由表4可知：清洗過程中掛片腐蝕率遠小于行業(yè)標準，而且小于一般常規(guī)的清洗預(yù)膜［10］，表明本方案對設(shè)備基本無腐蝕，完全達到了預(yù)期。處理后的掛片情況如圖4和5 所示。由圖4～5 可以清楚地看到：不論是不銹鋼掛片還是碳鋼掛片，基本都是表面光潔、無明顯腐蝕銹點。

表4 清洗掛片腐蝕率檢測情況

圖4 不銹鋼掛片

圖5 碳鋼掛片

3.3 預(yù)膜掛片效果

圖6是經(jīng)預(yù)膜后的紅點檢測掛片。由圖6可知：肉眼觀察有明顯的藍紫色光暈，說明已經(jīng)在金屬表面形成了一層保護膜。用CuSO4溶液進行紅點檢驗，結(jié)果顯示預(yù)膜掛片出現(xiàn)紅點的時間差為預(yù)膜片＞25 s、空白片＜3 s，表明此次預(yù)膜效果非常理想。

圖6 預(yù)膜掛片

3.4 現(xiàn)場清洗效果

循環(huán)水池清洗過程如圖7所示。由圖7可知：循環(huán)水池內(nèi)可以看到大量明顯的污垢漂浮，應(yīng)該都是設(shè)備管道清洗下來的銹垢等，表明本次清洗起到了明顯的作用。

圖7 循環(huán)水池清洗過程照片

后期選取車間一臺列管式碳鋼換熱器進行開蓋觀察，換熱器清洗效果如圖8所示。由圖8可知：附著在列管上的黏泥腐銹以及結(jié)垢等均已清洗除去，列管表面光亮如初，獲得了理想的效果。

圖8 換熱器清洗效果

3.5 存在的問題

本研究未充分考慮到補排水的困難，造成了現(xiàn)場補水置換環(huán)節(jié)耽擱時間較多，池水濁度短時間降不下來，一是浪費了不少時間，二是對后續(xù)的預(yù)膜效果有一定的不利影響。這個需要在今后類似的實踐工作中予以充分考慮。

4 結(jié)論

此次全系統(tǒng)在線清洗預(yù)膜實踐，由于制定了科學(xué)合理的方案，選用了對設(shè)備損傷較小的復(fù)合有機體系的清洗預(yù)膜劑，不中斷生產(chǎn)，不影響產(chǎn)能，對設(shè)備損傷小，清洗預(yù)膜效果良好，有力保證了生產(chǎn)設(shè)備的安全持續(xù)運行。