換熱器化學清洗系統(tǒng)建立和過程控制

1、第39卷 第8期 化 工 技 術 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清洗過程,介紹了化學清洗中各組分的化學性質,著重分析研究了換熱器化學清洗過程的建立及控制,并提出換熱器清洗應注意的事項。關鍵詞:換熱器;化學清洗;建立中圖分類號:TQ 051.5 文獻標識碼:B 文章編號: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備,廣泛應用于化工、煉油、能源、動力、制藥等工業(yè)領域。格爾木煉油廠換熱設備以列管式換熱器為主,冷凝器所用冷卻介質多為循環(huán)水,循環(huán)水閉路運行,通過換熱器帶走裝置的熱量。換熱器長期運行,會造成管壁結垢,影響換熱器的傳熱效果,結垢嚴重時,會堵塞換熱設備管束,無法正常生產。換熱器循環(huán)水側中污垢成分較為復雜,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清洗面積達1萬m 3,本文以碳酸鹽垢清洗系統(tǒng)的建立及應用進行深入探討。1 清洗的原理和意義化學清洗是用一種或數種化學藥劑及其水溶液,按小型清洗實驗結

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成臨時系統(tǒng),以清除附著于裝置工藝側、冷卻水側各種類型的物料垢、油垢、腐蝕產物、水垢、灰塵砂土等污垢。其原理是利用化學藥劑對垢物的溶解作用,即與垢物進行化學反應,生成可溶性鹽類或絡合物,隨清洗液排放,同時反應生成的氣體對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)長時間運行逐漸結垢,殘留于循環(huán)水系統(tǒng)中的污物很容易與所用的水質穩(wěn)定劑和預膜劑發(fā)生反應,影響水處理和預膜效果,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,在運行過程中結垢已影響了設備的生產效率和安全運行,致使系統(tǒng)的運行成

4、本和事故隱患增大。為使設備正常、安全、有效地運行,對其進行化學清洗非常有必要。我廠化學清洗工藝使用循環(huán)式清洗,即通過循環(huán)泵把清洗槽內的清洗液打入清洗設備內循環(huán)清洗,洗至清洗劑濃度在一定范圍內不變?yōu)榻K點。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水垢有良好的溶解作用,不含對設備結構材料、對設備重新投入使用和清洗過程有害的物質,對設備材料的腐蝕性小,或可用緩蝕劑進行有效抑制。根據上述要求,采用鹽酸對碳酸鹽垢進行清洗最為適宜,不僅價格低廉,酸洗效果好,而且不易產生氫脆和孔蝕,與碳酸鹽垢反應生成的氯化鈣易溶于水。鹽酸的質量標準應滿足GB32006工業(yè)用合成鹽酸的指標要求:總酸度31%

5、,鐵含量0.01%,砷含量0.0001%,灼燒殘渣0.15%。 2.2 選取緩蝕劑鹽酸中的氯離子既有促進金屬腐蝕產物快速活化溶解的有利作用,又有導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。因此在鹽酸清洗液中必須添加緩蝕劑。在清洗溫度范圍內,緩蝕劑應保持穩(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:換熱器化學清洗系統(tǒng)建立和過程控制65 第8期果好,腐蝕速度應低于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物Lan-8260.20.30.49598.799.4根據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(無機酸、有機酸、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吸收氫的能力和抑制Fe3+加速腐蝕能力,酸洗的金屬不產生孔蝕。在鹽酸中加入Lan-826緩蝕劑,滲氫率可減少85%,避免氫脆危險。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。磷酸三鈉質量標準: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。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,同時有很好的污泥剝離能力,可以對鹽垢起到疏松、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)回路設計和清洗工藝建立3.1.1 系統(tǒng)回路設計 3.1.2清洗工藝臨時配管清洗系統(tǒng)水沖洗及檢漏堿煮轉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,最好選用低進高出的進液方式。儲液罐成敞口不能密封,以保證生成的CO2氣體充分外排;同時為了避免氣體挾帶出酸洗液,儲液罐液位不應高于3/5。3.2酸洗液的配制在儲槽中加入水,開啟循環(huán)泵將水打入所清洗換熱器中,當水可以正常循環(huán)時停止加水。在加水過程中,要對水量進行了計量,根據所加的水量,計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,清洗時間長,若濃度太高,反應過快不易控制。循環(huán)泵繼續(xù)運行,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會有大量CO2氣體逸出,隨著酸洗液濃度降低,生成CO2速度也降低,當CO2生成量明顯減少時,可取樣化驗酸洗液中鹽酸濃度,若其濃度低于5%時,應及時補充鹽酸至規(guī)定范圍,以保證酸洗質量。在水垢的清洗中,CO2析出時的鼓泡和崩解、剝離垢的作用會加速清洗,酸洗過程中若反應過快,可減少冷凝器進液量或暫停進液泵,待反應緩和后再送酸。酸洗后期,每隔30min化驗一次鹽酸濃度,

