循环冷却水系统清洗预膜工艺的研究与实践

韩向红 李虹 河钢邯钢能源中心

关键字：循环冷却水清洗；预膜

1 前言

循环冷却水系统在实际运行中，要想保持水质长周期稳定，其重要的环节就是清洗和预膜处理。清洗和预膜可充分发挥抑制剂功能，在金属表面形成有效的保护膜，保证冷却水系统维持最高效率，延长设备使用寿命。

循环冷却水系统要想达到长周期稳定运行，保持冷却速率，必须做到两点：一是保持系统内运行水质洁净，二是需要定期投加保持金属表面的防护膜，即不断投加抑制剂进行补充和修补。当循环水冷却水进行水稳处理时，首先需要对设备进行全面的清洗处理。清洗处理的主要目的是去除冷却水系统金属表面的油类、粘泥、污垢以及各种腐蚀产物，这些腐蚀物轻重不同的存在于各种冷却水系统，无论是全新未运转的冷却水设备，还是已经运行多年的冷却水系统。必须清洗彻底，完全暴露出金属表面，才能保证良好的预膜效果。清洗和预膜是相辅相成，息息相关的两道工序，如果清洗处理不当，则预膜失败的可能性就非常大。实际运行中，各个冷却水系统存在各种各样的差异，如系统水质和材料的差异，换热设备设计差异造成的金属表面形态差异等等，这些都会对清洗和预膜效果造成影响。因此，制定针对性的适宜的清洗和预膜方案就显得尤为重要。彻底的清洗和良好的预膜可显著降低腐蚀率，抑制结垢和菌藻的产生，保持设计冷却效率，提高产水量，保证系统长周期稳定运行，降低工厂的运行成本[1]。

2 清洗和预膜的关系

循环水系统要想保持长周期稳定运行，金属表面保持不被腐蚀，需要达到两个要求：一是需要通过预膜在首先在金属表面形成防护膜，正常预膜处理，一般2d～3d即可形成；二是需要使防护膜得到定期的修补，并长周期保持，这就需要在运行中不断投加药剂。清洗彻底是预膜成功的前提条件，这是因为未经清洗处理的金属表面上，存在大量影响预膜成功的障碍物，如污垢、油类、脂肪、微生物粘泥以及各种腐蚀产物等，这些障碍物会阻碍抑制剂形成防护膜，并显著降低日常运行的抑制剂效果。因此，必须首先将冷却设备的表面完全清洁，才能保证预膜处理成功。循环水系统在运转初期，金属表面完全处于暴露状态，腐蚀速率非常快，还可能产生坑蚀，因此需要及时预膜，形成良好的防护膜，控制腐蚀速率。

要想做到有效的清洗和成功的预膜，不但需要投加高效的抑制剂，还要保证抑制剂达到最佳效果，这就需要我们创造并维持抑制剂所需要的应用环境。近年来，冷却水系统的使用药剂正朝着低剂量、多组份综合功能的趋势发展。有效控制冷却水系统的腐蚀、结垢和菌藻的产生，需要成功的预膜处理和日常的精心操作。特别是急速腐蚀的初期运转阶段，能否形成完整良好的保护膜，是今后冷却水系统正常运转能否长周期稳定的重要因素[2]。

预膜与否效果相差很大，经过试验及现场运行数据的分析，预膜和未预膜挂片的腐蚀速度完全不同。未预膜挂片的腐蚀速度相比预膜挂片的腐蚀速度，至少相差2 倍，甚至有的高达20 倍。当然，这也与冷却水系统的水质和现场条件等息息相关，不同的水质和现场条件，会造成不同的腐蚀速率。由于冷却水系统都具有腐蚀性，有的甚至具有严重腐蚀性，因此，预膜处理是非常重要的环节。同时，由于投运初期的循环冷却水水温低，pH值低，浓缩倍率低等原因，金属表面又未形成碳酸钙膜，造成腐蚀率高，因此结构性水质也需要先预膜处理。通过测试发现，当水质为结垢性水质，未预膜挂片的腐蚀速度相比预膜挂片腐蚀速度也快速很多，相差1.5～2.5倍，而且在冷态状态下，这种速度差比更多。综上所述，冷却水系统运行中，预膜是必不可少的一个关键步骤。

3 清洗工艺

初次使用的冷却设备，需要首先进行水压试验，并用大量水冲洗系统来除去设备内泥沙和浮锈。当冲洗工作完成后，投加清洗剂进行系统内部循环，完成除油除污。国外常用的清洗剂是一种表面活性剂－聚磷酸盐，控制清洗液药剂浓度为0.5%～5%质量分数，保持水温60℃～82℃，pH 值6.0～7.0 下循环清洗4h～16h，清洗效果显著。通过实践发现，保持水温20℃～25℃，pH 值4.5～5.5 下循环清洗24h～48h，可以获得良好的清洗效果。这类清洗剂的共同特点是具有表面活性剂成分，如磺化琥珀酸等，具有很强的亲水性。亲水性能将与金属接触的污染界面充分的湿润、渗透、乳化，从而充分分散沉积物，降低界面的表面张力，因此可有效去除系统的油污和脂肪。清洗时，要随时关注pH 值、总铁和浊度，加强测量，并尽量保持清洗循环水最大流速，以保证清洗剂循环无死角，充分与金属表面接触。慢慢的会发现水中浊度和总铁含量逐渐升高，这时可结束清洗。清洗完成后，将清洗循环水全部排放，并多次用新鲜水冲洗置换，直至置换水清澈透明，保证将系统中清洗液残留浓度尽量降到最低后，方可进行预膜。

