蔣華鋒，李志軍

濰坊金石環(huán)?？萍加邢薰荆綎| 濰坊 261300

對于化工生產裝置系統(tǒng)來說，設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物。為了確保冷卻水系統(tǒng)達到并保持設計冷卻效率，必須始終維持冷卻設備的清潔運行，并且投加適當的水處理藥劑。

濰坊金石環(huán)?？萍加邢薰局饕a精細石油化工產品，目前擁有一套開放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，補水采用當地的地下水源，水質硬度較高，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)水質時常會呈現微紅混濁狀態(tài)，這說明在目前的水質運行條件下，系統(tǒng)已經出現了管道設備腐蝕問題，產生了大量的黃銹水。另外，車間某些換熱器系統(tǒng)進回水溫差較低，說明系統(tǒng)存在一定的結垢傾向，換熱效率較低［2］。

以上問題的出現不僅造成循環(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)進行及時的清洗預膜處理［3］，以保證生產及設備的正常穩(wěn)定運行。

為了在清洗的同時不中斷生產，不影響產能，本研究制定了在線清洗預膜方案，清洗藥劑選用了對設備損傷較小的復合有機系［4］清洗預膜劑，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)量大小等數據。裝置設備主要是不銹鋼、碳鋼與紫銅3 種常見材質。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)應該存在一定的結垢傾向。

表1 系統(tǒng)工況條件

1.2 系統(tǒng)水質情況

系統(tǒng)補水主要采用當地的地下水，其補水水質及循環(huán)水運行情況如表2所示。

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

表2 系統(tǒng)補水水質情況

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 電導率儀、PHS-3C 酸度計，均為上海精科儀器有限公司生產。

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 預膜劑，規(guī)格30%；QX-51010預膜助劑，規(guī)格20%；預膜分散劑，規(guī)格20%；滲透劑，規(guī)格20%，均為濰坊金石環(huán)?？萍加邢薰緩团渖a。

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)的黏泥剝離已經接近終點，遂結束檢測，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系統(tǒng)藥劑濃度大，殺菌力強，但是往往對系統(tǒng)內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)化學清洗

水質置換完畢后，準備進入全系統(tǒng)化學清洗階段。

于2021年6月28日9：30 開啟循環(huán)水池循環(huán)泵，此時水質較渾濁。循環(huán)一段時間后，10：00 取樣檢測，pH 為7.7、電導為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)測清洗劑對設備的腐蝕情況，選用和設備相同材質的掛片進行同步監(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鍵環(huán)節(jié)，清洗劑的選擇和投加既要保證對腐銹和結垢具有較好的清洗作用，還要最大限度地減輕對設備的損傷。本方案選擇的清洗劑為有機系復合型清洗劑，主要是通過藥劑中對鐵、鈣等金屬離子具有優(yōu)異絡合作用的組分進行清洗去除［7］，其酸損害程度小，不會對設備造成穿孔損害，可以最大限度地保證清洗設備的安全，延長設備的使用壽命。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)預膜處理

循環(huán)水池換水約26.5 h 后，取樣檢測發(fā)現其濁度為15.5 NTU，水質已基本澄清，開始進入下一步預膜階段，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 預膜劑、50 kg QX-51010預膜助劑及25 kg預膜分散劑。系統(tǒng)運行一段時間后加H2SO4調pH 并控制在6.0～7.0；調好pH后懸掛預膜掛片進行監(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。當觀察水池中預膜掛片有明顯藍紫色光暈后，結束預膜，此時預膜時間為47 h。

預膜階段也同樣重要，預膜的前提是保證金屬設備表面清洗完全，盡可能達到光潔無污垢附著物。同時預膜劑的配置和選用更為關鍵，本方案采用預膜劑、預膜助劑以及預膜分散劑3 種藥劑配合使用，一是可以使預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膜劑成膜［9］的影響，這樣在保證預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 清洗過程結束

預膜結束后，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，轉入正常運行狀態(tài)。

3 結果與討論

3.1 水質數據變化

本次清洗過程整體水質數據變化情況如表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HGT 2387—2007《工業(yè)設備化學清洗質量標準》進行計算，結果如表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)的清洗預膜［10］，表明本方案對設備基本無腐蝕，完全達到了預期。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 預膜掛片效果

圖6是經預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，說明已經在金屬表面形成了一層保護膜。用CuSO4溶液進行紅點檢驗，結果顯示預膜掛片出現紅點的時間差為預膜片＞25 s、空白片＜3 s，表明此次預膜效果非常理想。

圖6 預膜掛片

3.4 現場清洗效果

循環(huán)水池清洗過程如圖7所示。由圖7可知：循環(huán)水池內可以看到大量明顯的污垢漂浮，應該都是設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 結論

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