發(fā)電廠板式換熱器化學(xué)清洗中氨基磺酸的運(yùn)用研究

陳 庚，陳 鈺

（延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 延安 716000）

板式換熱器在19世紀(jì)到20世紀(jì)20年代內(nèi)開始在牛奶工業(yè)的殺菌工藝中進(jìn)行應(yīng)用，由于板式換熱器在制造上和使用方面存在著自身的特點(diǎn)，也就使得其在工業(yè)方面有效應(yīng)用之后，發(fā)展的速度不斷加快.并且早期的板式換熱器多數(shù)情況下，是在食品工業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用的，但是工業(yè)行業(yè)的發(fā)展過程中，板式換熱器在應(yīng)用的時(shí)候，應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，逐漸涉及機(jī)械和冶金以及發(fā)電等行業(yè)，這就需要對(duì)發(fā)電廠板式換熱器清洗方面加以關(guān)注和重視.

1 板式換熱器的特點(diǎn)

1.1 板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)

板式換熱器的傳熱系數(shù)比較高.板式換熱器本身具有的流道是比較小的，并且其中所具有的板片相對(duì)而言呈現(xiàn)出波形的特點(diǎn)，其截面在變化的時(shí)候，也相對(duì)較為復(fù)雜，在這一過程中，會(huì)造成流體在流動(dòng)的時(shí)候，流動(dòng)方向以及流動(dòng)的速度等方面都會(huì)出現(xiàn)變化，使得流體的擾動(dòng)方面也會(huì)出現(xiàn)增加的情況，因此，在比較小的流速下會(huì)出現(xiàn)紊流的情況，板式換熱器具有較高的傳熱系數(shù).尤其在液體和液體之間的換熱及黏度較大的流體間換熱等方面的應(yīng)用.

板式換熱器的適應(yīng)性相對(duì)較大.主要能夠在對(duì)板片的數(shù)量實(shí)施增減處理的時(shí)候，明確其所具有的具體傳熱面積.一臺(tái)換熱器中包含幾個(gè)方面的內(nèi)容，使得其能夠同時(shí)實(shí)施幾種流體間的加熱或冷卻等.板式換熱器本身的結(jié)構(gòu)相對(duì)較為緊湊，其體積是比較小的，并且耗材量也相對(duì)較少.每立方米體積間的傳熱面積已經(jīng)能夠達(dá)到250平方米，其中每平方米的傳熱面積僅僅需要金屬15千克左右.傳熱系數(shù)高和金屬等的消耗相對(duì)比較少，促使其傳熱的有效性處于85%-90%之間，并且板式換熱器具有易于拆洗和修理的特點(diǎn)，其中所具有的污垢系數(shù)相對(duì)比較小.板式換熱器流動(dòng)擾動(dòng)相對(duì)比較大，其中的污垢是不容易出現(xiàn)沉積現(xiàn)象的，使用的板片的材質(zhì)也相對(duì)比較好，不會(huì)輕易出現(xiàn)腐蝕的情況，這些會(huì)促使污垢的系數(shù)數(shù)值降低.在板式換熱器使用的時(shí)候，主要是使用金屬板材，并且在這一板材應(yīng)用的時(shí)候，其原材料價(jià)格相對(duì)比金屬的管材，存在較為低廉的特點(diǎn).

1.2 板式換熱器的缺點(diǎn)

板式換熱器的密封性相對(duì)較差.板式換熱器較容易出現(xiàn)泄露的情況，需要經(jīng)常對(duì)其墊圈加以更換處理，更換數(shù)量比較多的時(shí)候，也就會(huì)較為麻煩.板式換熱器使用壓力在一定程度上會(huì)受到限制，并且主要是處于lMPa之內(nèi).使用溫度受墊圈的時(shí)候，其本身也會(huì)受到材料耐溫性等方面的影響，其流道相對(duì)比較小，更加適合氣體和氣體之間的換熱或蒸汽冷凝.板式換熱器的流道比較容易出現(xiàn)堵塞的情況，并且不適合含懸浮物的流體，其流阻相對(duì)管殼式是比較大的.

