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        煉油廠鍋爐結(jié)垢原因分析及清洗處理

        2021-05-06 01:06:22盧昌江
        云南化工 2021年2期
        關(guān)鍵詞:效果系統(tǒng)

        吳 軍,盧昌江,王 偉

        (中亞能源有限責(zé)任公司,陜西 西安 710000)

        在煉油企業(yè)中,鍋爐蒸汽系統(tǒng)是重要組成部分。大部分的工藝,如加熱、干燥或攪拌、汽提、汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)等,都需要蒸汽的連續(xù)供應(yīng)。中亞某有限責(zé)任公司現(xiàn)有4臺(tái)(1×30T/h)SZS30-1.25/280-YQ燃油蒸汽鍋爐,為全廠提供1.0 MPa低壓蒸汽,它主要包括原水預(yù)處理系統(tǒng)、產(chǎn)汽系統(tǒng)。原水預(yù)處理系統(tǒng)包括1套凈水系統(tǒng)、3套多介質(zhì)過(guò)濾器、3套反滲透系統(tǒng)。2017年,燃油鍋爐技改為油氣混燒型鍋爐,采用DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)。自2016年以來(lái),該鍋爐熱效率逐漸降低,油耗逐漸增大,過(guò)熱段超溫嚴(yán)重,已嚴(yán)重威脅設(shè)備安全運(yùn)行。2019年,大檢修檢查發(fā)現(xiàn),從除氧器到鍋爐給水泵,再到上下鍋筒,均有結(jié)垢,結(jié)垢面積98%以上。結(jié)垢致密厚度約5 mm,致使管徑減小約10 mm,且部分部位外表面存在不同程度的火焰沖刷和高溫腐蝕。為解決上述問(wèn)題,公司多次組織專題研究,2019年8月初,筆者有幸參加鍋爐結(jié)垢成因分析及清洗處理過(guò)程[1]。

        1 原因分析

        該鍋爐自2014年投用以來(lái),運(yùn)行良好。從2016年開(kāi)始該鍋爐效率逐漸降低,過(guò)熱段出現(xiàn)超溫。在2019年,大檢修檢查發(fā)現(xiàn),從除氧器到鍋爐上水泵,再到上下鍋筒,均有結(jié)垢,結(jié)垢面積98%以上。管束、管件結(jié)垢致密厚度約5 mm,筒體結(jié)垢厚度1 mm以上。如圖1所示。

        圖1 短節(jié)、管線、鍋筒等結(jié)垢情況

        水垢的主要成份為:NaCl、Na2SO4、CaCl2、CaSO4、CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、MgSO4、MgCl2、硅酸化合物及金屬腐蝕產(chǎn)物,如Fe2O3、FeO、CuO、Cu2O、Cu等。由于鈣鎂硬度或鐵離子不達(dá)標(biāo),當(dāng)鍋爐在高溫高壓條件下運(yùn)行一段時(shí)間后,鍋爐水側(cè)受熱面上就會(huì)牢固地附著一些固體沉積物,這些固體沉積物就稱為水垢。其沉積量的多少取決于給水中各種鹽類的含量及特性。在一定條件下,固體沉淀物也會(huì)在鍋水中析出,呈松散的懸浮狀為水渣。在檢查中發(fā)現(xiàn),該鍋爐不僅結(jié)垢嚴(yán)重,而且還有大量水渣,判斷是給水硬度不達(dá)標(biāo),而且排污系統(tǒng)出現(xiàn)故障或排污過(guò)小所致。以上問(wèn)題若得不到解決,必將嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行。

        經(jīng)歷史數(shù)據(jù)分析并仔細(xì)梳理給水流程后確定,形成水垢物質(zhì)的來(lái)源為除鹽水和全廠凝結(jié)水。一方面,從分析數(shù)據(jù)來(lái)看,動(dòng)力車間對(duì)除鹽水、鍋爐水質(zhì)的控制未達(dá)到供汽輪機(jī)使用鍋爐給水的要求,除鹽水的硬度、電導(dǎo)率和鍋爐水的磷酸根均未達(dá)標(biāo)。另一方面,部分給水來(lái)源于全廠凝結(jié)水回收,理論上水質(zhì)純凈,但實(shí)際已受到污染。原因是:①金屬腐蝕產(chǎn)物的污染,特別是鐵和銅腐蝕產(chǎn)物的污染;②供熱用戶凝結(jié)水的污染,存在加熱器油品竄入凝結(jié)水系統(tǒng);③凝汽器不嚴(yán)或其它原因?qū)е碌娜芙庋醭瑯?biāo)。

