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        換熱器化學(xué)清洗系統(tǒng)建立和過程控制

        2010-09-06 08:16:02王勝潮謝齊
        化工技術(shù)與開發(fā) 2010年8期
        關(guān)鍵詞:清洗液格爾木酸洗

        王勝潮,謝齊

        (格爾木煉油廠,青海 格爾木 816000)

        換熱器化學(xué)清洗系統(tǒng)建立和過程控制

        王勝潮,謝齊

        (格爾木煉油廠,青海 格爾木 816000)

        通過格爾木煉油廠2009年大檢修換熱器的化學(xué)清洗過程,介紹了化學(xué)清洗中各組分的化學(xué)性質(zhì),著重分析研究了換熱器化學(xué)清洗過程的建立及控制,并提出換熱器清洗應(yīng)注意的事項(xiàng)。

        換熱器;化學(xué)清洗;建立

        換熱器是使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備,廣泛應(yīng)用于化工、煉油、能源、動(dòng)力、制藥等工業(yè)領(lǐng)域。格爾木煉油廠換熱設(shè)備以列管式換熱器為主,冷凝器所用冷卻介質(zhì)多為循環(huán)水,循環(huán)水閉路運(yùn)行,通過換熱器帶走裝置的熱量。換熱器長期運(yùn)行,會(huì)造成管壁結(jié)垢,影響換熱器的傳熱效果,結(jié)垢嚴(yán)重時(shí),會(huì)堵塞換熱設(shè)備管束,無法正常生產(chǎn)。換熱器循環(huán)水側(cè)中污垢成分較為復(fù)雜,有硫酸鹽垢、銹垢及生物粘泥及藻類垢,但主要以碳酸鹽垢為主。2009年格爾木煉油廠大檢修換熱器化學(xué)清洗面積達(dá)1萬m3,本文以碳酸鹽垢清洗系統(tǒng)的建立及應(yīng)用進(jìn)行深入探討。

        1 清洗的原理和意義

        化學(xué)清洗是用一種或數(shù)種化學(xué)藥劑及其水溶液,按小型清洗實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的工藝條件、配比和程序,通過清洗泵、管道及閥組等與被清洗裝置構(gòu)成臨時(shí)系統(tǒng),以清除附著于裝置工藝側(cè)、冷卻水側(cè)各種類型的物料垢、油垢、腐蝕產(chǎn)物、水垢、灰塵砂土等污垢。其原理是利用化學(xué)藥劑對(duì)垢物的溶解作用,即與垢物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),生成可溶性鹽類或絡(luò)合物,隨清洗液排放,同時(shí)反應(yīng)生成的氣體對(duì)垢物又可起到疏松剝離作用,加速垢物的清除。

        格爾木煉油廠換熱器水冷卻系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行逐漸結(jié)垢,殘留于循環(huán)水系統(tǒng)中的污物很容易與所用的水質(zhì)穩(wěn)定劑和預(yù)膜劑發(fā)生反應(yīng),影響水處理和預(yù)膜效果,使換熱器換熱效率下降,甚至發(fā)生腐蝕和堵塞,水泵輸水壓力上升,流量減少,在運(yùn)行過程中結(jié)垢已影響了設(shè)備的生產(chǎn)效率和安全運(yùn)行,致使系統(tǒng)的運(yùn)行成本和事故隱患增大。為使設(shè)備正常、安全、有效地運(yùn)行,對(duì)其進(jìn)行化學(xué)清洗非常有必要。

        我廠化學(xué)清洗工藝使用循環(huán)式清洗,即通過循環(huán)泵把清洗槽內(nèi)的清洗液打入清洗設(shè)備內(nèi)循環(huán)清洗,洗至清洗劑濃度在一定范圍內(nèi)不變?yōu)榻K點(diǎn)。

