第八章冷却水系统的清洗和预膜.ppt

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1、第八章 冷却水系统的清洗和预膜 一、清洗的目的 1、新的冷却设备，在制造加工、运输及贮存期间会发生锈蚀，带入切削油、防锈油；在安装过程中可能留下碎屑、油类、泥砂和杂物。这些杂物如不清洗干净，会影响预膜，即使不预膜，也会加速腐蚀。因此开车之前，新的冷却水系统需要清洗。 2、已经投入生产的冷却水系统，在运行过程中，会在其换热器表面上沉积结垢物、金属腐蚀的氧化产物、菌藻滋生的黏泥等；即使水质处理较好，浊度也随运转时间的延长而增加，所以必须停产清洗或不停产清洗。,二、清洗方法 (一)物理清洗 是指通过物理的或机械的方法对冷却水系统或其设备进行清洗的一大类清洗方法，常和化学清洗配合使用。常用的物理清洗方

2、法有以下几种: 1、捅刷 是指通过压缩空气或人工把冲杆、橡胶塞、尼龙刷或圆钢等捅刷工具通过换热器管子内，以除去管内的沉积物。此法费工，常作为其他清洗方法的预备工序，以除去一些大的沉积物。 2、吹气 是把空气吹入换热器中，以破坏水的正常流动方式，促使换热器壁上的沉积物松动或开裂。吹气清洗一般不影响冷却水系统的正常运行。,3、冲洗 是最常用和最简便的清洗方法。是将洁净的工业用水通过水枪或较大的流速去冲洗冷却水系统及换热器内部疏松的沉积物和碎片。该法的缺点是不易冲掉那些较硬的、粘结得很牢的沉积物，如硬垢和腐蚀产物。 在化学清洗之后，通常需要进行冲洗。在碱洗和酸洗两种工种交替进行之间，通常也需要进行冲

3、洗。 4、反冲洗 又称回洗，是通过改变换热器中水的流向来达到清洗目的的冲洗。效果比正冲洗好。对着沉积物定向面的反向冲洗湍流，能松动和冲走轻的泥砂和软垢，但对于硬垢及致密的沉积物，反冲洗的效果也不好或无效。,5、高压水力清洗 是采用高速水的射流，以一定倾角作用于被清洗的表面。当高速水的射流撞击于垢层(沉积物)上时，垢层会从金属的表面上脱落下来。通常使用由柴油机或电动机驱动的高压活塞泵。泵的压力能转变为水的动能的过程是用一个或多个喷嘴来实现的。 与化学清洗相比，高压水力清洗有以下优点： 清洗作业的时间通常较短； 不易引起换热器的腐蚀； 清洗后的废水处理比较简单； 遇到列管式换热器那样的多通道循环系

4、统，若管束中一条或多条通道被完全堵塞，化学清洗有时会无效，而此法有效。 可以大大降低清洗时产生有毒气体的可能性。,6、刮管器清洗 刮管器由一个杯状塑料头、一根芯棒和三个或四个杯式刮刀组成。 刮管器的刮刃交错重叠覆盖在整个管子的内表面上。由喷枪喷出压力为1.42.1MPa 的水驱动刮管器以36m/s的速度穿过管子。由于水的冲击作用以及刮刃的刮削作用，全部软质阻塞物和硬质水垢将被刮管器推达到出口端。刮管器在管内的工作状况见教材P344图5-1中所示。 刮管器清洗可以在不损坏管子内壁的条件下，更彻底地清除各种污垢，刮光管子的内表面。用刮管器清洗铝黄铜、黄铜、白铜、钛或不锈钢管子，效果很好。,7、胶球

5、清洗 是用比换热器管子内径稍大一些的海绵状橡胶球(简称胶球)，借助水流的压力进入换热管内，利用胶球的挤擦作用将附在管壁上的沉积物除去的一种清洗方法。在换热器的出口处，则用粗筛将胶球截住，然后通过一台泵使胶球进行循环，循环时间可根据需要而定。 胶球清洗可以在不停车条件下进行，故广泛应用于发电厂凝汽器铜合金管内壁的清洗。 综上所述，物理清洗的优点有：可省去化学清洗所需的药剂费用；避免了化学清洗后废液带来的排放或处理问题；不易引起被清洗设备的腐蚀。其缺点有：一些方法需要在冷却水系统中断运行后才能进行；对于粘结性强的硬垢和腐蚀产物，物理清洗(除了高压水力清洗和刮管器清洗外)的效果不佳；清洗操作比较费工