        2 解決措施

        面對(duì)嚴(yán)重的結(jié)垢問(wèn)題,清垢工作刻不容緩。若持續(xù)運(yùn)行,結(jié)垢將更加嚴(yán)重,導(dǎo)熱能力也越差,鍋爐產(chǎn)汽能力更低,能耗大幅度增加,且存在局部過(guò)熱而威脅鍋爐安全運(yùn)行。目前,從保證鍋爐負(fù)荷、降低能耗、提高工作效率,以及減緩鍋爐腐蝕等方面考慮,根據(jù)DL/T794-2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》,對(duì)鍋爐鍋筒、管束、過(guò)熱器及連接管道進(jìn)行化學(xué)清洗。把水垢和雜質(zhì)等沉淀物通過(guò)清洗消除,并形成一層保護(hù)膜(鈍化膜),使鍋爐系統(tǒng)恢復(fù)產(chǎn)汽能力、提高熱效率,確保鍋爐安全運(yùn)行?;瘜W(xué)清洗過(guò)程符合《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》的規(guī)定[2]。

        2.1 鍋爐清洗前的溶解對(duì)比實(shí)驗(yàn)

        1)溶解實(shí)驗(yàn):取現(xiàn)場(chǎng)鍋筒垢樣烘干后稱重10 g,分別在500 mL兩種溶液中,進(jìn)行60℃溶解實(shí)驗(yàn),溶解60 min后,過(guò)濾殘?jiān)Q重,計(jì)算可溶物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表1);

        表1 不同混合酸溶解水垢對(duì)比

        2)緩蝕效率實(shí)驗(yàn):配置10%HCl+3%NaF混合溶液、10%HCl+3%NaF混合溶液+0.5%緩蝕劑HAI-90混合清洗溶液各500 mL,配置15.5%HCl+6.5%NaF混合清洗溶液、15.5%HCl+6.5%NaF+0.5%緩蝕劑HAI-90混合清洗溶液各500 mL,放入碳鋼試片各2片(預(yù)先酒精擦洗+測(cè)量長(zhǎng)寬厚孔徑尺寸+千分之天平稱重),60 ℃溫度浸泡24 h后取出酒精清洗,晾干,用千分之一天平稱重,計(jì)算腐蝕速率和緩蝕效率。結(jié)果見(jiàn)表2。

        表2 不同濃度混合酸對(duì)碳鋼緩蝕效率實(shí)驗(yàn)對(duì)比

        由表2看出,在10% HCl+3% NaF+0.5%緩蝕劑 HAI-90 混合清洗溶液中溶解率最高,效果最好,且對(duì)碳鋼緩蝕效率最慢,緩蝕效果最好。因此,可用10% H Cl+3% Na F+0.5%緩蝕劑 HAI-90 混合清洗溶液作為本次清洗的試劑使用。

        2.2 鍋爐清洗過(guò)程

        根據(jù)DL/T794—2012《火力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)清洗導(dǎo)則》和《GB/T 25146—2010工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定,管線清洗流速應(yīng)為0.2~0.5m/s,不大于1 m/s;清洗泵流量在100~300 t/h。泵揚(yáng)程應(yīng)大于靜壓與系統(tǒng)流動(dòng)阻力之和,約為65 mH2O。根據(jù)上述考慮,清洗選用的臨時(shí)進(jìn)液和回液母管內(nèi)徑應(yīng)不小于100 mm,選用1臺(tái)流量為150 t/h的清洗泵。凡與清洗系統(tǒng)相連接的管道,或者全部盲板,或者全部關(guān)閉閥門(不內(nèi)漏);清洗范圍內(nèi)的流量計(jì)、儀表閥門、不銹鋼法蘭等部件全部拆除或盲板隔離。總之,清洗系統(tǒng)與其它相連的設(shè)備、管道等都需要有效隔離,以免酸液互竄,造成安全隱患[3]。

        清洗工藝:水循環(huán)檢查漏點(diǎn)和隔離情況→清洗(10% HCl+3% NaF+0.5%緩蝕劑:清洗硅、鈣鎂垢,常溫)→水頂酸及中和水沖洗(2.5%NaOH+2.5%Na2CO3)→鈍化(5%雙氧水,常溫)→水沖洗→開(kāi)工除氧→進(jìn)合格除氧水隔氧封閉系統(tǒng)??刂棋仩t內(nèi)流速不大于 1 m/s,整個(gè)清洗系統(tǒng)先利用水循環(huán)檢查加熱系統(tǒng)沒(méi)有不暢、不通、外漏,隔離有效,鹽酸、氫氟酸、堿液除了流經(jīng)清洗的密閉設(shè)備和管道,不流經(jīng)或泄漏到任何其它部位,有效保護(hù)人身及系統(tǒng)安全。做好清洗過(guò)程中監(jiān)測(cè)和記錄的項(xiàng)目及控制要求等[4]。

