淺談多晶硅項目設(shè)備管道的清洗方法

曹旭輝（云南金吉安建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，云南　昆明　650051）

淺談多晶硅項目設(shè)備管道的清洗方法

曹旭輝
（云南金吉安建設(shè)咨詢監(jiān)理有限公司，云南昆明650051）

摘要：結(jié)合某3 000 t／a多晶硅改良西門子三氯氫硅還原生產(chǎn)法項目，說明設(shè)備管道高清潔度要求的重要性，闡述了在安裝施工過程中對其不同材質(zhì)、類型、質(zhì)量要求的設(shè)備管道進(jìn)行清洗的噴淋法、循環(huán)法、浸泡法、擦拭法等相應(yīng)的清洗工藝方法、關(guān)鍵工序、適用對象及質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，從而保證了此多晶硅項目的順利投產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到了設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：多晶硅項目；設(shè)備管道；管道清洗

0　引　言

多晶硅生產(chǎn)對設(shè)備管道和周圍環(huán)境的清潔度要求非常高，系統(tǒng)的油脂、水分、氯離子、氧化物、灰塵、雜物等雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，易產(chǎn)生安全隱患并引發(fā)安全事故。為保證項目順利投產(chǎn)，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計要求，必須在安裝施工過程中對設(shè)備管道進(jìn)行嚴(yán)格清洗，根據(jù)不同設(shè)備管道材質(zhì)、類型、質(zhì)量要求需要選擇不同的清洗工藝方法。

1　項目概況

某3 000 t／a多晶硅項目采用目前世界先進(jìn)的改良西門子生產(chǎn)工藝三氯氫硅還原法，基本反應(yīng)是：SiHCl3＋H2＝Si＋3HCl，在1 050～1 150℃時，三氯氫硅與氫氣發(fā)生氫還原反應(yīng)。具體工藝流程簡圖見圖1。

工程特點：

（1）設(shè)備多，有上千臺。大多數(shù)為靜設(shè)備，有容器、塔器、換熱器、還原爐、氫化爐等。動設(shè)備主要是泵類，壓縮機(jī)等傳動設(shè)備。

（2）管線多。排列密集，縱橫交錯，管件、閥門型號、規(guī)格復(fù)雜，管線材質(zhì)多，有無縫管、直縫焊管、鋼管、低合金管、不銹鋼管、襯膠鋼管和襯聚四氟乙烯鋼管。輸送氯氣、氯化氫、氯硅烷等有毒有害腐蝕物料的不銹鋼管居多。

（3）該工程是一個產(chǎn)品純度要求高，工藝復(fù)雜，設(shè)備眾多的化工系統(tǒng)，對設(shè)備及工藝管道潔凈等級要求極高，大部分都屬于潔凈清洗。

圖1　工藝流程簡圖Fig.1　Process flow diagram

2　清洗方法

2.1噴淋法（以精餾塔為例）

2.1.1不銹鋼材質(zhì)的精餾塔噴淋清洗工藝

清洗工藝步驟：對不銹鋼材質(zhì)的精餾塔，因設(shè)備在出廠前已進(jìn)行了酸洗鈍化處理，故噴淋清洗主要是脫脂，采用堿液為主脫脂劑進(jìn)行清洗，工藝按照以下步驟進(jìn)行：

水沖洗、試漏→脫脂→純水沖洗→干燥→包封。

（1）水沖洗、試漏

水沖洗及試漏的目的是除去系統(tǒng)中可能存在的污物，并在模擬清洗狀態(tài)下對臨時接管處泄漏情況進(jìn)行檢查。

沖洗時，調(diào)節(jié)噴淋液的流量，以便沖洗出系統(tǒng)內(nèi)的污物，并控制進(jìn)出水平衡。當(dāng)進(jìn)出水的濁度差＜5 NTU時，沖洗結(jié)束。

水壓檢漏試驗時，檢查臨時系統(tǒng)中焊縫、法蘭、閥門、短管連接處，有泄漏情況應(yīng)及時處理，以保證清洗過程的正常進(jìn)行。

（2）脫脂

脫脂的目的是利用脫脂液與系統(tǒng)中各類機(jī)油、石墨、防銹油等有機(jī)物反應(yīng)，以除去系統(tǒng)內(nèi)的油污。

排盡積水，將水充滿系統(tǒng)，循環(huán)并加熱。逐漸加入脫脂藥劑，混合均勻后進(jìn)行正向循環(huán)，當(dāng)系統(tǒng)脫脂液堿度穩(wěn)定，即可結(jié)束脫脂步驟。