2 化學(xué)清洗方案的確定

在對(duì)板式換熱器進(jìn)行清洗處理的時(shí)候，需要根據(jù)廠家所提供的相關(guān)《汽機(jī)房板式換熱器技術(shù)資料》的內(nèi)容，規(guī)范化對(duì)板式換熱器進(jìn)行清洗處理，對(duì)進(jìn)行拆卸處理之后的換熱板進(jìn)行水沖洗及擦洗處理，其本身所具有的清洗效果是相對(duì)比較差的，并且無法有效對(duì)換熱板上乳白色的油垢樣有效去除.在具體分析之后，能夠發(fā)現(xiàn)其所具有的垢樣90%以上能夠溶于酸中，這就使得對(duì)其進(jìn)行清洗的時(shí)候，使用化學(xué)清洗的方式能夠?qū)Q熱版上的污垢有效去除處理.

化學(xué)清洗劑中酸性清洗劑通常主要使用稀H2SO4溶液以及氨基磺酸等溶液.相關(guān)研究表明，在加熱的情況下，使用比較濃的HNO3能夠使垢樣出現(xiàn)松散和溶解的情況.HNO3屬于易制爆藥品，因此對(duì)其管制也是比較嚴(yán)格的，在對(duì)這一溶液運(yùn)輸和采購(gòu)的時(shí)候，其流程是比較繁瑣和復(fù)雜的.另外，清洗板式換熱器的時(shí)候，如果是采用硝酸液體進(jìn)行清洗處理，就會(huì)使得板式換熱器化學(xué)清洗的經(jīng)濟(jì)成本出現(xiàn)增加的現(xiàn)象.

氨基磺酸的水溶液本身存在著比較顯著的酸性特點(diǎn)，但是在存儲(chǔ)和運(yùn)輸處理的時(shí)候，相對(duì)于HCl和H2SO4而言具有更加安全的特點(diǎn)，并且本身的技術(shù)條件和加工工藝都是比較成熟的，在近些年以來，其應(yīng)用的范圍逐漸廣泛.對(duì)拆卸后的換熱板在進(jìn)行清潔處理之前，需要首先選取其中的樣片進(jìn)行試驗(yàn)處理，發(fā)現(xiàn)其中酸度為7%的氨基磺在加熱到40℃的情況下，去除換熱板上的污垢的時(shí)候，其速度更快，效果也會(huì)更加明顯，并且在這一過程中，換熱板的腐蝕速率是相對(duì)較小的.其中所具有的氨基磺酸與污垢的主要化學(xué)反應(yīng)方程式主要為：

板式換熱器在進(jìn)行化學(xué)清洗處理的時(shí)候，本身就屬于比較重要而又具有危險(xiǎn)性的工作內(nèi)容，需要工作人員和組織能夠積極進(jìn)行配合，并且需要參與到清洗過程中的相關(guān)人員能夠?qū)η逑垂ぷ鞯母黜?xiàng)安排熟知，所涉及的加藥操作及清洗監(jiān)控人員等，需要具備清洗的相關(guān)技能.清洗工作在進(jìn)行有效實(shí)施的時(shí)候，需要對(duì)相關(guān)人員的培訓(xùn)工作不斷加強(qiáng)，并且對(duì)其宣傳工作也需要加以關(guān)注和重視.相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人需要進(jìn)行清洗的操作措施編制處理，防止在具體清洗的過程中，發(fā)生意外事故.

3 化學(xué)清洗工藝及步驟

3.1 化學(xué)清洗流程

在對(duì)已經(jīng)經(jīng)過拆卸處理的板式換熱器進(jìn)行檢查處理之后，能夠發(fā)現(xiàn)其中所具有的換熱板冷端結(jié)垢是比較嚴(yán)重的，而熱端不存在結(jié)垢的情況，這就使得對(duì)板式換熱器進(jìn)行化學(xué)清洗的時(shí)候，其清洗的范圍主要是對(duì)換熱器的冷端進(jìn)行清洗處理.其中具體的清洗方式主要是使用單回路正流的方式加以沖洗.

