定期进行循环水清洗预膜 提高换热效率的思考

上海石洞口煤气制气有限公司 陈美丽

0 前言

上海石洞口煤气制气有限公司制气生产装置配套有两套循环水系统，其中一套装置主要提供给三条生产线装置中的换热设备冷却用；另外一套给变压吸附装置提供空气的压缩机冷却用。两套系统可以单独使用也可以联通使用，视具体实际情况而定。

1 定期进行循环水清洗预膜的必要性

冷却水在循环系统中不断循环使用。由于水的温度升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外收到阳光照射，风吹雨淋，灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生沉积物的附着，设备腐蚀和菌藻微生物的大量滋生，由此形成粘泥污垢堵塞管道等问题。

多数换热器用碳钢形成，碳钢的导热系数为46.4～52.2 W/(m·K)，碳酸盐垢的导热系数为0.464～0.697 W/(m·K)，只有碳钢的1%左右。因此沉积物的存在将大大降低换热器的冷却效果。与此同时，沉积物还使换热器中循环水通道的截面积和循环水的通量变小，使冷却效果进一步降低，从而增加生产成本。

沉积物覆盖于金属表面，也为垢下腐蚀创造了必要的条件。因此，不论从提高冷却效果来考虑，还是从防止腐蚀来考虑，冷却水系统都应定期进行清洗，以除去金属表面上的那些沉积物；除去微生物生长所需的养料、基地和庇护所以及微生物本身等。

一般情况下，我们公司每隔1～2年，在生产装置停产检修时都会进行一次彻底的清洗和预膜，以保证生产的长期稳定性。

2 清洗预膜工作过程描述

2.1 整个清洗预膜工艺流程

清洗预膜工艺流程见图1。

2.2 清洗预膜工艺过程的介绍及注意事项

2.2.1 回路清理

回路清理的目的，是为了保证整个循环水回路的清洁，达到清洗的质量指标(如浊度等)要求。它是整个清洗预膜过程的前提条件。

通过循环水回路补充自来水进行清洗，将回路中的所有换热设备打开，低点及取样冷却器进行排污，以保证回路的清洁。

为了方便两套装置各自进行加药和控制，我们采用两套循环水系统独立运行的方式。

2.2.2 剥离

剥离的目的，是通过加药将紧紧粘附于管道中的生物粘泥自然脱落下来。

图1 清洗预膜工艺流程示意

由于系统是敞开式循环水系统，循环水的冷却过程中会吸附空气中的灰尘等，且长期经受阳光的照射，循环水中会滋生出大量的微生物及藻类。通过日常的杀菌处理虽能降低细菌的危害，但细菌残骸以及细菌产生的生物粘泥很可能吸附于管道及装置中，因此必须通过有效的剥离剂才能将其剥离。

在剥离前，我们对循环水进行了原始水质分析，以作清洗效果对比之用。

表1 原始水质分析

我公司采用的剥离剂为JN-964，它对循环水中各种异养菌有较好的杀灭作用，由于其含高浓度的渗透剂和剥离剂，所以对循环水由于物料泄露和细菌繁殖引起的粘泥有很好的剥离作用。

我们分别在两套系统中加入剥离剂JN-964，要求使用浓度达到300 mg/L。维持系统密闭运行，此时发现循环水的浊度明显上升。一般剥离运行时间需要24 h。

2.2.3 化学清洗

化学清洗是处理过程中的一个关键环节。它是通过向循环水系统投加大剂量的化学清洗药剂将系统中的硬垢、锈等靠水冲洗没法除去的物质清除掉，起到清洁系统和为预膜工作打基础的作用。

我公司使用JN-961 高效化学清洗剂，它是主要由氨基磺酸及表面活性剂组成的白色粉末，因此贮存、运输及使用十分方便安全。JN-961 采用氨基磺酸为主剂，加入水中后，它能像盐酸一样与碳酸钙垢等反应而进行清洗，而且它不含卤素离子，对金属的腐蚀性比一般无机酸均小，尤其是不易产生氢脆现象，要求使用浓度1 000 mg/L。

剥离剂在密闭系统内运行24 h 后，加入高效化学清洗剂JN-961 进行清洗。在清洗过程中，我们通过陆续补充清洗剂来调节pH 的平稳。

(1)清洗期间要控制的指标：

在清洗期间，循环水的pH 控制要平稳，维持在5.0～5.5 之间；

药剂浓度的控制要稳定，要求总磷指标波动不大，趋于平稳。

(2)清洗期间要注意的指标：

清洗过程中要不断监测循环水的指标，如浊度、钙离子、总铁等。随着时间的延长，发现浊度、钙离子、总铁等指标明显有升高趋势，其中以总铁离子指标最为明显，这也说明了系统中存在的腐蚀问题。化学清洗时间基本维持在24～48 h 左右，判断依据是浊度、钙离子、总铁三项指标趋于平稳，此时可以认为清洗过程可以结束了。

(3)监测腐蚀情况：

清洗过程中我们在水池中挂入碳钢挂片(面积为28 cm2)，来监测腐蚀速率。挂片的分析数据见表2。

表2 挂片的分析数据

从上述分析数据可以看出，整个系统的化学清洗是安全的，并取得了预期的清洗效果。(行业化学清洗标准为：碳钢腐蚀速率＜3 g/(m2·h))

2.2.4 置换

清洗过后的循环水的浊度及其离子指标较高，需通过排污来使清洗后的污物去除，以免形成二次沉降，一般来说底排是较为可行的方法。我们两套水池均没有底部排污，因此，只有通过大流量潜水泵进行水体置换。

化学清洗后，我们通过停止循环水泵，采用潜水泵把水池中水全部抽干。重新注满新水后，再次开启循环水泵，通过大排大补进行置换，直至循环水水质指标合格，测得两套系统浊度分别为2.40 和2.05 mg/L，总铁分别为0.42 和0.32 mg/L，此时已符合下一步预膜的质量要求。停止置换。

2.2.5 预膜

预膜的目的是让清洗后处于活化状态下的新鲜金属表面上在投入正常运行之前预先产生一层完整而耐蚀的保护膜。

在置换好的系统内，我们加入高效缓蚀增效剂W-5，要求浓度达到300 mg/L，同时加入阻垢缓蚀剂W-505，要求浓度达到100 mg/L。

W-5 是一种有机磷沉膜，有机磷预膜与传统预膜方式对比，其好处是预膜后水体不用置换，可直接转入正常运行，成膜致密，对水质要求不是很高。但颜色较浅，成膜时间较长。我们可以通过在水池中置入碳钢腐蚀试片，来监测碳钢的成膜状况。在加入W-5 的3～5 天后，如发现试片上有明显的色晕，说明预膜已经成功。预膜后的水质分析见表3。

表3 预膜后的水质分析数据

成膜后，按正常运行状态下控制加药和管理。

3 结论及思考

通过清洗，各项数据表明，我公司煤气生产装置中的循环水系统存在着腐蚀现象，这可能与系统长期低浓缩倍数运行，生产负荷较小有一定的关系。

要使循环水系统能够更大地提高换热效率，优化工艺操作，保持连续的生产周期，延长设备的使用寿命，对循环水系统定期清洗和预膜是非常有必要的。