6、。,(二)化学清洗 是通过化学药剂的作用使被清洗设备中的沉积物溶解、疏松、脱落或剥离的清洗方法，常与物理清洗配合或交替使用。 化学清洗种类较多，按清洗方式，可以分为： 浸泡法，适用于小型冷却设备以及被沉积物堵死而无法将清洗液进行循环的设备； 喷淋法，适用于大型容器的内外壁清洗； 泡沫法，将发泡剂加入清洗液中，再吹入空气、氮气等，使药剂充满整个容器，以便用少量清洗剂去清洗大的容器内壁； 循环法，是一种最普遍使用的方法。单台设备清洗时，通常是在清洗液贮槽和被清洗的设备之间接上循环泵和管道，形成一个闭合回路，使清洗液不断循环，沉积物层不断受到新鲜清洗液的化学作用和冲刷作用而溶解和脱落。,按使用的清洗

7、剂，化学清洗可以分为 碱清洗； 酸清洗； 络合剂清洗； 聚电解质清洗， 表面活性剂清洗； 杀生剂清洗； 有机溶剂清洗。 按清洗的对象，化学清洗可以分为： 单台设备清洗； 全系统清洗。 按是否停车分为： 不停车清洗； 停车清洗。 现按所使用的清洗剂扼要介绍几种主要的化学清洗方法；,1、碱清洗 简称为减洗。是以强碱性或碱性的化学药剂作为清洗剂去疏松、乳化和分散金属设备内沉积物的方法。 常用的碱清洗药剂有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸氢二钠和硅酸钠。减清洗时要同时添加表面活性剂去润湿油脂、尘埃和生物物质，以提高清洗效果。 碱清洗常用于：除去系统或设备中的油脂和安装时遗留的碎屑；与酸清洗交替使用，以除去诸如硅

8、酸盐等酸清洗难于除去的沉积物；也用于酸清洗之后，以中和水中或设备中残留的酸，降低其腐蚀性。 如果冷却水系统中有铝或镀锌钢件，则碱清洗时应特别慎重，因为这些两性金属既能溶于酸中，也能溶于碱中。,2、酸清洗 简称酸洗。多年来，冷却水系统的化学清洗主要是采用某些酸或酸式盐进行的。如盐酸、硫酸、硝酸、氨基磺酸、氟化氢铵等。其中以盐酸使用最多。 酸能有效地清洗掉金属设备中由碱土金属碳酸盐组成的硬垢和由金属氧化物组成的腐蚀产物。酸与它们反应，使之转变为可溶性的金属盐类。例如用强酸清洗设备上的碳酸钙垢和钢的腐蚀产物时，将发生如下的化学反应面使它们溶入水中：,酸能溶解碳酸钙、磷酸钙、硫化铁以及金属的氧化物。但

9、除了氢氟酸外对硅酸盐则无效。对于油脂、悬浮物和微生物生长形成的沉积物，酸洗的效果则很差。 许多酸对金属设备有很强的腐蚀性，因此，酸洗前要向酸洗液中加入一些专用的高效酸洗缓蚀剂，以减轻酸对被清洗设备金属基体的腐蚀。为减少酸的消耗量和使酸能与沉积物反应，酸洗之前往往需要对被清洗的设备进行吹扫、水冲洗和碱洗处理。 在酸洗结束时，为了除去设备个的残酸，需要进行中和、水冲洗和漂洗。 酸洗后的金属设备表面非常活泼，极易生锈或腐蚀。为此，需要对它进行钝化或预膜处理。 采用酸洗为主的单台冷却设备的清洗流程可用图来表示。,现介绍几种主要的酸清洗。 1）盐酸清洗 盐酸是一种强酸。与水垢或金属的腐蚀产物生成溶解度较

10、大的金属氯化物。故盐酸对碳酸钙一类的硬垢和氧化铁一类的腐蚀产物的清洗特别有效。 由于氯离子对不锈钢设备容易引起点蚀和缝隙腐蚀，甚至应力腐蚀破裂，所以一般不用盐酸去清洗不锈钢设备。 除硅酸盐水垢外，盐酸对各种水垢均有较高的溶解速度和溶解能力。其操作简便安全，清洗后设备表面状态良好，清洗成本较低。因此，在各种酸洗药剂中，盐酸仍居首位。 盐酸酸洗液的浓度一般为515。为减轻酸洗时金属设备发生腐蚀，必须向盐酸溶液中加入一些高效的盐酸酸洗缓蚀剂。现推荐以下一些配方供选用：,乌洛托品(六次甲基四胺) 一般用量为0.60.8(即1m3酸洗液加68kg)； 苯胺-乌洛托品 用量分别为2kg/m3和3kg/m3

