超分子膜化技术在莱钢余热锅炉上的研究与应用

史晓丽,李克明

（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）

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）

比较了传统清洗技术与超分子优缺点,在莱钢H lG140/960-80-5.2/480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。

超分子膜化技术;化学清洗;系统膜化

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）

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H lG140/960-80-5.2/480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≥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

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Φ57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Φ108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=100 m3/h、H=80 m、电源380 V、N=50 kW）;水源P≮0.3 MPa，管径DN100，接至清洗设备；电源负荷：50 Hz、380 V、100 kW。排污管DN100接至指定地点。蒸汽（PN1.6 MPa）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。

图6 中性超分子膜化循环回路图

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60 m3。在开机前清洗预膜的用量保持在8%～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%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9 min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36 h。

4）在整个系统循环冲洗36 h后，根据系统垢型和垢量置换排污至浊度＜10 mg/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。

App lication of Supermolecular M embranization Technology in the Waste Heat Boiler of Laiwu Steel

Shi Xiaoli1,Li Keming2
(1.The Power Plant of Laiwu Steel;2.The Mechanical Power of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The advantages and shortcomings of traditional cleaning processes and supramolecular membrane technique are compared.The HIG 140/960-80-5.2/480 CDQ waste heat boiler at Laiwu Steel adopted neutral supermolecular membrane technique after an overhaul,which has improved the anti-corrosion performance and brought significant economic benefit.

supramolecular membrane technology;chemical cleaning;system membranization

TK229

B

1006-6764（2015）02-0029-04

2014-10-27

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。