換熱器化學(xué)清洗系統(tǒng)建立和過程控制

1、第39卷 第8期 化 工 技 術(shù) 與 開 發(fā) V ol.39 No.8 2010年8月 Technology & Development of Chemical Industry Aug.2010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摘 要: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)。關(guān)鍵詞:換熱器;化學(xué)清洗;建立中圖分類號(hào):TQ 051.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1671-9905(201008-0064-03收稿日期:2

2、010-04-23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(zhǎng)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m 3,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)

3、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(zhǎng)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

4、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GB32006工業(yè)用合成鹽酸的指標(biāo)要求:總酸度31%

5、,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王勝潮等:換熱器化學(xué)清洗系統(tǒng)建立和過程控制65 第8期果好,腐蝕速度應(yīng)低于5g(m2h-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酸洗液/%酸洗溫度/緩蝕劑緩蝕劑加入量/%緩蝕效果/%

6、HCl HCl HCl 2030203050烏洛托品苯胺甲醛應(yīng)物L(fēng)an-8260.20.30.49598.799.4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

7、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

8、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清洗工藝臨時(shí)配管清洗系統(tǒng)水沖洗及檢漏堿煮轉(zhuǎn)化水沖洗酸洗水沖洗漂洗中和鈍化廢液排放處理將欲清洗的設(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

9、%,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(zhǎng),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,

10、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1000mgL-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+,Fe3+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?；?工 技 術(shù) 與 開 發(fā)66 第39卷

11、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5060,鈍化時(shí)間為34h,若在常溫下進(jìn)行鈍化,可適當(dāng)延長(zhǎng)鈍化時(shí)間,以68h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:K=(W1-W2/(FT式中K為腐蝕速率,g(m2h-1;W1為

12、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:A=(W1-W2/F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:K=A/T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:N=(V2-V1/(V0-V1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:B=(S0-S1/S0式中B為洗凈率,

13、%;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)指標(biāo)設(shè)備材料腐蝕率K/g(m2h-1腐蝕量A/gm-2鐵及鐵合金 6 20表3除垢率及洗凈率指標(biāo)指標(biāo)設(shè)備材料除垢率N/% 洗凈B/%碳酸鹽水垢90 85 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

14、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)?并將盲板編號(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0.40.8 ms-1為宜,最大不要超過1.2ms-1,以免發(fā)生沖刷腐蝕。

15、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。(下轉(zhuǎn)第63頁樊紅珍:陜北氣田腐蝕現(xiàn)狀分析63 第8期(2陜北氣田天然氣井產(chǎn)出水中大量溶解鹽的存在,不僅自身通過電化學(xué)行為對(duì)管線、設(shè)備產(chǎn)生腐蝕,而且也會(huì)加速CO2的腐蝕行為,對(duì)高礦化度的榆50-6井,鹽腐蝕是相當(dāng)嚴(yán)重的;(3陜北氣田天然氣井產(chǎn)出液中凝析油占的比重很大,雖然凝析油的存在本身不會(huì)產(chǎn)生腐蝕行為,但由于含量大、重質(zhì)組分較多(長(zhǎng)鏈烴多,它們會(huì)影響注入氣井中的緩蝕劑的使用效果。參

16、考文獻(xiàn):1中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì).金屬腐蝕手冊(cè)M.上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1987.2Kermani M B.Morshed A. Carbon dioxide corrosion inoil and gas production-a compendiumJ.Corrosion,2003,59(8:559-683.3Christopher J H,Robert V W,North Sea Dowhole.Corrosion Identifying the problemJ.Implementing the Problem.JPT,Jan.1983:239-246.4閻姚曉,馮玉軍.國內(nèi)外氣田開發(fā)

17、中管內(nèi)CO2腐蝕研究進(jìn)展J.油氣儲(chǔ)運(yùn),1996,15(2:97-99.Analysis of Corrosion Status of Shanbei Gas FieldFAN Hong-zhen(Shaanxi Petrochemical Industry School, Xian 710061, China(上接第60頁Study of Coagulation-dehydration of Domestic SludgeLIN Hong-yi(Maoming Sewage Treatment Plant, Maoming 525000,ChinaAbstract: The dehydrati

18、on test was applied to treat the municipal sewage sludge with PAFC and PAM, and the moisture content of sludge could reduce from 91.8% to 86.8%, sludge volume could reduce by the original 45% to 28%.The best ratio of compound coagulant was 100, and under the same processing conditions, using compound coagulant, not only greatly improved treatment effect, and coagulant cost was reduced than single.Key words: domestic sludge; chemical coagulation; dehydration; process conditions(上接第66頁6結(jié)語對(duì)于冷凝器的清洗一般每?jī)赡昵逑匆淮?或根據(jù)使用情況增加清洗次