11、，注意乌洛托品要粉碎后加入并搅拌溶解； 天津若丁或抚顺若丁 前者为硫脲的衍生物，后者以吡啶类化合物为主，酸洗时可采用其中任何一种。用量为35kg/m3。 对于铝及铝合金制造的设备，若采用盐酸洗水垢，则可从以下配方中选择一组缓蚀剂应用： 苯胺乌洛托品 用量分别为2kg/m3和3kg/m3； 糠醛 一般浓度为11.5； 乌洛托品天津若丁 用量为各2kg/m3。,2）硝酸清洗 稀硝酸是一种强酸，能与硬垢和腐蚀产物形成可溶性的硝酸盐。而难溶于硝酸的硫酸盐垢，会随着大量碳酸盐垢的溶解，变成松散的残渣自动脱落后被冲刷掉。 稀硝酸溶垢速度快，效率高，常温酸洗无气味，施工方便，适用于盐酸不能应用的场合，能清洗

12、碳钢、铸铁、紫铜、黄酮、铝、不锈钢等设备的水垢和铁垢。 硝酸对设备有强烈的腐蚀作用，清洗液中要加入专用的缓蚀剂保护设备。,3、络合剂清洗 是利用各种络合剂对各种成垢离子的络合作用，使之生成可溶性的络合物而进行的清洗。常用的络合剂有：聚磷酸盐、柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、氮三乙酸(NTA)等。 络合剂清洗具有溶垢效率高、对基体金属和水泥的侵蚀性小、无氢脆和无晶间腐蚀等优点，常被应用于循环冷却水的不停车清洗中。但价格高，并在较高温度下才有效。 4、表面活性剂清洗 表面活性剂和润湿剂常用于清洗含油和胶状物质的沉积物。它们能分散水中的油类、脂类和微生物产生的沉积物，通过排放从冷却水中除去。常用一

13、些低泡的、非离子型的表面活性剂，添加浓度一般为10100mg/L。,5、杀生剂清洗 当冷却水系统中有微生物粘泥和含油沉积物时，可采用低泡型非离子型表面活性剂和非氧化性杀生剂，同时通入氯气，水的pH保持在67，对冷却水进行循环处理。 综上所述，不同组成的沉积物需要不同的清洗剂才能有效的清洗。如清洗金属设备上的油脂需要使用表面活性剂、氢氧化钠或有机溶剂；除去碳钢换热器表面的水垢或腐蚀产物需要使用盐酸、氨基磺酸或硝酸，而除去二氧化硅垢时，则需要在盐酸中添加氟化物。一些主要的化学清洗方法、使用的主要清洗剂及其主要用途见下表。,总之，化学清洗的优点是： 可以除去多数物理清洗不易除去的硬垢和腐蚀产物； 清

14、洗时可以不打开冷却设备，对设备内间隙小的部位也能进行清洗， 清洗的时间较短，费工较少； 有些化学清洗可以在不停车状态下进行。 化学清洗的缺点是： 化学清洗时处理不当或缓蚀剂使用不当，会引起设备严重腐蚀； 清洗后的废液需要进行处理，否则会引起环境污染； 有些化学清洗药剂的费用较高，有些药剂对操作人员的健康有影响。,三、钝化 在金属表面上形成能抑制金属溶解过程的电子导体膜，而这层膜本身在介质中的溶解速度又很小，以致它能使金属的阳极溶解速度保持在很小的数值上，则这层表面膜称为钝化膜。在金属表面上生成完整钝化膜的过程，叫做钝化或钝化过程。 1、钝化的目的 金属换热器经过酸洗后，换热器中还有残留的酸液，

15、其金属表面则处于十分活泼的活化状态。为此，需要将换热器进行中和及水冲洗，以除去其中的残酸。如果换热器清洗后暂时不使用，则需要进行钝化，然后加以封存。 钝化的目的是防止换热器在清洗后存放期间腐蚀生锈。钝化应该在清洗(包括中和和水冲洗)后进行。,2、钝化处理 常用的钝化处理配方有两种： 钝化操作若在27以上进行，则钝化可在几小时内完成；若不在27以上进行,则可将钝化液泵入被钝化的冷却设备中封存几天，也是有效的。,四、预 膜 清洗后，尤其是酸洗后的金属冷却设备在投入正常运行之前，需要进行预膜。 1、预膜的目的 是让清洗后尤其是酸洗后处于活化状态下的新鲜金属表面上，或其保护膜曾受到重大损伤的金属表面上

