循環水系統的清洗預膜工藝

劉立偉

(青海油田天然氣電力公司，青海 格爾木 816000)

0 引言

循環冷卻水系統清洗預膜處理技術對防護金屬材質表面具有不可忽視的作用，應充分發揮常用阻垢緩蝕劑的功效，使循環冷卻水系統獲得最高效率和最長的設備使用壽命。2011－05－18，青海油田天然氣電力公司開始對循環水系統進行清洗預膜作業，歷時10 d，經過水沖洗、化學清洗、水質置換、預膜和再置換等5個工序，圓滿完成了此次清洗預膜工作。

1 清洗預膜的原理

1．1 化學清洗機制

化學清洗由清洗剝離與酸洗2個過程組成，由于循環水系統管路及換熱器管束內壁多為鐵銹及殘垢，故需采用酸洗，即通過無機酸或有機酸與鐵銹及鈣垢發生化學反應，將Fe2O3，Fe3O4或CaCO3等物質去除。常用的酸有鹽酸、硫酸、硝酸、檸檬酸、氨基磺酸等。清洗劑主要由表面活性劑組成，化學清洗是利用清洗劑的去污和分散劑的分散、除銹性能，在緩蝕分散劑A、緩蝕分散劑B的緩蝕作用下，使水系統設備及管道內的浮銹、油脂以絡合態和分散態進入水中，通過排水把這些物質從冷卻水系統中除去，從而使金屬表面保持清潔，以利于預膜工序。

1．2 預膜機制

酸洗結束后，管道及換器管束呈現出金屬本色，在這種狀態下極易發生腐蝕，應立即投加具有緩蝕效果的預膜劑。預膜劑易與水中的兩價金屬離子(如 Ca2+，Mg2+，Zn2+等)形成絡合物，發生電沉積過程而形成沉淀性保護膜，均勻地覆蓋在金屬表面，從而將冷卻水中具有腐蝕性的離子與金屬表面隔開，以阻止腐蝕的發生。同時，預膜后還可控制結垢的增長，避免垢下腐蝕。循環冷卻水系統預膜必須是在系統經過徹底化學清洗之后進行，可使防護膜均勻致密，附著牢固，發揮較好的緩蝕效果。預膜處理應根據現場實際情況，確定采取冷態預膜或者熱態預膜。冷態預膜是指無生產性運轉，冷卻水系統在無熱負荷的狀態下進行冷態運轉處理。這種處理方法的特點是循環水水溫較低(一般會低于30℃)，預膜劑成保護膜的速度較慢，預膜時間較長，由于預膜劑沒有受到高溫的沖擊，不會引起藥劑的過度分解。從處理技術的角度出發，其安全性和可靠性較強，預膜控制比較容易，擁有大多數低碳鋼材質冷卻設備的系統可獲得令人滿意的成膜效果。熱態預膜是在系統帶有50%以上熱負荷的狀態下進行的成膜處理。這種處理方法的特點是循環水水溫較高，一般會高于32℃，局部換熱器表面水溫達到60℃，預膜劑成保護膜的速度快，預膜時間可以減短。由于傳統預膜劑易受高溫的沖擊，會引起藥劑的分解，一旦預膜控制條件及預膜劑選擇不當，易產生危害，不但在設備表面形不成保護膜，反而產生大量沉淀，影響今后的運行效果。假如處理技術先進，熱態預膜效果要好于冷態預膜效果。

2 清洗預膜工藝流程

2．1 循環水系統水沖洗

在化學清洗工作開始前，應先吹掃和清理管道、冷卻塔、冷卻水池以及冷卻設備，然后向水池和循環水系統中沖水，開泵進行循環沖洗和排放。青海油田天然氣電力公司冷卻塔還加有回水旁路管，可使回水不經過塔進行沖洗，避免了污染物中大塊顆粒堵塞冷卻塔填料。在初期水沖洗循環水管時，也應避免大塊顆粒進入換熱設備，應就地排放一段時間，水沖洗至系統濁度不再上升為止。一次性放水或置換排放至系統濁度接近補充水濁度，即停止補排水操作，開始實施化學清洗工作。調節系統保持水量適中且循環量最大，關閉補、排水閥門。為了保持化學清洗藥劑濃度，在化學清洗期間，盡量不實施補排水操作，除非水質濁度上升太高，可考慮酌量置換水質。

2．2 酸洗

2011－05－17 ，投加150 kg黏泥剝離劑去除冷卻塔中的垢，在酸洗過程中，采用有機酸與無機酸相結合的方法，由無機酸來協助調節pH值。2011－05－18 T 10:30，投加固體清洗劑氨基磺酸3．0 t，三聚磷酸鈉375 kg，硫脲0．2 t，連續投加98%的工業硫酸，控制系統pH值在4～5。在酸洗過程中，安裝了掛片監測腐蝕率并對循環水濁度、pH值、鈣離子、總鐵、總磷等過程監測項目定時分析，其中pH值為連續在線監測(其具體分析項目及頻率見表1)。由于青海格爾木地區的水質較為特殊(水的堿度、硬度偏大)，原計劃24 h的酸洗延長至48 h，加大了酸的投放量。2012－05－20 T 20:00，根據總鐵濃度趨于穩定及鈣離子濃度呈明顯下降趨勢且變化不大的情況判斷，已到達酸洗終點。其間分析數據見表2。

