換熱器化學(xué)清洗系統(tǒng)建立和過(guò)程控制

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(guò)程控制

王勝潮，謝齊

（格爾木煉油廠，青海 格爾木 816000）

通過(guò)格爾木煉油廠2009年大檢修換熱器的化學(xué)清洗過(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(wàn)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)晶間腐蝕傾向，無(wú)選擇性腐蝕，無(wú)脫成分腐蝕，無(wú)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(jiàn)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(wú)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(guó)工業(yè)清洗中得到了廣泛應(yīng)用。

2.3 選取鈍化劑

通過(guò)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(guò)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(yáng)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(lái)，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(kāi)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(guò)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(zhǎng)，若濃度太高，反應(yīng)過(guò)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(guò)程控制

酸洗開(kāi)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(guò)程中若反應(yīng)過(guò)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(wú)氣體產(chǎn)生時(shí)，就可以停泵，整個(gè)酸洗過(guò)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(wú)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(zhǎng)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(guò)程控制手段及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

化學(xué)清洗過(guò)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(kāi)始選擇清洗劑到清洗過(guò)程中，直至最后清洗結(jié)束工程驗(yàn)收全過(guò)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(wú)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)啵⒚ぐ寰幪?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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)高(大于40℃)，酸洗液中的氯化氫氣體會(huì)揮發(fā)出來(lái)，降低了使用效果；若清洗液溫度過(guò)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(yǔ)

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(zhǎng)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