        2.3 清洗過(guò)程中的監(jiān)控重點(diǎn)及清洗質(zhì)量指標(biāo)

        首先,化驗(yàn)室要做好各種試劑的調(diào)配、掛片腐蝕速率計(jì)算、監(jiān)測(cè)清洗過(guò)程中混合酸濃度變化并做好記錄。其次,設(shè)備管理人員跟蹤做好管束測(cè)厚工作,記錄好數(shù)據(jù),頻繁檢查各處密封點(diǎn),發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理或退守。最后,相關(guān)人員記錄好每個(gè)清洗階段的時(shí)間及每一步工作安排。在清洗過(guò)程中,由于清洗液的不斷消耗,污垢溶解進(jìn)入溶液,清洗液的成分發(fā)生很大變化,其成分的變化直接影響到溶垢的效果和緩蝕劑的緩蝕效果。溶垢速度也隨著清洗液有效濃度的降低而降低,緩蝕效率也受到溶垢量的影響而下降。為了保證一定的清洗溶垢速度,減少基體的腐蝕程度,并保證鈍化效果,當(dāng)清洗液消耗到一定量,污垢溶解到一定程度時(shí),就需要補(bǔ)加清洗劑、更換清洗液。只有定時(shí)檢測(cè)變化后清洗液的主要成分,才能很好地把握好更換清洗液、補(bǔ)加清洗劑的時(shí)機(jī)[5]。

        質(zhì)量指標(biāo):清洗碳酸鹽或氧化鐵除垢面積達(dá)結(jié)垢面積的85%以上;清洗硅酸鹽或硫酸鹽除垢面積達(dá)結(jié)垢面積的60%以上;用腐蝕試片測(cè)量的金屬腐蝕速度的平均值小于6 g/(m2·h),腐蝕總量不大于 80 g/m2;表面應(yīng)清潔并形成良好的鈍化膜,金屬表面不出現(xiàn)二次浮銹,無(wú)點(diǎn)蝕;清除鍋爐內(nèi)清洗物后已經(jīng)松動(dòng)或脫落的殘留垢渣,疏通受熱面管子;對(duì)于清洗前已經(jīng)堵塞無(wú)法清洗疏通的,應(yīng)當(dāng)修理更換,以確保所有的受熱面管子暢通無(wú)阻。

        2.4 實(shí)際清洗效果及鍋爐效率恢復(fù)情況

        本次化學(xué)清洗,總體達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo),符合清洗質(zhì)量指標(biāo)的要求。各處結(jié)垢基本完全溶解,底部水渣等沉淀物均已沖洗干凈,表面清潔并形成良好的鈍化膜。清洗后效果如圖2所示。各處管束腐蝕情況如表3所示。

        圖2 短節(jié)、管線、鍋筒清洗后效果

        表3 鍋爐清洗過(guò)程各處管束腐蝕情況

        3 結(jié)語(yǔ)

        本次清洗效果良好,生產(chǎn)效率恢復(fù)至設(shè)計(jì)狀態(tài),鍋爐運(yùn)行狀態(tài)良好未見(jiàn)異常。由此可見(jiàn),本次清洗達(dá)到了預(yù)期效果。并對(duì)除氧水及凝結(jié)水控制指標(biāo)按照供汽輪機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂并加強(qiáng)加藥、排污、化驗(yàn)等管理主要是做好一下工作。

        3.1 搞好給水處理

        給水中的溶解氧、鐵離子和過(guò)低的pH都會(huì)促進(jìn)鍋爐金屬發(fā)生腐蝕。因此給水應(yīng)盡量除氧;給水pH應(yīng)大于7;對(duì)于回收蒸汽冷凝水作給水的,應(yīng)注意控制鐵離子含量,適當(dāng)排放至含鐵量合格后才能作為鍋爐給水。

        3.2 保持鍋水水質(zhì)達(dá)到合格

        3.3 給水的除氧

        給水除氧是防止鍋爐金屬腐蝕,保證鍋爐熱力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要措施之一。目前,除氧處理常用的方法主要有熱力除氧、真空除氧、化學(xué)除氧及其他新開(kāi)發(fā)的除氧方式等,其中最常用的是熱力除氧。

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