清洗板式換熱器的時(shí)候，其進(jìn)口位置進(jìn)行清洗的時(shí)候，壓力需要控制在0.1-0.3MPa之間，并且其流量需要控制在150-300t/h之內(nèi)，清洗循環(huán)泵功率主要顯示為55kW，而最大流量主要為350t/h，揚(yáng)程需要控制在30m，該泵體材質(zhì)為耐酸的聚四氟乙烯.

3.2 化學(xué)清洗條件準(zhǔn)備

板式換熱器在進(jìn)行化學(xué)清洗之前，需要對(duì)機(jī)組的運(yùn)行人員以及巡檢人員等進(jìn)行告知，并且將板式換熱器系統(tǒng)在清洗之前都和其他相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行隔離處理，并且對(duì)各自的工作內(nèi)容加以有效分配和組織.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)具有的條件和環(huán)境，板式換熱器在進(jìn)行清洗的時(shí)候，主要使用構(gòu)架簡(jiǎn)單且易操作的清洗系統(tǒng)具體實(shí)施.

為了使板式換熱器的化學(xué)清洗工作得以順利進(jìn)行，需要將清洗系統(tǒng)的構(gòu)架選在比較寬闊和平坦的位置，使得場(chǎng)地位置在進(jìn)行廢水收集及運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，更加有利.清洗系統(tǒng)在進(jìn)行具體安裝處理之后，也需要能夠?qū)Π迨綋Q熱器清洗系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備及清洗水箱等位置進(jìn)行標(biāo)志設(shè)立，提醒正在清洗.其采取的方式主要是進(jìn)行掛臨時(shí)設(shè)備銘牌等，對(duì)系統(tǒng)外圍進(jìn)行清洗處理，設(shè)置必要的圍欄，掛警示牌，防止無關(guān)人員進(jìn)入.

化學(xué)清洗需要的化學(xué)藥品及分析儀器等也需要較為齊全，并且在進(jìn)行化學(xué)清洗的時(shí)候，需要其中的儀器和設(shè)備以及藥品等都要齊全，加藥操作人員所需要的安全防護(hù)具等不斷得以完善，其中相關(guān)工作崗位上的工作人員需要能夠盡職盡責(zé)到場(chǎng)就位，腐蝕樣片及含垢樣片等樣片的放置也需要更加妥當(dāng).在其中的準(zhǔn)備工作完畢之后，也需要使用清水進(jìn)行試運(yùn)行處理，并且系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，系統(tǒng)試運(yùn)行泵出口壓力主要顯示為0.3MPa，其系統(tǒng)具有比較良好的嚴(yán)密性的特點(diǎn)，并且其中也沒有漏點(diǎn)的情況存在，清水加熱溫度顯示為40℃，加熱系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候，顯示較為良好.

圖1 清洗實(shí)物圖

3.3 化學(xué)清洗過程

在對(duì)板式換熱器加以清洗的時(shí)候，首先需要進(jìn)行水沖洗處理，在這一過程中，所具有的循環(huán)冷卻水存在有水質(zhì)較差的現(xiàn)象，冷端的換熱板間往往積存淤泥與沙粒等物質(zhì)是比較多的，因此，在進(jìn)行酸洗之前，需要對(duì)這些部分中所具有的雜質(zhì)進(jìn)行去除，在對(duì)水箱清洗處理之前，需要使用磷酸三鈉等物質(zhì)，在水箱中進(jìn)行浸泡，從而對(duì)水箱沖洗干凈，有效消毒處理.將清洗水箱中注滿工業(yè)水，并且需要對(duì)板式換熱器的進(jìn)口以及出口等部位的閥門實(shí)施關(guān)閉處理，開啟清洗水泵，對(duì)循閥慢慢打開處理，促使其能夠達(dá)到全開的程度，等到清洗水泵出口壓力逐漸穩(wěn)定時(shí)，對(duì)板式換熱器進(jìn)行打開處理，促使其保持著全開的程度.等到出口閥門全部打開之后，對(duì)閥門進(jìn)行啟動(dòng)處理，促使閥門能夠保持全開狀態(tài).等到板式換熱器進(jìn)口閥門全部打開的時(shí)候，需要對(duì)循環(huán)閥門實(shí)施關(guān)閉.泵出口壓力也需要有效控制，通常情況下，需要將其控制在0.3MPa左右，循環(huán)沖洗的實(shí)現(xiàn)主要顯示為30min，在對(duì)其進(jìn)行沖洗結(jié)束之后，對(duì)其中的水流排掉之后，進(jìn)行水箱清理處理，并且用除鹽水將清洗水箱注滿，在這一基礎(chǔ)上，能夠?yàn)榍逑匆号渲七M(jìn)行基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作.