4 预膜工艺

预膜要在清洗结束并冲洗干净后及时进行，避免清洗后漏出金属表面的设备，因长时间暴露在空气中再次形成新的锈蚀，从而影响后续预膜效果。预膜完成后，要马上进行正常运转处理，如果因故不能及时正常生产运行，则可以将预膜水留存对系统进行封闭保护，或采取其他临时性保护。

预膜处理分为停车预膜或不停车预膜。不停车预膜处理是指正常的运行状态下进行的在线预膜处理。这种处理方法的特点是预膜药剂量投加量较冷态运行小，而且由于运行中的循环水温度较高，预膜的效果也比停车冷态运行优良。从多年的现场运行经验来看，不停车预膜在技术上是安全可靠的。以聚磷酸盐－锌盐组成的二元配方为目前普通使用的预膜配方。预膜剂多采用JP-605高效清洗预膜剂。该剂由非离子表面活性剂和磷酸盐组成，不仅可对金属表面进一步清洗，而且可以在金属表面形成良好的防护膜，防止腐蚀，其膜厚可达5000Å～7000Å。使用浓度为600mg/L～800mg/L，这样高磷酸盐，若在高温下使用，将会产生大量的沉淀，对垢控制带来许多麻烦。通过实践和大量数据结论，在不停车预膜时，适宜的预膜条件，正常的依规操作，JP-605配方对于一般低碳钢材质的冷却设备均达到良好的成膜效果。

5 预膜处理程序一般包括以下几个步骤

经过清洗处理的冷却水系统，在进行适当的水质置换后（置换的主要指标是pH 值接近中性，浊度小于30NTU），投加配方适宜的预膜剂；

保持正常运行及正常水温下，连续运行处理48h，并通过投加pH调节剂保持pH值在5.5～6.5。

置换排放，预膜处理结束后，使用新鲜水置换排放，使预膜剂浓度逐渐降至正常处理剂附近，大约需要1d～2d 才能完成，因此在置换排放的过程中，仍需注意pH的控制，不要使pH值回升太快。

预膜完成后，冷却水系统恢复常态运转，正常按时药剂控制。

6 某钢厂高炉软水密闭循环系统清洗、预膜实践

6.1 项目概述

2017年底，某钢厂高炉进行检修时，对循环冷却水系统的主要管道及相关换热设备进行了部分更换，总体更换率达到了60%以上，在某种程度上相当于投运了新设备。该系统已于2018年3月底重启投入正常运行。

相关参数如下表所示：

6.2 项目方案

考虑到炼铁高炉生产连续性的特点，对目前已经正常运行的高炉各循环冷却水系统来说，不会再具备停运状态的静态清洗预膜。因此，我们本次采用的是在线不停运清洗预膜操作。

6.2.1 清洗方案

本次清洗采用JP-603 高效清洗剂，该药剂主要成分为有机酸、缓蚀剂和表面活性剂等，化学稳定性强，能很好的去油去污，并具有强的渗透分散作用，成分安全可靠，金属腐蚀性小，去除率高、不易产生氢脆现象

6.2.2 预膜方案

（1）预膜前的准备工作

对系统的运行工况进行确认，尽量排除可能出现中途停运的可能隐患；

与厂方共同选择具有代表性的设备作为监视检测；

根据系统设备材质，准备好腐蚀率监视指示片，并双方签字盖章认可；

预膜前应将系统用清水清洗至浊度小于20mg/L，以减少药品的消耗量；

将预膜所需的药剂运至现场；

准备好其余用品，如所需仪器及药品。

（2）预膜过程

将JP-605预膜剂配制好，一次性将计划投加总量约2/3的预膜剂投加到循环水池中，投加过程中应保证预膜剂在循环水中的充分溶解；

将循环水pH 值控制在5.5～6.5（投加pH 调节剂），并放入监测试片；

在48h内将余下总量1/3的预膜剂分批投加至水系统中；

循环运行48h后预膜结束，取出试片；

预膜结束后，对系统的水质进行置换，使水体的pH 值到达7.5以上；

投加日常维护药剂，进入正常运行。

6.3 项目小结

该循环冷却水泵站自清洗预膜后，在一年的运行后，于2019年4月份对其进行挂片监测，根据《冷却水系统化学清洗、预膜处理技术规则》[3]进行计算，监测结果表明系统目前运行状况良好，各项指标均远小于国家规定值，这也说明此次在线清洗预膜工作效果明显。

表2 2019年4月系统挂片监测数据