超聲波除垢技術(shù)在脫乙烷塔頂冷凝器上的應(yīng)用

厲 勇，鄭 娥

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

由脫乙烷塔進(jìn)料泵送來的物料，經(jīng)脫乙烷塔進(jìn)料加熱器加熱后進(jìn)入脫乙烷塔。塔頂碳二、碳三氣體經(jīng)脫乙烷塔頂冷凝器部分冷凝后，進(jìn)入脫乙烷塔頂回流罐。不凝氣自脫乙烷塔回流罐頂經(jīng)壓控閥送至2 號(hào)催化裂化裝置或燃料氣管網(wǎng)，冷凝液用脫乙烷塔回流泵送回塔頂全部作為回流，脫乙烷塔底物。

1 設(shè)備結(jié)垢現(xiàn)狀及影響

脫乙烷塔頂冷凝器從以前的使用經(jīng)驗(yàn)看，主要產(chǎn)生水垢，結(jié)垢速度可以達(dá)到1～2mm/a，這是由于循環(huán)水中有鈣鎂離子的存在，同時(shí)，運(yùn)行過程中隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高，水中成垢鹽類及腐蝕性離子也成倍增加，給整個(gè)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的結(jié)垢腐蝕問題，影響生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。從以前檢查維修記錄來看，該換熱設(shè)備兩年左右結(jié)垢2～3 mm，導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備換熱效率已開始大幅度下降，塔壓過高，壓控閥頻繁自動(dòng)開啟。脫乙烷塔頂冷凝器管板涂層不完整，入口管程有臟物堵塞(見圖1);管箱內(nèi)黏泥較多，存在較重的垢下腐蝕，最大凹坑深達(dá)3 mm(見圖2)，腐蝕較為嚴(yán)重。

圖1 管板結(jié)垢形貌Fig.1 Tube plate Fouling

(1)降低了產(chǎn)量:結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效果降低，脫乙烷塔頂氣相冷凝效果變差，使得塔壓過高。為了保證塔壓平衡，車間一般采取卸壓的方法，排出的回流罐氣相中丙烯的含量高達(dá)80%，使丙烯產(chǎn)量下降。

(2)增加了循環(huán)水消耗:該換熱設(shè)備結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低，脫乙烷塔頂氣相冷凝效果變差，回流罐冷凝液液位下降。為了維持脫乙烷回流罐內(nèi)的液位在一定的高度，需要增大循環(huán)水消耗以保證碳二、碳三的冷凝效果。

(3)造成垢下腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命。該組換熱設(shè)備由于結(jié)垢，造成垢下腐蝕，平均5～6 a會(huì)更換一次芯子，增加了投資成本。

從以前檢查維修記錄來看，該換熱設(shè)備2 a左右結(jié)垢2～3 mm，兩年清洗1 次。換熱設(shè)備換熱效率大幅度下降后，會(huì)導(dǎo)致塔壓過高，壓控閥頻繁自動(dòng)開啟。

2 設(shè)備結(jié)垢原因分析

循環(huán)水系統(tǒng)中的腐蝕主要是由循環(huán)水中溶解的鹽、氣體、有機(jī)化合物及微生物造成的。冷卻水腐蝕可以導(dǎo)致不同形式的損傷，包括均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、微生物腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂和垢下腐蝕等。為了減少腐蝕，換熱器芯子采用了防腐涂層，循環(huán)水加入緩蝕劑、殺菌劑等，以期減少腐蝕，但檢查發(fā)現(xiàn)效果不佳，為確定具體腐蝕類型，針對(duì)水冷器水側(cè)結(jié)垢且存在較重的垢下腐蝕問題，選取了管箱垢物進(jìn)行了采樣分析，見表1。

圖2 管箱腐蝕形貌Fig.2 Corrosion for Tube-case

表1 垢樣分析結(jié)果Table 1 Analysis result of fouling w，%

從表1 垢物分析結(jié)果可看出，管箱垢樣成分主要由氧化鐵、550 ℃灼減(代表垢樣中生物黏泥含量)為主，表明垢樣中含有較多的微生物黏泥和泥沙物質(zhì)(分別以550 ℃灼減和SiO2含量表示)，以鐵的腐蝕產(chǎn)物為主，存在一定的垢下腐蝕。從分析結(jié)果看，微生物導(dǎo)致的腐蝕占有重要地位，并直接和間接促進(jìn)了其他類型腐蝕的產(chǎn)生、發(fā)展。