（3）純水沖洗

脫脂后用大量純水沖洗掉系統(tǒng)內(nèi)的脫脂殘液，脫脂液排凈后，當(dāng)進(jìn)出水的pH值＜8，進(jìn)回液的濁度差＜5 NTU時，即可結(jié)束水沖洗。

（4）干燥、包封

清洗完成后用無油空氣吹干，用白色濾紙檢查無水跡為止。合格后進(jìn)行最終驗收，驗收合格后對各設(shè)備口和接管口用聚乙烯管套、聚酰亞胺薄膜帶或同等材料、臨時墊板或安裝用法蘭密封。

2.1.2碳鋼材質(zhì)精餾塔噴淋清洗工藝

清洗工藝步驟：針對碳鋼精餾塔采用如下工藝：

水沖洗、試漏→脫脂→水沖洗→酸洗→漂洗→鈍化→干燥→包封。

水沖洗、試漏、脫脂、水沖洗、干燥、包封工序同不銹鋼精餾塔清洗噴淋法。

（1）酸洗：硝酸：5%～8%；LAN－826（緩蝕劑）：0.25%～0.3%。

精餾塔內(nèi)表面外觀檢查，達(dá)到清潔無污，不遺留銹蝕點、鱗皮、渣子及其粘附雜質(zhì)和缺陷，被清洗金屬表面無點蝕或其他局部腐蝕。

（2）漂洗：酸洗結(jié)束后，排盡酸洗液，用純凈水進(jìn)行沖洗，除去殘留的酸洗液及洗落的固體顆粒。

（3）鈍化：鈍化是通過鈍化處理，在金屬表面人工形成均勻、致密的氧化膜，以替代金屬表面自然生成的不均勻、疏松的氧化膜，從而增強(qiáng)對管道內(nèi)壁潔凈表面的保護(hù)。鈍化處理后應(yīng)該形成透明的鈍化膜，保證管道內(nèi)壁鈍化完成后，呈現(xiàn)均勻一致的金屬本色。

2.2循環(huán)法

循環(huán)清洗對象：適用于易于構(gòu)成封閉系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)容易形成循環(huán)均勻、沒有循環(huán)死角的管線、換熱器、容器等設(shè)備。

循環(huán)清洗方法：利用清洗泵站為外加動力，通過清洗液在清洗系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，使清洗液與設(shè)備、管線內(nèi)表面的油污等進(jìn)行反應(yīng)，以達(dá)到脫脂目的，利用酸與銹反應(yīng)達(dá)到除銹的目的。

清洗工藝步驟：以精餾塔為例說明：

水沖洗、試漏→脫脂→水沖洗→酸洗→漂洗→鈍化→干燥→包封。

水沖洗、試漏、脫脂、水沖洗、干燥、包封工序同噴淋法。

（1）酸洗：硝酸：5% ～8%；LAN－826（緩蝕劑）：0.25%～0.3%。

工藝條件：溫度為常溫；時間為3～4 h。測試項目及頻次：

酸濃度：1次／30 min；

總鐵濃度：1次／30 min；

pH值：1次／30 min；

腐蝕率：隨時觀察，酸洗結(jié)束后測定。

酸洗質(zhì)量要求：設(shè)備、管道內(nèi)表面外觀檢查，達(dá)到清潔、無銹蝕點，不遺留鱗皮、渣子及其它粘附雜質(zhì)和缺陷。被清洗的金屬表面無點蝕或其他局部腐蝕，均勻腐蝕速率≤6 g／（m2·h），腐蝕量≤20 g／m2。

（2）漂洗：酸洗結(jié)束后，排盡酸洗液，用純凈水進(jìn)行沖洗，除去殘留的酸洗液及洗落的固體顆粒，當(dāng)pH接近中性（pH值為6～7），濁度平衡，進(jìn)回液的濁度＜5 NTU，即可結(jié)束沖洗。