表1 化學清洗分析項目及頻次

化學清洗處理后的循環水，必須在預膜之前全部排放，重新充水。循環水排放時不經過冷卻塔填料，避免了洗滌下來的油污、黏泥以及各種混的碎片重新污染塔體。排放完畢后，再用新鮮水沖洗冷卻水系統，經過數次置換排放，使系統中殘留的藥劑濃度降至最低限度并使循環水濁度＜10mg/L，總鐵(質量濃度)＜1mg/L，即可停止換水，關閉補排水閥門，調節系統保有水量適中，考慮對系統實施全系統預膜處理。

2．3 預膜

2011－05－20 T 20:00，酸洗結束后，立即對系統進行置換操作，排污水呈黃白色，濁度高達55 mg/L。整個置換過程持續了21 h，排污水濁度穩定在20mg/L。2011－05－21 T 13:30，向系統投加預膜劑六偏磷酸鈉0．4 t及硫酸鋅0．2 t，同時，添加濃度為98%的硫酸，調節系統pH值在5．5～7．0，以幫助成膜。期間，共消耗硫酸150 kg。頂膜48 h后，水中總鐵及總磷濃度趨于穩定，變化幅度均在10%以內，取出試片檢查，表面無銹蝕，碳鋼表面有明顯的彩色色暈，已到達預膜終點。

2．4 正常運行

通過大量補水置換操作，將系統內總無機磷的質量濃度由預膜結束時的28．5mg/L降至6．0mg/L左右，在運行過程中，定期測量濁度、總鐵的變化，當循環水的濁度逐漸下降，水中總鐵不再繼續升高時，表明系統的化學清洗處理可以結束，具備正常運行的條件。

3 清洗預膜效果評價與分析討論

3．1 預膜效果的檢驗

采用硫酸銅溶液預膜檢驗的方法，稱取15 g NaCl和5 g CuSO4加入100mL水中，將配制好的CuSO4溶液滴于預膜掛片上，掛片的正面、側面顯色時間為10～30 s，表明預膜效果較好，達到系統內金屬表面均勻成膜的要求。采用肉眼測定的方法，在掛片上有一層均勻彩膜或發藍光或發彩虹光且掛片無腐蝕，呈金屬光澤。預膜試片表面無銹蝕，成膜均勻、致密，肉眼可見，呈現出五彩藍紫色。在清洗過程中，經硫酸銅法檢驗，共洗掉鐵銹及鈣垢約200 kg;其試片腐蝕率為 4．95 g/(m3·h)，低于碳鋼腐蝕率 10．00 g/(m3·h)的國家清洗標準。達到標準規定的較好級。

表2 分析數據

3．2 分析與討論

(1)預膜前的濁度偏高。因為濁度提高，腐蝕有所增加，同時設備表面沉積物增多，產生較多的斑點，易形成局部腐蝕或孔蝕。因此，預膜時的循環水濁度應盡可能控制的低一些;控制在10mg/L內較適宜。其次，酸洗結束后的置換時間應盡可能短一些，以10～12 h為宜，可降低金屬的腐蝕幾率。

(2)在預膜過程中pH值偏高。循環水系統西半塔水溫較高，一般為28～34℃。加之較高的pH值，極易使六偏磷酸鈉分解形成磷酸鈣垢，從而影響預膜效果。東半塔采用冷態預膜，預膜時間較長。從此次預膜掛片顯色時間來看，略微偏短，與pH值的控制有關。在實際操作時，在控制循環水濁度的基礎上，建議pH值取5．5～6．5為宜。

(3)根據預膜的機制，預膜劑易與水中的Ca2+，Mg2+等二價金屬離子發生絡合反應，形成沉積物覆蓋在金屬表面而抑制腐蝕。當預膜水中Ca2+的質量分數為0．000 5%時，緩蝕效果已非常明顯，當Ca2+的質量分數大于0．001 0%時已出現大量沉積物，因而預膜時水中的 Ca2+的質量分數控制在0．0005%～0．0007%為宜。

4 清洗預膜的意義

循環冷卻水系統清洗預膜處理技術是非常重要的環節，對于防護金屬材質表面、充分發揮正常用阻垢緩蝕劑的功效、使循環冷卻水系統獲得最高效率和最長的設備使用壽命具有不可忽視的作用。循環水系統的預膜是為了提高緩蝕劑的成膜效果。待成膜后，再降低藥劑濃度維持日常補膜。這種預膜處理的目的是希望在金屬表面上很快形成一層保護膜，提高緩蝕劑抑制腐蝕的效果。循環冷卻水金屬表面的腐蝕控制，主要是靠阻垢劑在金屬表面上形成的防護膜來完成的。

5 結論

此次循環水系統的清洗預膜達到了預期目的，有效控制了設備的腐蝕、結垢及菌藻黏泥的滋生。為生產設備長期安全、高效運轉打下了堅實的基礎。由于是初次清洗預膜，在此次過程中也發現了一些不足。在今后的運行中，要吸取經驗彌補不足，不斷地提升清洗預膜效果。

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