化学清洗及预膜在工业循环冷却水管道系统中的应用研究

王普磊 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

1 工程概况

XX显示科技（XX）有限公司10.5代（及其它高世代）玻璃基板项目——冷却水系统。

项目内容 基本情况开式系统循环泵台数/循环量 7×725m 3/h开式冷却水系统蓄水量 350m 3循环水种类 市政自来水管材及附件材质 20#碳钢管

本次项目的药剂采用的是XX公司研发的药剂。

2 循环水管道系统化学清洗、预膜基本认知与理论依据

2.1 化学清洗的目的

①清洗管道系统工程安装结束后的遗留物，如焊渣、油脂、灰尘等；

②防止试压过程中产生金属腐蚀；③生物粘泥。

2.2 管道预膜的目的

同清洗一样，预膜是水处理技术中重要的预处理过程之一。利用预膜材料在金属表面上起化学反应与金属连为一体，在水与金属表面之间形成一层保护膜，起到缓蚀的作用，同时也降低水垢在金属上的沉积，为日后的水处理打下良好的基础。

2.3 管道系统化学清洗、预膜钝化规范依据

《工业设备化学清洗质量验收规范》（GB/T25146-2010）

《工业设备化学清洗中金属腐蚀率及腐蚀总量的测试方法重量法》（GB/T25147-2010）

《工业设备化学清洗中除垢率和洗净率测试方法》（GB/T25148-2010）

《工业设备化学清洗中碳钢钝化膜质量的测试方法 红点法》（GB/T25149-2010）

3 化学清洗、预膜的一般程序及注意事项

3.1 化学清洗、预膜程序

水力冲洗→粘泥剥离清洗→漂洗→中性螯合物清洗→二次漂洗→拆洗过滤器→预膜→日常处理

3.1.1 水力冲洗

先用清水对系统进行循环，以去除安装期间带入的泥砂和大部分异物。系统中如有旁通管路，应先采用旁通管路进行循环。

3.1.2 粘泥剥离清洗

采用SY—345粘泥剥离清洗剂，对各系统循环水管路系统金属表面的粘泥进行湿润、渗透、乳化等综合作用，使其溶解脱落，以便达到清洗脱落的目的。使用量为400ppm，循环时间8h。

SY—345粘泥剥离清洗剂该剂是一种季铵盐化合物，具有优良杀菌灭藻作用，可清除管壁或冷却塔上的粘泥及藻类。

3.1.3 漂洗

先用SPG-10消泡剂，通过补充新水的方法漂洗系统中被溶解下来的污垢，直至无明显沉淀物。消泡剂药量为0.10kg/m3。

3.1.4 中性螯合物清洗

采用SY-343中性螯合物清洗剂在对各系统循环水管路系统金属表面的油脂、铁锈进行渗透、乳化、螯合等综合作用，使其溶解脱落，以便达到清洗脱落的目的。本产品对金属表面没有腐蚀作用，尤其适用于新安装和运行周期不长的中央空调、工艺冷却水管路系统清洗，可避免酸碱溶液对镀锌管及其它管道配件的破坏。且对各种橡胶材质的密封垫片、密封胶无致老化的副作用。使用量为2～4kg/m3。循环时间 24h。

SY-343中性螯合物清洗剂：复合配方，该剂以表面活性剂、螯合物和分散剂为主体的清洗液。能有效地降低水的表面张力，具有浸润、渗透、乳化、分散、剥离、溶解等综合作用。该剂是一种优良的油脂、浮锈及泥沙清洗剂，能快速去除金属表面上的油脂、浮锈及建筑垃圾使金属表面得到净化。使用量2000～4000ppm。

理化指标：

外观：白色糊状体

密度：1.10～1.15

PH:8.0～9.0

使用方法：

工业循环水系统中加本清洗剂3000～4000ppm，循环24h至浊度最大时，用清水置换系统中的循环水至浊度小于20ppm（目测水样澄清）。如发生大量泡沫时，投加消泡剂即可消除泡沫。

3.1.5 二次漂洗

先用SPG-10消泡剂，通过补充新水的方法漂洗系统中被溶解下来的污垢，直至无明显沉淀物。消泡剂药量为0.10kg/m3。

3.1.6 拆洗过滤器

漂洗结束后，系统各个过滤器拆除清洗。

3.1.7 系统预膜

①开式系统预膜

用SY-342预膜剂对冷却水管路系统进行预膜，预膜时间48h。使用量分别为2000 ppm。在系统没有正式投入使用前，该药剂一直停留在系统中，以保护管路系统不再被循环水腐蚀。直到正式投入时，用清水置换至澄清，然后投加日常水处理药剂，如阻垢剂、杀菌剂。