測試項目及頻次：

硝酸濃度：1%～2%；

pH值：1次／10 min；

濁度：1次／10 min；

（3）鈍化：排盡系統(tǒng)殘留水后加入鈍化藥液，循環(huán)1～4 h后，結(jié)束鈍化。其工藝條件：鈍化溫度為常溫；鈍化時間為1～4 h；鈍化藥劑為碳鋼（含低合金碳鋼）專用鈍化劑。

測試項目及頻次：

pH值：1次／30 min；

溫度：1次／30 min。

質(zhì)量要求：酸洗鈍化后的設(shè)備管道內(nèi)表面不應(yīng)有明顯的腐蝕痕跡，不留斑紋或氧化色，應(yīng)呈現(xiàn)均勻一致的金屬本色。

2.3浸泡法

浸泡清洗對象：適用于無法進(jìn)行循環(huán)清洗和噴淋清洗的管件或設(shè)備。包括槽浸法和灌浸法2種。如對儀表、小管件和小設(shè)備采用有機(jī)溶劑（如四氯乙烯）進(jìn)行單獨浸泡清洗。

浸泡清洗法：浸泡清洗是一種溶解剝離清洗技術(shù)。在清洗過程中，將被清洗設(shè)備或管件浸入化學(xué)清洗溶液中，借助清洗液的溶解剝離作用，使清洗液與被清洗件表面上的油脂進(jìn)行充分的接觸，達(dá)到脫脂的目的，通過酸與銹的反應(yīng)達(dá)到除銹的目的。

2.3.1不銹鋼材質(zhì)管件或設(shè)備浸泡清洗

不銹鋼材質(zhì)管件或設(shè)備浸泡清洗采用堿液為主的脫脂劑進(jìn)行清洗，工藝按照以下步驟進(jìn)行：

水沖洗→浸泡脫脂→純水沖洗→干燥→包封。

（1）水沖洗

當(dāng)管件或設(shè)備運抵清洗現(xiàn)場后，先用清水對其表面進(jìn)行沖洗。水沖洗的目的是除去被清洗件表面的污物。

（2）浸泡脫脂

將管件或設(shè)備置于浸泡池（內(nèi)壁為環(huán)氧呋喃玻璃鋼防腐）中，所需清洗表面必須完全沒于浸泡液面之下，或?qū)⒔菀汗嘤诓荒芙莸脑O(shè)備或部件中。浸泡清洗的目的是利用清洗液使油脂類物質(zhì)疏松、乳化或分散，變成可溶性物質(zhì)，使設(shè)備表面清潔無油。

（3）人工沖洗

浸泡清洗結(jié)束后取出被清洗件，用純水進(jìn)行沖洗，去除殘留在物件表面上的堿液和洗落的污物。

（4）純水沖洗結(jié)束后進(jìn)行中間過程脫脂驗收，合格后干燥包封。

2.3.2碳鋼材質(zhì)設(shè)備浸泡清洗

針對碳鋼管件或設(shè)備采用如下浸泡清洗工藝：

水沖洗→浸泡脫脂→純水沖洗→酸洗→漂洗→鈍化→干燥→包封。

水沖洗、浸泡脫脂、純水沖洗、干燥、包封工序同不銹鋼材質(zhì)管件或設(shè)備浸泡清洗。

（1）酸洗

將管件或設(shè)備置于浸泡池（內(nèi)壁環(huán)氧呋喃玻璃鋼防腐）中，所需清洗表面必須完全沒于浸泡液面之下?；?qū)⒔菀汗嘤诓荒芙莸脑O(shè)備或部件中。

