超分子膜化技术在莱钢余热锅炉上的研究与应用

冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第2期总第180期1前言超分子膜化技术是替代传统化学清洗的新技术。该药剂呈中性至弱碱性，对设备不产生任何腐蚀，对环境无任何危害。通过超分子的自组装作用，药剂分子和金属形成稳定的超分子结构，在金属表面组成稳定的超分子膜。在形成的同时，利用分子的振动作用和布朗运动，将金属表面的各种锈垢、结晶垢、油垢、泥垢、焊渣和轧制鳞片等污垢分散溶解到溶液中，无颗粒残留。超分子药剂的选择性自组装过程，能够形成稳定、致密的膜层结构，该膜层能有效的保护金属设备不受腐蚀，也能阻止各种污垢的再次附着。2传统化学清洗和超分子膜化技术的优缺点对比2.1使用传统的化学清洗工艺的分析传统的化学清洗通过清洗剂与污垢之间发生化学反应，达到清洗目的，所使用的清洗剂一般为小分子的酸或碱，容易扩散到设备金属本体内部，造成金属内部的晶格畸变及晶体结构的缺陷。并且，由于垢层的厚度不一，在传统化学清洗（尤其是酸洗）过程中不可避免的存在着锅炉及管线内表面过洗腐蚀的现象,影响金属本身的性能，其抗压强度、抗拉伸强度、蠕变性、延展性以及耐腐蚀性等各项性能指标都会降低，危害设备的运行安全和使用寿命。2.2超分子膜化技术的基本原理目前所使用的超分子膜化技术，药剂本身分子尺寸超出了金属原子间距，使得药剂分子无法向金属内部渗透扩散，不会造成晶体缺陷影响设备的性能，对设备是极其安全的。其除垢清洁是在成膜过程同步完成的，膜化更完全，除垢更彻底。且膜化后的废水中无任何颗粒杂质，中性无毒，对环境无影响。通过图1、图2的对比，可以更直观地看到，即使看起来很光洁的金属表面实际是很粗糙的，而使用“超分子膜化技术”后就能在金属表面形成这样一个平整光滑的超分子膜。图1微观下的20＃碳钢表面锈层（粗糙）超分子膜化技术在莱钢余热锅炉上的研究与应用史晓丽1,李克明2（1.莱钢股份能源动力厂,2.莱钢股份机械动力部,山东莱芜271104）【摘要】比较了传统清洗技术与超分子优缺点,在莱钢HlG140/960-80-5.2/480型余热锅炉大修投用前使用了中性超分子膜化技术，使用后提高了防腐性能,经济效益明显。【关键词】超分子膜化技术;化学清洗;系统膜化【中图分类号】TK229【文献标识码】B【文章编号】1006-6764（2015）02-0029-04ApplicationofSupermolecularMembranizationTechnologyintheWasteHeatBoilerofLaiwuSteelShiXiaoli1,LiKeming2(1.ThePowerPlantofLaiwuSteel;2.TheMechanicalPowerofLaiwuSteel,ShandongIronandSteelGroup,Laiwu,Shandong271104,China)【Abstract】Theadvantagesandshortcomingsoftraditionalcleaningprocessesandsupramolecularmembranetechniquearecompared.TheHIG140/960-80-5.2/480CDQwasteheatboileratLaiwuSteeladoptedneutralsupermolecularmembranetechniqueafteranover原haul,whichhasimprovedtheanti-corrosionperformanceandbroughtsignificanteconomicbenefit.