        2 酸洗溶液的配制

        2.1 選取清洗溶劑——鹽酸

        所選用的溶劑要求對(duì)水垢有良好的溶解作用,不含對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)材料、對(duì)設(shè)備重新投入使用和清洗過程有害的物質(zhì),對(duì)設(shè)備材料的腐蝕性小,或可用緩蝕劑進(jìn)行有效抑制。根據(jù)上述要求,采用鹽酸對(duì)碳酸鹽垢進(jìn)行清洗最為適宜,不僅價(jià)格低廉,酸洗效果好,而且不易產(chǎn)生氫脆和孔蝕,與碳酸鹽垢反應(yīng)生成的氯化鈣易溶于水。鹽酸的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足GB320—06《工業(yè)用合成鹽酸》的指標(biāo)要求:總酸度≥31%,鐵含量≤0.01%,砷含量≤0.0001%,灼燒殘?jiān)?.15%。

        2.2 選取緩蝕劑

        鹽酸中的氯離子既有促進(jìn)金屬腐蝕產(chǎn)物快速活化溶解的有利作用,又有導(dǎo)致鈍性材料表面鈍化膜局部破壞誘發(fā)小孔腐蝕的不利作用,還可以與金屬基體發(fā)生反應(yīng)。因此在鹽酸清洗液中必須添加緩蝕劑。在清洗溫度范圍內(nèi),緩蝕劑應(yīng)保持穩(wěn)定,能保證被清洗的材料無晶間腐蝕傾向,無選擇性腐蝕,無脫成分腐蝕,無孔蝕,在鹽酸溶液中緩蝕效果好,腐蝕速度應(yīng)低于 5g·(m2·h)-1。鹽酸清洗液及緩蝕劑的使用條件[1]見表1。

        表1 鹽酸清洗液及緩蝕劑的使用條件

        根據(jù)上表緩蝕劑的緩蝕效果,我們選用Lan-826作為酸洗緩蝕劑。Lan-826是化工部化工機(jī)械研究院1982年研制成功的一種多用酸洗緩蝕劑,它在多種清洗用酸(無機(jī)酸、有機(jī)酸、氧化性酸、非氧化性酸)中都有高效緩蝕作用,具有優(yōu)良的抑制鋼在酸洗時(shí)吸收氫的能力和抑制Fe3+加速腐蝕能力,酸洗的金屬不產(chǎn)生孔蝕。在鹽酸中加入Lan-826緩蝕劑,滲氫率可減少85%,避免氫脆危險(xiǎn)。Lan-826為淡黃色液體,氣味小,毒性低,不燃不爆,在我國工業(yè)清洗中得到了廣泛應(yīng)用。

        2.3 選取鈍化劑

        通過酸洗、漂洗后的金屬表面處于較高活性狀態(tài),極容易發(fā)生返銹現(xiàn)象。通過鈍化的方法,使金屬表面形成一層致密的不溶性氧化膜,使鐵失去電子溶解的陽極反應(yīng)受阻,腐蝕速度大為降低,從而防止清洗系統(tǒng)發(fā)生返銹。磷酸三鈉是最常用的鋼鐵鈍化劑,常與燒堿(NaOH)配合使用,能在鋼鐵表面形成一層以鐵的氧化物為主的鈍化膜。磷酸三鈉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):純度≥98%。

        2.4 表面活性劑

        表面活性劑是指一些在很低的濃度下能顯著降低液體表面張力(或界面張力)的物質(zhì)。為了增加酸洗液的清洗效果,可以添加適量的剝離劑。氨基酸型兩性表面活性劑有一定的殺菌能力,同時(shí)有很好的污泥剝離能力,可以對(duì)鹽垢起到疏松、剝離的作用,有利于鹽垢的清洗。

        3 循環(huán)酸洗系統(tǒng)工藝

        3.1 循環(huán)酸洗系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)和清洗工藝建立

        3.1.1 系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)

        3.1.2 清洗工藝

        將欲清洗的設(shè)備與系統(tǒng)隔離起來,與酸洗系統(tǒng)管線連接,為了保證酸洗效果,以免循環(huán)液走短路造成清洗死角,最好選用低進(jìn)高出的進(jìn)液方式。儲(chǔ)液罐成敞口不能密封,以保證生成的CO2氣體充分外排;同時(shí)為了避免氣體挾帶出酸洗液,儲(chǔ)液罐液位不應(yīng)高于3/5。