16、，在投入正常运行之前预先生成一层完整而耐蚀的保护膜。 通过试验对比发现，不经预膜处理，则需缓蚀剂浓度较高时才能有效地控制碳钢的腐蚀和沉积物的增长；但若先用60mg/L聚磷酸盐复合缓蚀剂预膜4天，然后再把浓度降低到20mg/L，继续运行10天，最终结果和不经须膜连续用60mg/L聚磷酸盐复合缓蚀剂运行14天的相近。然而节约了2/3的缓蚀剂。 由此可见，预膜比不经预膜而直接用高浓度缓蚀剂运行要经济得多，又比直接用低浓度缓蚀剂运行去控制腐蚀要有效得多。,2、预膜方案 根据预膜时使用的药剂配方可以分为以下两大类。 专用配方的预膜方案 此方案所用的预膜配方的性能一般都较好，但其组成与冷却水系统日常运行时

17、所用配方的组成之间并无直接联系。 专用配方的预膜方案较多，如聚磷酸盐-锌盐预膜方案。 提高浓度的预膜方案 其特点是预膜配方的组成与正常运行配方的组成之间有着密切的联系。在预膜阶段，将该冷却水系统今后日常运行时配方的浓度提高若干倍(常是24倍)作为预膜配方，在预膜浓度下运行一段时间(常是几天或12周)。然后，把配方的浓度降低到日常运行浓度运行。这种方案由于操作和管理比较简单，所以得到广泛的应用。,3、预膜方案一例 以国内广泛使用的聚磷酸盐-锌盐预膜方案为例作一介绍，主要内容如下。 清扫和用水冲洗冷却水系统，根据冷却水系统中换热器金属表面上沉积物的具体情况，进行必要的物理清洗和化学清洗，使需预膜的

18、冷却设备有一个清洁的金属表面。 预膜时，水中加入640mg/L六偏磷酸钠和160mg/L一水硫酸锌作为预膜剂。同时放入腐蚀试片以监测金属在预膜过程中的腐蚀情况。在50时将水循环8小时。如果水的温度不易达到50 ，则可改为在常温下循环2448小时。 水的pH值保持在6.5土0.5，钙离子浓度保持在40mg/L左右。 预膜好后，通过排放，使冷却水系统转入日常运行。 此方案优点是预膜的时间短，效果好；缺点是预膜的条件(温度、pH值、钙离子浓度等)较为苛刻，预膜剂的用量较大。,五、 应用实例炼油厂冷却水系统的不停车化学清洗 1、清洗方案 分两步进行。第一步是杀菌灭藻和剥离粘泥，第二步则是酸洗除去腐蚀产

19、物和水垢。其具体步骤是： 用硫酸调节冷却水的pH值到6.07.0； 加氯，控制冷却水中游离余氯的浓度达到0.51.0mg/L，浓缩运行2448h; 然后加入季铵盐杀生剂1227(十二烷基二甲基苄基氯化铵)200mg/L，浓缩运行2448h； 再加入缓蚀剂100mg/L，渗透剂10mg/L，用硫酸调节冷却水的pH值为2.32.8，浓缩运行24h。,2、预膜方案 清洗结束后，接着进行不停车预膜。具体步骤如下： 通过换水(排出清洗用水和补入新鲜水)，使水中的铁含量1mg/L，钙离子浓度100mg/L，浊度10mg/L； 用硫酸调节冷却水的pH值到5.05.5，依次加入水解聚马来酸酐100mg/L，三聚磷酸钠100mg/L，硫酸锌25mg/L，浓缩运行6h; 换水直到水中总磷酸盐浓度降到15mg/L时转入日常运行。 换水时控制水的pH值为5.56.0。 3、效果 酸洗除垢阶段发生的腐蚀为均匀腐蚀，速度为4.75mm/a，总腐蚀厚度仅0.05mm。预膜阶段的总腐蚀深度更小，仅0.00lmm。经清洗和预膜后再日常运行时，换热器管子的腐蚀速度为0.06mm/a，污垢热阻为3.0110-4m2Kw，两者都达到了设计规范的要求。与清洗和预膜前相比，换热器的腐蚀控制和结垢控制的情况都有很大的改善。,