【Keywords】supramolecularmembranetechnology;chemicalcleaning;systemmembraniza原tion29冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第2期总第180期图2超分子膜化后的效果（精细磨砂面）常温下，利用超分子膜化原理进行工艺设备管道的化学清洗和钝化防腐，该方法对系统安全、高效，图3、图4为管内加热卧式锅炉炉管采用超分子膜化前后同一系统的对比。图3超分子膜化前图4超分子膜化后3超分子膜化技术的实施研究与应用莱钢HlG140/960-80-5.2/480型余热锅炉及管线内表面由于系统内存有油污、SiO2、铁锈和轧制鳞片等，经分析对比，决定采用QD-818超分子膜化剂进行超分子膜化。QD-818超分子膜化剂为无色至淡黄色透明液体，pH值为7的中性液体，相对密度逸1.3，水溶性较好，可与水任意比例混溶。为了保证一次性清洗效果，此次的膜化方式采用正、反向强制循环膜化，现场的具体实施步骤如下所述：3.1依据现场情况，设计合理的膜化施工工艺流程根据膜化对象的现场布局，将膜化工作站设在HlG140/960-80-5.2/480型余热锅炉附近的空地上，由相关技术人员设计出合理有效的中性超分子膜化工艺流程图如图5。图5莱钢HLG140/960-80-5.2/480型锅炉分子膜化工艺流程图注：淡线条为临时管线30冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第2期总第180期图6中性超分子膜化循环回路图1）给水泵不参加膜化，只在高压给水管上接出一个DN100，PN1.6的阀门和DN100的连接管至工作站。2）用钢管将除盐水和自来水与清洗站连接并分别装上DN100，PN1.6的阀门。3）化学污水利用工作站的排污阀排至排污沟。4）下降管管口处加装椎57的临时限流孔板（截流孔板）。5）前、后、左、右下集箱低端处需由甲方配合开出椎108清渣孔4处，便于膜化过程中和膜化完毕后方便清渣。本次膜化工程循环泵为2台IRG100-315型管道泵（Q=100m3/h、H=80m、电源380V、N=50kW）;水源P亿0.3MPa，管径DN100，接至清洗设备；电源负荷：50Hz、380V、100kW。排污管DN100接至指定地点。蒸汽（PN1.6MPa）管DN50接入清洗设备。操作时，利用工作站上的换向阀组（即V5、V6、V7、V8的开关）进行正、反两个方向的循环，这样更有利于膜化质量的提高。3.2根据膜化范围和系统特点，中性超分子膜化循环回路如图6所示。3.3膜化技术的在现场实施过程中的具体应用1）莱钢HlG140/960-80-5.2/480型余热锅炉的容积，加上临时管线、循环槽冲洗车等系统共计约60m3。在开机前清洗预膜的用量保持在8%耀10%左右，然后向系统中注入清水的同时，按所测系统容积的8豫投入QD-818超分子膜化剂，一边循环，一边投料，直到进料完毕，全程要保持循环均匀。2）药剂的投加工作是在清洗预膜循环泵的吸入口处进行，正、反两向进行循环膜化，循环均匀、同时测定pH值，巡回检查有无泄漏之处。3）继续循环膜化，在膜化过程中对于并联的进（出）口阀门每次只开1个，并且每9min切换一次，同时根据情况不断补加QD-818超分子膜化剂，直至油污、铁锈、轧制鳞片、焊渣全部除净，膜化时间定为36h。4）在整个系统循环冲洗36h后，根据系统垢型和垢量置换排污至浊度约10mg/L，同时目测水清为止，待检查清洗预膜效果合格后，残留的药剂可以继续作为水质稳定剂在系统内安全使用。5）清洗预膜处理后，对干熄焦余热锅炉及管线内表面，进行系统部分管路检查，彻底清除了锈垢、碳酸盐垢、磷酸盐垢、硅酸盐垢和硫酸盐垢等难溶垢及其黏泥，整个清洗过程高效安全，不用加酸降pH值，避免了pH值失控造成的腐蚀，并可在清洗的活性金属表面上形成稳定致密的超分子膜，有效防止点蚀发生。