SY-342预膜剂：该剂为阴极型的高效预膜剂，由多聚磷酸盐和催化剂组成，在水中溶解度大，能快速与两价金属离子螯合，在金属表面上形成一层致密的保护层。

物化指标：

外观：半透明有粘性的液体

固含量：50.00±5.00

密度：1.10～1.15

PH:7.0±0.5

使用方法：

经中性螯合物清洗干净的系统，用清水漂洗至浊度＜20 ppm(或肉眼观察没有明显的沉淀物)。往系统中投加2000ppm，在常温下循环48h。若有加温条件，在40℃～50℃条件下循环36h即可。然后，经过漂洗，使循环水的浊度降＜20随后可投入水质保养剂，进入正常运行状态。

②闭式系统预膜

用SY—350闭式水处理药剂对闭式管路系统进行预膜，成膜时间一周以上（本组份药剂留在系统中作为基础药剂，不排放）。药剂使用量为4000ppm。

SY—350闭式水处理药剂：该剂是一种专为密闭系统设计的工业循环水用的缓蚀阻垢剂，是一种良好的缓蚀剂，对钢铁和铜均有优良的缓蚀效果；能很好把系统的PH值控制在8～10之间，从总体上防止了金属表面的腐蚀。

SY—350缓蚀剂主要有亚硝酸盐、钼酸盐、BTA等组成，是目前密闭系统中应用较多，性能卓越的缓蚀剂之一。对碳钢、铜、合金钢、铝材等多种材质均有良好缓蚀性能，本品适用于系统泄漏量小的密闭循环水冷却系统。

外观：淡黄色液体；PH(1%):8.0～8.5。

用途：本品适用于密闭系统以乙二醇、乙醇、甲醇、工业水、软化水等作冷媒的冷冻水及热水系统作缓蚀剂用，也可用于防冻液、油轮、油罐中作水相缓蚀剂，以解决浅腐蚀问题，也适用于中央空调系统冷冻水系统。

使用方法：按系统保有水量，开车时一次性投加3000～4000m g/L，可不进行预膜处理。如在油轮或油罐中作防腐蚀剂时，应与破乳剂配合使用更佳。

注：如果配合得当，进展顺利，整个清洗预膜会在5～7d内完成。

3.1.8 日常处理

对于开式系统，按照系统排污量投加开式缓蚀阻垢剂；对于闭式系统，在系统清洗预膜阶段由于投加了足量的缓蚀剂（前提是清洗预膜后，系统水未换过），后期日常保养阶段适当偶尔补充即可。

3.2 预膜过后、日常运维之前注意事项

3.2.1 开式系统

由于在系统没有正式投入使用前，预膜药件将一直停留在系统中（保护管路系统不再被循环水腐蚀。当系统正式投入使用时，应用清水置换至澄清，然后投加日常水处理药剂，如阻垢剂、杀菌剂）。预膜后如果未及时投入使用，由于预膜剂中含有磷酸盐，在循环泵未开启，藻类光合作用而大量滋生，将屋顶冷却塔中系统预膜水排空，保留屋面以下（不见光）系统预膜液。

在系统正式运行前，因施工原因或冬天防结冰冻裂管道配件而需要排空系统时，短期内并无影响；如果施工结束离正式运行还有一段时间时，应向系统中补充预膜剂，防止系统发生腐蚀。

3.2.2 闭式系统

洗预膜后，系统水一般情况下不可排放。排放不但造成高浓度的缓蚀剂的大量浪费，而且易造成系统发生腐蚀。如果因施工原因而必须排空时，短期施工后应立即补充足量闭式缓蚀剂；如果施工或维护周期较长，系统腐蚀情况较为严重，应考虑重新清洗之后，添加足量缓蚀剂。

3.3 工程施工或维护管理

实体工程的施工应当在化学清洗前结束，并且已经完成了试压和清洗（基本条件）。在化学清洗、预膜钝化过程中，应当保证人员、系统、环境的安全与稳定。预膜成功后，不定期检查挂片、管路的腐蚀程度。

3.4 质量跟踪与检查

严格按照上文规范执行。

3.5 结果分析

①监测挂片的腐蚀率，监视管的洗净率是否满足要求；

②测定管道系统部件的含油量；③监测挂片的表面晕色，膜质量。

4 本项目化学清洗、预膜的实践应用

4.1 化学清洗步骤及控制

4.1.1 水冲洗

对新系统进行水力冲洗，采用边排污边补水的方式，水力冲洗过程中不定期测试系统水质浊度，当冲洗至浊度小于20NTU为止（受现场排污水条件所限，现场浊度可根据情况可放宽至100NTU。后期正常系统运行时，浊度会自动降低）。必要时应将系统排空、清池。水力冲洗水流速度约为1.5m/s，为保证水流速度，开启备用循环水泵。

