循环水全系统在线清洗预膜的实践与讨论

蒋华锋，李志军

潍坊金石环保科技有限公司，山东 潍坊 261300

对于化工生产装置系统来说，设备和管道在安装过程中容易留有碎屑、杂物和尘土，有时冷却设备的锈蚀和油污也很严重，这些杂物和油污如不清洗干净，将会对系统产生严重的危害。比如铁离子含量的升高，除了本身积累在系统中对系统管道造成阻塞形成垢下腐蚀外［1］，还会给水体中的铁细菌提供充足的营养源，对系统产生更深一步的腐蚀危害。特别是运行多年的冷却水系统，都含有轻重不同的油类、黏泥、污垢以及各种腐蚀产物。为了确保冷却水系统达到并保持设计冷却效率，必须始终维持冷却设备的清洁运行，并且投加适当的水处理药剂。

潍坊金石环保科技有限公司主要生产精细石油化工产品，目前拥有一套开放式循环冷却水系统，补水采用当地的地下水源，水质硬度较高，Cl-含量也偏高。自2009年正式运行至今，该系统一直未进行清洗预膜，主要靠日常加药及排污维持系统的运行，前期运行较为正常，随着运行年限的增加，循环水系统水质时常会呈现微红混浊状态，这说明在目前的水质运行条件下，系统已经出现了管道设备腐蚀问题，产生了大量的黄锈水。另外，车间某些换热器系统进回水温差较低，说明系统存在一定的结垢倾向，换热效率较低［2］。

以上问题的出现不仅造成循环水系统换热效率的低下，能源的损耗和浪费，而且给系统的安全正常运行带来巨大的风险。为了彻底解决以上问题，需要对整个系统进行及时的清洗预膜处理［3］，以保证生产及设备的正常稳定运行。

为了在清洗的同时不中断生产，不影响产能，本研究制定了在线清洗预膜方案，清洗药剂选用了对设备损伤较小的复合有机系［4］清洗预膜剂，从而改善循环水系统。

1 系统概况

1.1 系统工况条件

系统工况条件（表1）提供了该装置循环水系统的容水量与循环量大小等数据。装置设备主要是不锈钢、碳钢与紫铜3 种常见材质。特别注意的是换热器进出口温差仅为3～4℃，温差相对偏低，说明换热效率不高，系统应该存在一定的结垢倾向。

表1 系统工况条件

1.2 系统水质情况

系统补水主要采用当地的地下水，其补水水质及循环水运行情况如表2所示。

由表2可以看出：该补水水质总硬度较高，电导率超过1 000 μS/cm，水质属于中硬度水质，特别是在温度略高的情况下，具有较大的结垢倾向。另外，水质中腐蚀性Cl-含量偏高，系统也存在一定的腐蚀风险［5］。

表2 系统补水水质情况

2 方案的实施

2.1 主要仪器及药剂

722N 可见分光光度计、WGZ-200 浊度仪、DDS-307A 电导率仪、PHS-3C 酸度计，均为上海精科仪器有限公司生产。

QX-901黏泥剥离剂，规格20%；QX-51017缓蚀剂，规格25%；QX-101 清洗剂，规格30%；QX-51014 清洗助剂，规格25%；QX-51009 预膜剂，规格30%；QX-51010预膜助剂，规格20%；预膜分散剂，规格20%；渗透剂，规格20%，均为潍坊金石环保科技有限公司复配生产。

2.2 实施过程

2.2.1 全系统黏泥剥离

2021年6月26日13：00首先测定循环水池中水的pH 为8.0、浊度为10.2 NTU。根据保水量分两次加入药剂，第一次投加40 kg QX-901 黏泥剥离剂和10 kg 渗透剂，第二次投加35 kg QX-901黏泥剥离剂和5 kg渗透剂，2次投加间隔2 h，加药位置位于集水池进泵口，运行过程中发现泡沫逐渐增多，于是投加少许消泡剂进行消泡。在系统运行过程中定期测定循环水池中水的浊度和pH，运行至6月27日14：00 左右（约25 h）时，检测发现循环水的浊度基本不再继续升高，表明系统的黏泥剥离已经接近终点，遂结束检测，开始进行排水置换，排水至浊度小于20 NTU。