10、當兩次化驗的結果相差不大且基本上無氣體產生時,就可以停泵,整個酸洗過程結束,并立刻取出腐蝕指示片進行處理和稱重,以測定腐蝕率。另外,當酸洗液中Fe3+濃度1000mgL-1時,清洗液中Fe3+升高將破壞緩蝕劑的緩蝕作用,使金屬表面產生點蝕,必須在酸洗液中加入還原劑(聯氨、氯化亞錫、亞硫酸鈉、水合肼等進行還原,使Fe3+還原為Fe2+,Fe3+的質量分數控制在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,再用清水進行清洗,并不斷監(jiān)測各排污點的pH值,一直沖洗到出水及各排放點pH大于6,且水質清澈,無沉淀物?；?工 技 術 與 開 發(fā)66 第39卷

11、清洗結束后,立即按配方配制鈍化液對冷凝器進行鈍化處理,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,鈍化時間為34h,若在常溫下進行鈍化,可適當延長鈍化時間,以68h為宜。鈍化結束后,用壓縮空氣(或蒸汽壓出鈍化液,與酸洗液中和,廢液合格達標后外排。4化學清洗過程控制手段及驗收標準化學清洗過程控制是保障設備安全清洗的一個重要環(huán)節(jié)。從開始選擇清洗劑到清洗過程中,直至最后清洗結束工程驗收全過程,都必須嚴格按質量指標執(zhí)行。4.1指標(1腐蝕速率,即化學清洗劑對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、清洗前腐蝕試片質量,g;W2為清洗后腐蝕試片質量,g;F 為標準腐蝕試片表面積,m2;T為清洗時間,h。(2腐蝕量,化學清洗后清洗劑對單位面積金屬基體腐蝕的質量,以公式表示如下:A=(W1-W2/F式中A為腐蝕量,g/m2;其他符號意義同上。腐蝕速率與腐蝕量之間的關系如下式:K=A/T即腐蝕速率為單位時間的腐蝕量。(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為標準中化學清洗腐蝕率及腐蝕量指標,表3為標準中除垢率及洗凈率指標2。表2腐蝕率及腐蝕量指標指標設備材料腐蝕率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指標設備材料除垢率N/% 洗凈B/%碳酸鹽水垢90 85 4.2化學清洗工程驗收工程驗收按化工行業(yè)標準HG/T 2387-92工業(yè)設備化學清洗質量標準規(guī)定的質量指標和交工驗收內容進行,主要內容如下:(1化學清洗工程驗收時,施工方應向用戶方提交:化學清洗方案、施工記錄及各種分析化驗數據。(2由施工方和用戶方質量檢驗員共同對設備進行化學清洗質量

14、檢驗,清洗質量符合本標準規(guī)定后,雙方可在表中簽字交工。5注意事項(1設備內的附屬儀表應與清洗介質隔離或拆除,將清洗系統(tǒng)與其它設備用盲板截斷,并將盲板編號以便清洗后恢復。清洗現場水、熱源應充足,電源安全可靠。(2循環(huán)酸槽與冷凝器連接時,注意循環(huán)酸液應低進高出,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,會增加設備、管道腐蝕,且水垢厚度3mm以上時,水垢會崩解、剝離、脫落而來不及溶解,脫落的垢片會堵塞設備或管道,嚴重時將使循環(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,對提高除垢率的作用不大。(5清洗溫度控制在常溫下進行。若清洗液溫度過高(大于40,酸洗液中的氯化氫氣體會揮發(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。(下轉第63頁樊紅珍:陜北氣田腐蝕現狀分析63 第8期(2陜北氣田天然氣井產出水中大量溶解鹽的存在,不僅自身通過電化學行為對管線、設備產生腐蝕,而且也會加速CO2的腐蝕行為,對高礦化度的榆50-6井,鹽腐蝕是相當嚴重的;(3陜北氣田天然氣井產出液中凝析油占的比重很大,雖然凝析油的存在本身不會產生腐蝕行為,但由于含量大、重質組分較多(長鏈烴多,它們會影響注入氣井中的緩蝕劑的使用效果。參

16、考文獻:1中國腐蝕與防護學會.金屬腐蝕手冊M.上海:上海科學技術出版社,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.國內外氣田開發(fā)

17、中管內CO2腐蝕研究進展J.油氣儲運,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結語對于冷凝器的清洗一般每兩年清洗一次,或根據使用情況增加清洗次