（2）漂洗

酸洗結(jié)束后用純凈水進(jìn)行沖洗，除去殘留的酸洗液及洗落的固體顆粒，然后用稀硝酸1%～2%進(jìn)行漂洗。

（3）鈍化

用碳鋼（含低合金碳鋼）專用鈍化劑常溫浸泡1 ～4 h至設(shè)備管道表面呈現(xiàn)均勻一致的金屬本色。

2.4擦拭法

如精餾塔冷凝器、熱油膨脹罐擦洗。擦拭用藥劑為脫酯清洗液或酸洗膏。

將管件放置到專用工作臺擦洗，每個被清洗件的兩段放置小桶，收集擦洗時流出的清洗液，廢液收集到中和池。

經(jīng)擦洗過的管件用純水射流沖洗，沖洗廢水收集到中和池；經(jīng)擦洗過的管件用鈍化液射流沖洗，沖洗廢水收集到中和池。

2.5管道的清洗

（1）清洗前的準(zhǔn)備

管線清洗前先由安裝單位打磨坡口后運送到清洗場地指定位置。

（2）管道清洗

①用吊車將管道放入脫脂池進(jìn)行脫脂清洗；②脫脂結(jié)束時，用吊車將管道吊出脫脂池，用純凈高壓水將殘留脫脂液沖洗干凈；③將管道放入酸洗鈍化池進(jìn)行酸洗鈍化；用無油蒸汽吹洗脫脂時，取其冷凝液，放入一小粒直徑不大于1 mm的純樟腦，以樟腦粒不旋轉(zhuǎn)為合格；④酸洗鈍化結(jié)束后，用吊車將管道吊出酸洗鈍化池，并用純凈高壓水將殘留酸液沖洗干凈；⑤用干燥無油的壓縮空氣將管道逐根吹干，驗收合格后，用塑料薄膜及三合板進(jìn)行包封。

3　清洗質(zhì)量驗收和保護(hù)

設(shè)備管道清洗質(zhì)量檢查驗收標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）被清洗的設(shè)備管道中無鐵銹、灰塵、污物或其他顆粒存在。用手指磨擦表面及強(qiáng)白光檢查，肉眼看不到油污、涂抹的痕跡。

（2）用清潔干燥的白色濾紙擦拭脫脂件表面，紙上無油脂、水分痕跡。

此外，清洗質(zhì)量還必須達(dá)到設(shè)計要求、合同要求，符合《HG／T 2387－92工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》《GB 20202－2000脫脂工程施工驗收及驗收規(guī)范》《HB 5292－84不銹鋼酸洗鈍化質(zhì)量檢驗》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。由業(yè)主方、監(jiān)理方、承包方共同對設(shè)備管道進(jìn)行驗收并進(jìn)行保護(hù)防止二次污染。

在清洗包封驗收完成后，安裝單位在進(jìn)行設(shè)備管道安裝前嚴(yán)禁破壞包封保護(hù)層，一旦發(fā)現(xiàn)破損應(yīng)該及時采取緊急措施，對破損處進(jìn)行檢查確保沒有污物進(jìn)入后再進(jìn)行重新包封，若包封破壞后造成了二次污染，需進(jìn)行重新清洗。

4　結(jié)　語

由于油脂和水對多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，所以多晶硅設(shè)備管道清洗工藝中最關(guān)鍵的工序是脫脂和干燥。只有根據(jù)實際的設(shè)備管道污染情況，按照設(shè)計要求、國家、行業(yè)法規(guī)、規(guī)范要求選擇最佳的清洗工藝方法，才能保證設(shè)備管道的清洗質(zhì)量，從而保證多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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［2］中華人民共和國國家石油和化學(xué)工業(yè)局452號.HG 20202－2000脫脂工程施工驗收及驗收規(guī)范［S］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［3］中華人民共和國航空工業(yè)部.HB 5292－84不銹鋼酸洗鈍化質(zhì)量檢驗［S］.北京：中華人民共和國航空工業(yè)部，1985.

［4］中華人民共和國發(fā)展和改革委員會第1415號.SH／T 3547－2011石油化工設(shè)備和管道化學(xué)清洗施工及驗收規(guī)范［S］.北京：中國石化出版社，2011.

中圖分類號：TG178

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004－2660（2015）01－0039－04

收稿日期：2015－02－02.

作者簡介：曹旭輝（1968－），女，云南人，化工工程師、國家注冊監(jiān)理工程師、造價工程師、投資項目管理師.主要研究方向：有色金屬化工項目工程管理.

Discussion on Equipment Pipe Cleaning Methods in Polysilicon Project

CAO Xu－h(huán)ui
（Yunnan Jinjian Supervision of Construction Consulting Co.Ltd.，Kunming 650051，China）

Abstract：Combined with a 3 000 t／a project of polysilicon－improved Siemens trichlorosilane reduction method，the importance of high requirements for equipment pipe cleanliness was illustrated.Aiming at various materials，types and quality requirements of equipment pipes in installation and construction，relevant cleaning methods（e-.g.spraying method，circulation method，soaking method，wipe method，etc.），key process，applicable targets and quality acceptance standards were described.And thus this project was put into operation successfully and the product quality meets the design requirements.

Key words：polysilicon project；equipment pipe；pipe cleaning