一般系统做黏泥剥离，药剂大多是一次性投加［6］，这样的好处是短时间内系统药剂浓度大，杀菌力强，但是往往对系统内菌藻黏泥的剥离效果不是很理想，药剂瞬间浓度过大，外层被杀灭的菌藻容易对里面的黏泥形成包裹作用，反而导致剥离效果不理想。本实施方案分2 次投加黏泥剥离剂，既保证每次的投加浓度达到杀菌剥离的效果，又避免了上述弊端，同时配合单独的渗透剂投加，杀菌、黏泥剥离效果更好。

2.2.2 全系统化学清洗

水质置换完毕后，准备进入全系统化学清洗阶段。

于2021年6月28日9：30 开启循环水池循环泵，此时水质较浑浊。循环一段时间后，10：00 取样检测，pH 为7.7、电导为1 300.43 μS/cm、浊度为130.3 NTU、含铁8.98 mg/L。

试验于循环水池东侧扶梯处开始，依次投加87.5 kg QX-51017 缓蚀剂、50 kg QX-101 清洗剂及75 kg QX-51014 清洗助剂，约10 min 后，水面漂浮较多泡沫；约30 min 后取样检测，通过投加H2SO4控制水的pH为5.5～6.5。

在清洗过程中，为了监测清洗剂对设备的腐蚀情况，选用和设备相同材质的挂片进行同步监测。试验于16：00 系统运行稳定后开始，挂上两片碳钢、两片不锈钢清洗腐蚀监测挂片，此后每4小时取样检测pH、浊度、含铁和Ca2+，发现浊度、含铁和Ca2+等呈弧形上升趋势，运行至6月29日16：00（约30 h）时各项指标趋于稳定。由于排水系统出现问题，至6月30日14：00 才开始排水置换，并于16：00 取下清洗腐蚀监测挂片，进行清洗、干燥、称量。

循环水池投加药剂并运行一段时间后，可以明显看出水面泡沫丰富，悬浮的棕红色以及黑色杂质逐步增多，说明系统中的腐锈、污垢等被逐渐清洗剥离下来，清洗效果较为显著。

清洗阶段是整个方案的重点和关键环节，清洗剂的选择和投加既要保证对腐锈和结垢具有较好的清洗作用，还要最大限度地减轻对设备的损伤。本方案选择的清洗剂为有机系复合型清洗剂，主要是通过药剂中对铁、钙等金属离子具有优异络合作用的组分进行清洗去除［7］，其酸损害程度小，不会对设备造成穿孔损害，可以最大限度地保证清洗设备的安全，延长设备的使用寿命。此外，本次实施方案特别配制了清洗助剂，该助剂成分主要是具有强分散性能的分散剂，能够及时把清洗下来的锈垢颗粒等进行分散［8］，不至于造成二次沉积，便于后续能够顺利地置换排出系统，可以起到更好的清洗去除效果。

2.2.3 全系统预膜处理

循环水池换水约26.5 h 后，取样检测发现其浊度为15.5 NTU，水质已基本澄清，开始进入下一步预膜阶段，于7月1日16：45 开始向系统集水池湍流区投加100 kg QX-51009 预膜剂、50 kg QX-51010预膜助剂及25 kg预膜分散剂。系统运行一段时间后加H2SO4调pH 并控制在6.0～7.0；调好pH后悬挂预膜挂片进行监测，并取水样测其总磷为108.9 mg/L，水样中总磷量超过100 mg/L即合格。当观察水池中预膜挂片有明显蓝紫色光晕后，结束预膜，此时预膜时间为47 h。

预膜阶段也同样重要，预膜的前提是保证金属设备表面清洗完全，尽可能达到光洁无污垢附着物。同时预膜剂的配置和选用更为关键，本方案采用预膜剂、预膜助剂以及预膜分散剂3 种药剂配合使用，一是可以使预膜剂分散分布更均匀，有利于均匀附着；二是可以有效避免水质置换不完全造成的水中各种离子对药剂的消耗并能减轻对预膜剂成膜［9］的影响，这样在保证预膜效果的同时还可以节约更多的新鲜补水，意义重大。