4应用超分子膜化技术后的实践效果采用QD-818超分子膜化剂对莱钢HlG140/960-80-5.2/480型余热锅炉及管线内表面进行膜化处理，其节能减排的效果如下:1）膜化的过程是常温操作，不需烘炉加热，仅此一项，与碱煮相比，即可节约3~5天的锅炉运行费用，至少节约75万元。2）膜化处理比普通的螯合速度快，除垢彻底干净，并在金属表面形成分子膜，达到除垢和钝化一步完成的效果。一方面提高了（下转第34页）清洗站上水管省煤器锅筒汽水引出管上集箱水冷壁管(限流后的)集中下降管前后下水箱1清洗站打靶处蒸汽主管锅筒汽水引出管上集箱水冷壁管(限流后的)集中下降管左右下水箱2集汽集箱高温过热器低温过热器31冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第2期总第180期（上接31页）锅炉运行的换热效率，延长锅炉使用寿命，保证锅炉高效率生产。更重要的是超分子膜类似荷叶膜，在锅炉生产蒸汽的过程中可以避免锅炉的膜态沸腾，提高锅炉产汽率5%以上，确保锅炉的安全运行。3）清洗的过程就是分子识别与组装的过程，将金属表面的所有难溶垢彻底清除，不会产生酸洗和碱洗过程中颗粒剥离的现象，废液容易排净，系统无残渣，膜化的整个过程不存在死区。5）膜化能快速形成分子保护膜，不会产生酸洗的返锈现象，防腐蚀安全性能大大提高，而且对锅炉及管线上的监测控制装置和仪表无腐蚀情况发生。4）膜化过程操作容易，可以循环冲洗膜化，也可以浸泡膜化，也可以不停车在线清洁膜化，操作安全、简便。5结语莱钢HlG140/960-80-5.2/480型余热锅炉大修投用前中性超分子膜化工程方案，将锅炉锅筒、水冷壁、下降管、引出管、上下集箱、低、高温过热器、集汽集箱、蒸汽主管、上水管至省煤器等水汽系统的污物去除干净，并在金属表面形成一层坚硬致密的超分子膜，可减少大修期间一半以上工作量，缩短了大修工期，确保系统较长周期性的安全高效运行。收稿日期：2014-10-27作者简介：史晓丽（1980-），女，工程师，毕业于山东科技大学机械学院机械设计制造及其自动化专业，现从事设备检修管理工作。以前运行水温现在运行水温32333435363738394041场投入扇区时用红外测温仪测量，最终确定扇区冬季正常运行时循环水温度应在40依2益为宜。扇区运行时水温比较如图5所示。图5为扇区运行时水温比较图4.3间冷塔内温度分布不均，局部温度过低，机组正常运行时确保全部冷却三角投入常规认为机组在低负荷时，排汽量少，循环水温度低，可少投机组间冷扇区来提高循环水温度。但实际运行情况不是这样，当把部分扇区退出运行后，运行扇区循环水温是提高了，但是运行扇区的百叶窗开度就会比全部投入时增大，同时未投入扇区周围温度也会降低，这样就加剧了塔内温度分布不均，造成局部温度过低而冻裂扇区。所以最终确定非特殊情况，所有冷却三角必须全部投入，关闭塔门，百叶窗开度保持一致，以确保间冷塔内温度分布均匀。5实施效果该电热公司在后续新建的铝电1#、2#机组实施了以上防冻对策，在2013年冬季调试及正常投运后没有出现扇区冻裂现象。而前期已建成投运的新5#、6#机组（循环水工艺流程未优化）虽然采取了大量的防冻措施，但在2013年冬季运行过程中仍出现了冷却三角冻裂的泄漏情况。6结束语根据新投产的铝电1#、2#机组冬季实际运行情况来看，该电热公司在350MW机组间接空冷系统中采取的防冻控制措施及系统优化方案是成功的，解决了散热器冬季冻结的问题。后续新建的铝电3#、4#机组间接空冷系统工艺按优化后的方案实施，节省了后期大量改造费用，检修维护费用也明显减少。收稿日期：2014-09-25作者简介：梁金丽（1971—），女，1995年毕业于长沙电力学院热能动力工程专业，工程师，现从事350MW机组汽机技术管理工作。34