4.1.2 黏泥剥离处理

水力冲洗水质合格后，加入前文所述黏泥剥离清洗剂，在系统中不停循环，每隔4h对系统水浊度进行测试。

黏泥剥离清洗终点判定：以水中浊度达到最高并维持2～4h或有下降趋势时即为黏泥剥离清洗终点。

后续处理：当水质浊度达到最大并稳定后，将系统水质浊度置换至＜20NTU。

4.1.3 中性螯合物清洗

黏泥剥离清洗结束并漂洗至合格水质（浊度＜20NTU），加入上文所述中性螯合物清洗剂，并在系统中不停循环。每隔2～4h对系统水的总铁、浊度等指标进行测试。

中性螯合物清洗终点判定：系统水质中浊度、总铁、总硬等指标达到最大并趋向稳定，且2～4h不再升高或出现下降时，即可认为清洗已达到终点。

后续处理：将系统水换至澄清，即浊度＜20NTU。

清洗完毕后，应对各大过滤器进行清洗。

4.1.4 碳钢挂片悬挂位置及系统水流流速

清洗监测挂片悬挂于冷却塔塔盘水面以下。水流处于湍流状态时，可加快清洗剂的扩散速度，有利于电沉积过程，因此有利于清洗。故清洗时水流速不宜过低，流速加大也可以防止污垢沉积，且流速增大会起冲刷作用。故要求水流速在＞0.5m/s范围内，最好＞1.0m/s。此次清洗方案为黏泥剥离剂加中性螯合物清洗，循环泵正常开启，系统主管路实际流速约为 1.5m/s。

4.1.5 化学清洗效果的评价

按照《工业设备化学清洗质量验收规范》（GB/T25146-2010）进行评价。

4.2 系统预膜

4.2.1 预膜基本条件

①一个清洁、活化的金属表面；②有足够的溶解氧；③冷却水浊度＜20NTU，最好小于10NTU；④总铁＜2m g/L；⑤合理的预膜方案。

4.2.2 预膜实施

①分析水中浊度、铁离子等含量；

②预膜过程中分析浊度，当浊度＞20 NTU时应投加预膜辅助剂，降低浊度至＜20NTU，确保预膜正常进行；

③上述预膜药剂系统中不停循环；

④预膜终点确认：以预膜剂投入后，pH调节至工艺范围，挂入三块20#碳钢检测挂片，预膜过程中，经常观察监测挂片，当监测挂片上出现明显蓝紫色色晕时即为预膜终点；

⑤碳钢挂片悬挂位置及系统水流流速。本方案预膜监测挂片悬挂于冷却塔塔盘水面以下；水流处于湍流状态时，可加快预膜剂的扩散速度，有利于电沉积过程，因此有利于成膜，使成膜快、质量好。故预膜时水流速不宜过低，流速加大也可以防止污垢沉积。但流速过大会起冲刷作用。故要求水流速在0.5～3.0m/s范围内，最好＞1.0m/s。此次系统主管路实际流速约 1.5m/s。

4.3 化学清洗、预膜处理的验收

①清洗过程中监测挂片（20#碳钢）腐蚀速率 2.5300g/(㎡·h)；

②监视管经紫光灯照射无油脂荧光；

③监视管洗净率98.23%；

④系统预膜后，监测挂片上蓝紫色色晕不显著。

5 数字化管理与信息化管理的有机结合

5.1 现场药剂浓度检测

药剂浓度m g/L与电导率之间存在大约1∶2的关系，即1000m g/L估算为2000us/cm。即系统中投加药剂后，系统水TDS（总溶解性固体）含量增加，增加的TDS即为投加的药剂产生，而TDS≈1/2电导率。上述方案中黏泥剥离剂投加以产品计算（非纯），清洗剂以有效物计，开式预膜剂投加以产品计（约50%固含量）；闭式系统基础投加药剂，药剂投加浓度以有效物 NO2-计，当 NO2-≥600m g/L即投加足量。

5.2 使用与监测

结合循环冷却水系统全自动加药装置进行。

6 结语

本项目初次预膜效果未达到预设水平，经再次改进方案后达到效果。这说明了不同的管路系统、原水水质、运行方式对于采用的投药种类及方式都有很大的影响，清洗与预膜未来还有很长的路要走。