2.2.4 清洗过程结束

预膜结束后，开启补水阀门，进行边排边补置换，一段时间后取样检测，浊度为5.6 NTU，总磷为6.7 mg/L，可以判定置换完毕，此时停止补水置换，转入正常运行状态。

3 结果与讨论

3.1 水质数据变化

本次清洗过程整体水质数据变化情况如表3所示。

表3 循环水指标变化情况

本次清洗过程中，循环水池中水质浊度由最初的130.3 NTU 逐步上升至最大值603.3 NTU，其变化趋势如图1所示。由图1可知：水质浊度上升趋势特别明显，水体浑浊度增大，表明水中各种离子增多、清洗下来的锈垢较多。

图1 循环水池的浊度变化趋势

循环水池中总铁含量变化趋势如图2所示。由图2可知：清洗过程中，循环水系统总铁由8.98 mg/L 上升至最高26.4 mg/L，之后略有下降，但整体上升趋势很明显，以保有水量250 m3计，粗略估算，约清洗下铁锈（以Fe2O3计）12.5 kg。

图2 循环水池的总铁变化趋势

循环水系统中Ca2+含量变化趋势如图3所示。由图3可知：循环水系统Ca2+由210.20 mg/L 上升至最高343.33 mg/L，之后基本维持不变，说明Ca2+浓度基本达到最大，整个系统中的钙垢基本达到最大清洗程度。以保有水量250 m3计，粗略估算，清洗下结垢（以CaC03计）83 kg。

图3 循环水池Ca2+的变化趋势

由循环水池中Ca2+、总铁、浊度的前后变化情况，可以清楚地看到清洗的终点时间，同时也表明此次清洗效果较为明显，整个系统的锈垢有了大幅度的消减。

3.2 清洗挂片腐蚀情况

对碳钢、不锈钢清洗监测挂片进行清洗、干燥、称量，并依据HGT 2387—2007《工业设备化学清洗质量标准》进行计算，结果如表4所示。由表4可知：清洗过程中挂片腐蚀率远小于行业标准，而且小于一般常规的清洗预膜［10］，表明本方案对设备基本无腐蚀，完全达到了预期。处理后的挂片情况如图4和5 所示。由图4～5 可以清楚地看到：不论是不锈钢挂片还是碳钢挂片，基本都是表面光洁、无明显腐蚀锈点。

表4 清洗挂片腐蚀率检测情况

图4 不锈钢挂片

图5 碳钢挂片

3.3 预膜挂片效果

图6是经预膜后的红点检测挂片。由图6可知：肉眼观察有明显的蓝紫色光晕，说明已经在金属表面形成了一层保护膜。用CuSO4溶液进行红点检验，结果显示预膜挂片出现红点的时间差为预膜片＞25 s、空白片＜3 s，表明此次预膜效果非常理想。

图6 预膜挂片

3.4 现场清洗效果

循环水池清洗过程如图7所示。由图7可知：循环水池内可以看到大量明显的污垢漂浮，应该都是设备管道清洗下来的锈垢等，表明本次清洗起到了明显的作用。

图7 循环水池清洗过程照片

后期选取车间一台列管式碳钢换热器进行开盖观察，换热器清洗效果如图8所示。由图8可知：附着在列管上的黏泥腐锈以及结垢等均已清洗除去，列管表面光亮如初，获得了理想的效果。

图8 换热器清洗效果

3.5 存在的问题

本研究未充分考虑到补排水的困难，造成了现场补水置换环节耽搁时间较多，池水浊度短时间降不下来，一是浪费了不少时间，二是对后续的预膜效果有一定的不利影响。这个需要在今后类似的实践工作中予以充分考虑。

4 结论

此次全系统在线清洗预膜实践，由于制定了科学合理的方案，选用了对设备损伤较小的复合有机体系的清洗预膜剂，不中断生产，不影响产能，对设备损伤小，清洗预膜效果良好，有力保证了生产设备的安全持续运行。