圖2 不拆卸清洗循環(huán)系統(tǒng)

3.4 清洗液配制

關(guān)閉板式換熱器的進(jìn)口閥和出口閥的時(shí)候，也需要對(duì)循環(huán)泵出口的循環(huán)門加以關(guān)閉，使得輔助氣流加熱之后，能夠有效進(jìn)入到氣閥中.在水箱清洗的時(shí)候，其中的除鹽水溫度達(dá)到45℃之后，對(duì)輔氣關(guān)閉處理，隨后有效對(duì)進(jìn)氣閥加熱處理，并且開啟循環(huán)泵，對(duì)循環(huán)門慢慢開啟之后，使其保持全開的狀態(tài)，在循環(huán)泵出口壓力表保持比較穩(wěn)定的時(shí)候，在水中加入丙酮肟等物質(zhì)，加入的量也需要加以控制，其主要是控制在20KG，同時(shí)加入袋裝氨基磺酸等化學(xué)物質(zhì)，使用的量主要為750KG，等到清洗的酸度值以及pH值保持穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)候，其中的清洗液的配置也就較為完善.在清洗液配制的過程中以及具體酸洗的時(shí)候，也需要將清洗液的溫度保持在40-45℃之間.

3.5 化學(xué)清洗中的酸洗

在板式換熱器酸洗處理的時(shí)候，需要實(shí)施酸洗溶液配制，在進(jìn)行有效酸洗的時(shí)候，需要對(duì)板式換熱閥開啟，使進(jìn)口閥能夠保持著全開，隨后，慢慢關(guān)閉再循環(huán)閥.在酸液動(dòng)態(tài)循環(huán)的過程中，對(duì)板式換熱器進(jìn)行50分鐘的清洗處理，之后，靜態(tài)浸泡，靜態(tài)浸泡的時(shí)間為30min，等到浸泡結(jié)束之后，對(duì)其進(jìn)行高速?zèng)_洗處理，沖洗的時(shí)間主要為15分鐘.在對(duì)板式換熱器進(jìn)行酸洗處理的整個(gè)過程對(duì)酸洗溶液需要嚴(yán)格監(jiān)督，在酸洗液pH值及酸度值相對(duì)穩(wěn)定不再變化的時(shí)候，整個(gè)酸洗過程也就結(jié)束，在酸洗液pH值及酸度值出現(xiàn)變化的情況下，就需要促使動(dòng)態(tài)清洗的時(shí)間增加.

3.6 化學(xué)清洗過程中的中和

酸洗結(jié)束之后，不需要對(duì)清洗溶液實(shí)施有效加熱處理了，在具體加熱的時(shí)候，其中的輔氣需要在適當(dāng)?shù)那闆r下進(jìn)行有效關(guān)閉處理，在清洗水箱中加入32%NaOH溶液之后，需要在動(dòng)態(tài)循環(huán)狀態(tài)下對(duì)清洗液進(jìn)行攪拌處理，促使溶液能夠得以中和，在清洗溶液pH數(shù)值處于7-9之間的時(shí)候，需要停止加入NaOH，并且停止循環(huán)水泵.在使用槽罐車的時(shí)候需要能夠?qū)⑶逑匆哼\(yùn)輸至工業(yè)廢水池中，在廢水的各項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)合格的情況，對(duì)廢水進(jìn)行排除和處理.