3 現(xiàn)有換熱器結(jié)垢的治理措施

以前換熱器結(jié)垢嚴(yán)重后，采取在線清洗或抽芯高壓水槍清洗的方式。人工高壓水槍法致命的弱點(diǎn)是不能防止結(jié)垢，即使剛剛清除完垢，一旦設(shè)備開機(jī)運(yùn)行，結(jié)垢就繼續(xù)，直到結(jié)垢嚴(yán)重到威脅正常生產(chǎn)或安全時(shí)，再進(jìn)行一次檢修除垢，如此重復(fù)循環(huán)，實(shí)質(zhì)上設(shè)備在運(yùn)行期間始終處于帶垢作業(yè)狀態(tài)，能源浪費(fèi)、生產(chǎn)效率降低、垢下腐蝕等問題一直在生產(chǎn)過程中持續(xù);目前的機(jī)械除垢，對(duì)換熱器有損害，同時(shí)消耗水和電消耗;加大緩蝕劑，殺菌劑加入量后氣分裝置塔頂冷卻器結(jié)垢問題已經(jīng)較嚴(yán)重地影響正常生產(chǎn)工藝，換熱設(shè)備由于結(jié)垢，造成垢下腐蝕，平均5～6 a 更換一次芯子，增加了投資成本，帶來了巨大經(jīng)濟(jì)損失。為此，采用了防除垢徹底、范圍不受限制的防除垢技術(shù)，基本避免了設(shè)備生產(chǎn)過程中帶垢狀態(tài)作業(yè)而導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降的問題。超聲波防垢、除垢技術(shù)是一種能使設(shè)備不停機(jī)、不停產(chǎn)、不腐蝕設(shè)備無環(huán)境污染、無水資源浪費(fèi)、運(yùn)行成本低不需人工操作的防除垢技術(shù)。

4 除垢原理及特征

超聲波防垢、除垢裝置利用超聲波在金屬介質(zhì)和與其直接接觸介質(zhì)中傳播產(chǎn)生的一系列相關(guān)物理效應(yīng)來防垢、除垢。當(dāng)超聲波-脈沖防垢、除垢裝置換能器發(fā)出的超聲波-脈沖振蕩波在換熱器傳熱面的金屬管、板壁傳播時(shí)，由于在高加速度振蕩波的沖擊作用下，使之金屬和液體界面上的液體產(chǎn)生高速微渦，這一高速微渦阻礙了結(jié)垢、結(jié)晶和積垢等物質(zhì)的附著，對(duì)金屬界面起到了清理作用，防止了結(jié)垢、結(jié)晶和積垢。同時(shí)可去除金屬管、板壁上的硬垢和軟垢。超聲波-脈沖防除垢系統(tǒng)有如下特征:

(1)工作頻率可調(diào)，不會(huì)與設(shè)備產(chǎn)生共振;

(2)超聲波-脈沖防除垢裝置所發(fā)射出的振蕩波為彈性波，作用在金屬表面所產(chǎn)生的應(yīng)力為10 N/m2左右，一般在金屬疲勞極限的10%左右，工作過程中對(duì)原有設(shè)備不會(huì)產(chǎn)生任何金屬損傷;

(3)由于超聲波-脈沖防垢除垢裝置所發(fā)射出的振蕩波在金屬中的傳播速度較快，約為3 500～5 000 m/s，在金屬表面不會(huì)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中而損傷原有設(shè)備的問題。

5 應(yīng)用效果

由于換熱器冷卻效果影響因素眾多，包括塔頂溫度，循環(huán)水溫度，閥門開度等，生產(chǎn)單位不能全部一一掌控，難以對(duì)具體冷卻效果量化處理，從兩年的使用情況看，夏季溫度較高時(shí)冷卻能力不足的情況有所好轉(zhuǎn)，壓控閥開啟次數(shù)大為減少，由于上游裝置加強(qiáng)了碳二和循環(huán)水廠指標(biāo)的控制，換熱器冷卻能力下降速度亦比以前有所好轉(zhuǎn)。夏季調(diào)節(jié)閥開度從以前的95%～100%，降到現(xiàn)在的90%～100%，顯示了一定的效果。運(yùn)行兩年三個(gè)月后拆解檢查，發(fā)現(xiàn)換熱器內(nèi)部結(jié)垢依然較多，見圖3。

圖3 超聲波除垢后管板結(jié)垢形貌Fig.3 Tube plate Fouling after two years

從現(xiàn)場檢查情況看，結(jié)垢基本為軟垢，硬垢較少，顯示了超聲波除垢的一定效果。

6 結(jié)束語

從使用結(jié)果看，超聲波除垢技術(shù)應(yīng)用在脫乙烷塔頂冷凝器時(shí)有一定的效果，但距離長周期運(yùn)行還有差距，主要問題是存在軟垢。應(yīng)進(jìn)一步采取相應(yīng)優(yōu)化措施，有效地避免硬垢和軟垢，使換熱設(shè)備實(shí)現(xiàn)不帶垢運(yùn)行，減少水和藥劑的損耗。長期目標(biāo)爭取實(shí)現(xiàn)在線的防垢和除垢，不再需要停產(chǎn)除垢，節(jié)約清洗費(fèi)用，減少經(jīng)濟(jì)損失;避免由于結(jié)垢造成的垢下腐蝕，延長設(shè)備的使用壽命。