        3.2 酸洗液的配制

        在儲(chǔ)槽中加入水,開啟循環(huán)泵將水打入所清洗換熱器中,當(dāng)水可以正常循環(huán)時(shí)停止加水。在加水過程中,要對(duì)水量進(jìn)行了計(jì)量,根據(jù)所加的水量,計(jì)算需要加入的鹽酸量及藥劑量。酸洗液配比:鹽酸濃度(HCl含量)為 7%~10%,緩蝕刺 Lan-826為0.2%~0.5%,剝離劑l%。其中鹽酸濃度太低清洗效果不好,清洗時(shí)間長,若濃度太高,反應(yīng)過快不易控制。循環(huán)泵繼續(xù)運(yùn)行,使藥劑和水能充分混合,以免局部酸液太濃,使緩蝕劑失效,增加腐蝕。

        3.3 酸洗過程控制

        酸洗開始時(shí)會(huì)有大量CO2氣體逸出,隨著酸洗液濃度降低,生成CO2速度也降低,當(dāng)CO2生成量明顯減少時(shí),可取樣化驗(yàn)酸洗液中鹽酸濃度,若其濃度低于5%時(shí),應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充鹽酸至規(guī)定范圍,以保證酸洗質(zhì)量。在水垢的清洗中,CO2析出時(shí)的鼓泡和崩解、剝離垢的作用會(huì)加速清洗,酸洗過程中若反應(yīng)過快,可減少冷凝器進(jìn)液量或暫停進(jìn)液泵,待反應(yīng)緩和后再送酸。酸洗后期,每隔30min化驗(yàn)一次鹽酸濃度,當(dāng)兩次化驗(yàn)的結(jié)果相差不大且基本上無氣體產(chǎn)生時(shí),就可以停泵,整個(gè)酸洗過程結(jié)束,并立刻取出腐蝕指示片進(jìn)行處理和稱重,以測(cè)定腐蝕率。另外,當(dāng)酸洗液中Fe3+濃度≥1000mg·L-1時(shí),清洗液中Fe3+升高將破壞緩蝕劑的緩蝕作用,使金屬表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕,必須在酸洗液中加入還原劑(聯(lián)氨、氯化亞錫、亞硫酸鈉、水合肼等)進(jìn)行還原,使Fe3+還原為Fe2+,F(xiàn)e3+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.03%以下。

        3.4 清洗及鈍化

        酸洗后,用壓縮空氣(或蒸汽)壓出清洗系統(tǒng)中酸洗液,并吹掃5min,再用清水進(jìn)行清洗,并不斷監(jiān)測(cè)各排污點(diǎn)的pH值,一直沖洗到出水及各排放點(diǎn)pH大于6,且水質(zhì)清澈,無沉淀物。

        清洗結(jié)束后,立即按配方配制鈍化液對(duì)冷凝器進(jìn)行鈍化處理,其中2%~3%磷酸三鈉,0.5%燒堿。有條件的話,鈍化劑中可通入蒸汽,控制鈍化液溫度50~60℃,鈍化時(shí)間為3~4h,若在常溫下進(jìn)行鈍化,可適當(dāng)延長鈍化時(shí)間,以6~8h為宜。鈍化結(jié)束后,用壓縮空氣(或蒸汽)壓出鈍化液,與酸洗液中和,廢液合格達(dá)標(biāo)后外排。

        4 化學(xué)清洗過程控制手段及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

        化學(xué)清洗過程控制是保障設(shè)備安全清洗的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。從開始選擇清洗劑到清洗過程中,直至最后清洗結(jié)束工程驗(yàn)收全過程,都必須嚴(yán)格按質(zhì)量指標(biāo)執(zhí)行。

        4.1 指標(biāo)

        (1)腐蝕速率,即化學(xué)清洗劑對(duì)金屬基體的腐蝕速率,公式表示如下:

        式中K為腐蝕速率,g·(m2·h)-1;W1為清洗前腐蝕試片質(zhì)量,g;W2為清洗后腐蝕試片質(zhì)量,g;F為標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片表面積,m2;T為清洗時(shí)間,h。

        (2)腐蝕量,化學(xué)清洗后清洗劑對(duì)單位面積金屬基體腐蝕的質(zhì)量,以公式表示如下:

        式中A為腐蝕量,g/m2;其他符號(hào)意義同上。

        腐蝕速率與腐蝕量之間的關(guān)系如下式:

        即腐蝕速率為單位時(shí)間的腐蝕量。

        (3)除垢率,清洗前后物體表面污垢除去的體積百分率,公式表示如下:

        式中N為除垢率;V0為無垢監(jiān)視管體積,mL;V1和V2為依次為清洗前和清洗后監(jiān)視管體積,mL。

        (4)洗凈率,清洗前后殘留污垢覆蓋面的百分率,公式表示如下:

        式中B為洗凈率,%;S0和S1為依次為清洗前和清洗后指定面中污垢覆蓋的面積,m2。

        表2為標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)清洗腐蝕率及腐蝕量指標(biāo),表3為標(biāo)準(zhǔn)中除垢率及洗凈率指標(biāo)[2]。

        表2 腐蝕率及腐蝕量指標(biāo)

        表3 除垢率及洗凈率指標(biāo)

        4.2 化學(xué)清洗工程驗(yàn)收

        工程驗(yàn)收按化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2387-92《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)和交工驗(yàn)收內(nèi)容進(jìn)行,主要內(nèi)容如下:

        (1)化學(xué)清洗工程驗(yàn)收時(shí),施工方應(yīng)向用戶方提交:化學(xué)清洗方案、施工記錄及各種分析化驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        (2)由施工方和用戶方質(zhì)量檢驗(yàn)員共同對(duì)設(shè)備進(jìn)行化學(xué)清洗質(zhì)量檢驗(yàn),清洗質(zhì)量符合本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定后,雙方可在表中簽字交工。

        5 注意事項(xiàng)

        (1)設(shè)備內(nèi)的附屬儀表應(yīng)與清洗介質(zhì)隔離或拆除,將清洗系統(tǒng)與其它設(shè)備用盲板截?cái)?,并將盲板編?hào)以便清洗后恢復(fù)。清洗現(xiàn)場(chǎng)水、熱源應(yīng)充足,電源安全可靠。

        (2)循環(huán)酸槽與冷凝器連接時(shí),注意循環(huán)酸液應(yīng)低進(jìn)高出,以防循環(huán)液短路,造成水垢清洗留有死角。

        (3)控制好酸洗液的濃度。酸濃度太低,除垢效果不好,酸濃度太高,會(huì)增加設(shè)備、管道腐蝕,且水垢厚度≥3mm以上時(shí),水垢會(huì)崩解、剝離、脫落而來不及溶解,脫落的垢片會(huì)堵塞設(shè)備或管道,嚴(yán)重時(shí)將使循環(huán)酸洗過程中止。

        (4)控制好循環(huán)速度。循環(huán)速度以0.4~0.8 m·s-1為宜,最大不要超過1.2m·s-1,以免發(fā)生沖刷腐蝕。提高清洗液的流速,對(duì)提高除垢率的作用不大。

        (5)清洗溫度控制在常溫下進(jìn)行。若清洗液溫度過高(大于40℃),酸洗液中的氯化氫氣體會(huì)揮發(fā)出來,降低了使用效果;若清洗液溫度過低(小于10℃),清洗效率將很低。

        (6)循環(huán)泵為耐腐蝕泵。

        6 結(jié)語

        對(duì)于冷凝器的清洗一般每?jī)赡昵逑匆淮危蚋鶕?jù)使用情況增加清洗次數(shù)。清洗后,冷凝器換熱效果良好,極大地提高了工藝運(yùn)行穩(wěn)定性,對(duì)于節(jié)能降耗、延長設(shè)備作用壽命、提高設(shè)備安全狀況都十分有利。

        [1] 梁治齊.實(shí)用清洗技術(shù)手冊(cè)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

        [2] HG-T 2387-1992,工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

        [3] DL/T 794-2001,火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則[S].

        Establishment and Process Control of Chemical Cleaning System of Heat Exchanger

        WANG Sheng-chao, XIE Qi
        (Golmud Refinery, Golmud 816000, China)

        TQ 051.5

        B

        1671-9905(2010)08-0064-03

        2010-04-23

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