3.7 化學(xué)清洗過程中的水沖洗

清洗水箱的清洗溶液并且加以有效排放處理的時(shí)候，也需要將一定量工業(yè)水排放到清洗水箱中，并且各個(gè)閥門在具體操作的時(shí)候，需要根據(jù)規(guī)定的步驟進(jìn)行，在清洗的水流水壓較為穩(wěn)定的時(shí)候，也需要將25KG氨水加入清洗水箱中，并且在這一過程中，也需要對(duì)板式換熱器實(shí)施簡(jiǎn)單的鍍膜保護(hù)處理，循環(huán)清洗20分鐘之后，對(duì)循環(huán)泵加以處理，并且對(duì)清洗水箱中的溶液實(shí)施具體排放處理，開板式換熱器的進(jìn)口及出口的時(shí)候，需要對(duì)其有效檢查，同時(shí)在這一過程中，也更要明確板式換熱器實(shí)施化學(xué)清洗的最終清洗情況.

3.8 清洗過程化學(xué)監(jiān)督

在進(jìn)行具體酸洗的時(shí)候，也需要對(duì)化學(xué)清洗的溫度以及酸度和PH數(shù)值等方面有效監(jiān)督處理，判斷清洗過程的具體實(shí)施情況.就整個(gè)酸洗過程而言，其溫度需要保持在40-45℃的范圍內(nèi)，在酸洗實(shí)施半個(gè)小時(shí)之后，酸度值為主要顯示為6.0，pH主要為1.16.在進(jìn)行半個(gè)小時(shí)的浸泡以及在進(jìn)行15分鐘的動(dòng)態(tài)沖洗的時(shí)候，酸度值和pH值等方面都較為穩(wěn)定的，并且酸洗的過程，需要在半個(gè)小時(shí)之內(nèi)就能夠加以完成.

4 化學(xué)清洗效果檢查及評(píng)價(jià)

板式換熱器實(shí)施有效清洗處理的時(shí)候，需要拆除需進(jìn)水管和出水管等部位物品，檢查板式換熱器中的化學(xué)清洗情況，對(duì)比板式換熱器在清洗前后的結(jié)果，明確清洗的具體效果，在進(jìn)行具體清洗處理之后，清板式換熱器接口及換熱面等部位需要保持著無結(jié)垢和沉積物的狀態(tài)，并且其表面也需要能夠更加光亮.為了對(duì)酸洗的進(jìn)程以及換熱版腐蝕速率等方面得以必要監(jiān)督，在酸洗處理之前，分別從有垢換熱板和新?lián)Q熱板等方面截取相同樣本，并且將這些樣本作為本次實(shí)施酸洗的主要樣片.在具體實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，能夠發(fā)現(xiàn)新?lián)Q熱版樣片平均腐蝕速率顯示為0.87g/cm3.h，其中有垢樣板除垢率顯示為98.5%.在其系統(tǒng)具體恢復(fù)之后，閉式水進(jìn)出口溫差增加的溫度差已經(jīng)達(dá)到5℃，其能夠促使閉式水水溫得以必要降低.如果在同類材質(zhì)凝汽器管道清洗標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容基礎(chǔ)上，這一清洗結(jié)果也就是優(yōu)良有效的.

5 結(jié)束語

氨基磺酸的穩(wěn)定性相對(duì)比較高，并且也具有比較顯著的安全性特點(diǎn)，能夠有效地解決板式換熱器的化學(xué)清洗過程中存在的問題，使板式換熱器的換熱效率不斷提升，對(duì)板式換熱器的成本也具有節(jié)約的特點(diǎn)，能夠?yàn)槠渌l(fā)電廠板式換熱器化學(xué)清洗提供重要參考.