化學(xué)清洗在粉煤氣化中的應(yīng)用

楊 楊，倪 永，胡 瑞，郭亞波

（陜煤集團(tuán)榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000）

引言

管線、設(shè)備在加工制造、貯存、運(yùn)輸和安裝過程中，不可避免會(huì)沾染污垢，嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行，污垢主要有油脂、防銹漆、鐵銹、氧化鐵、焊渣為主?；瘜W(xué)清洗是采用化學(xué)藥劑與設(shè)備表面的各種污垢進(jìn)行反應(yīng)、溶解等，從而達(dá)到清理去污的過程，氧氣管道內(nèi)的油脂等有機(jī)物，大的顆粒雜質(zhì)在氧氣管線內(nèi)摩擦、碰撞會(huì)產(chǎn)生火花引起爆炸，在運(yùn)行過程中必須保證管道表面清潔、無油，因此氧氣管線投入生產(chǎn)前必須進(jìn)行化學(xué)清洗，使氧氣管線及設(shè)備清潔度達(dá)到投入運(yùn)行的要求，消除安全隱患，保證生產(chǎn)的安全。粉煤氣化需要化學(xué)清洗的管道及設(shè)備主要有氧氣管道及與氧管線相連接的蒸汽管道、氮?dú)夤艿?、設(shè)備、閥門等。

1 清洗流程建立

清洗前應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工藝管道確定清洗流程，榆林化學(xué)氧管線的化學(xué)清洗采用強(qiáng)制循環(huán)及浸泡相接合，充滿清洗，使用臨時(shí)短接及管道將氧氣管道與清洗泵站跨接形成循環(huán)回路。由于管道過長(zhǎng)，及泵站功率，成本受限，采用分系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)清洗?？紤]到空分至界區(qū)處管徑比較粗，為保證流速和實(shí)際清洗效果，分為一個(gè)化學(xué)清洗系統(tǒng)，從空分界區(qū)氧管線出發(fā)作為循環(huán)起點(diǎn)，至氣化氧管線界區(qū)作為循環(huán)終點(diǎn)，從界區(qū)處作為循環(huán)回水起點(diǎn)，加臨時(shí)接頭接臨時(shí)管，一直連接至空分界區(qū)處作為一個(gè)完整的化學(xué)清洗流程。從氣化界區(qū)至氧管線末端處確定為一個(gè)化學(xué)清洗系統(tǒng)，對(duì)于干煤粉氣化爐一般有幾個(gè)煤粉燒嘴和一個(gè)長(zhǎng)明燈，所以氧管線末端分支比較多，為保證化學(xué)清洗質(zhì)量和每根管內(nèi)化學(xué)液流動(dòng)正常，可以在每根臨時(shí)管道上配手閥，當(dāng)細(xì)管流動(dòng)不好時(shí)，可適當(dāng)關(guān)小粗管的回水手閥。流動(dòng)情況可以通過測(cè)溫來判斷，溫度低則是流動(dòng)不好。干煤粉氣化爐的氧管線另一特點(diǎn)就是爐頭處閥門比較多，當(dāng)閥門下線后，加臨時(shí)短接數(shù)量太多，不緊化學(xué)清洗成本提高，更影響開車進(jìn)度，所以可以將氧氣管道拆下后，全部串聯(lián)在一起進(jìn)行化學(xué)清洗。

2 化學(xué)清洗選材控制

臨時(shí)管采用PE 管，相對(duì)于不銹鋼管優(yōu)點(diǎn)是安裝連接快速，有良好的衛(wèi)生性，耐腐蝕性能良好，管道質(zhì)量輕，容易搬運(yùn)和安裝，臨時(shí)跨接時(shí)基本不用考慮自身重量，可以使施工費(fèi)用大大降低，管道內(nèi)表面光滑，光滑的表現(xiàn)和非粘附特性使泵站在相同的功率下化學(xué)清洗更長(zhǎng)管道，PE 管道的可撓性好使得它容易彎曲，臨時(shí)跨接時(shí)更容易改變管道走向繞過障礙物；但是相對(duì)不銹鋼管最大缺點(diǎn)是不耐高溫，化學(xué)清洗時(shí)對(duì)溫度要求比較高，所以PE 管容易變形，冷卻變硬后，影響清洗液流動(dòng)。加熱時(shí)一定要控制好溫度。通過在臨時(shí)管道上加裝閥門的方式，氧氣放空管道同時(shí)也應(yīng)建立循環(huán)來保證化洗質(zhì)量。

3 特殊設(shè)備的清洗

為避免在清洗過程中將氧氣管道內(nèi)的雜質(zhì)帶入氧氣加熱器中，由于換熱管比較細(xì)，雜質(zhì)容易堵在換熱管，給化學(xué)清洗施工之后的管道吹掃帶來影響，需在氧氣加熱器的進(jìn)出口處加裝過濾網(wǎng)或者加裝短接，陜煤榆林化學(xué)的氧氣預(yù)熱器由于出廠時(shí)已經(jīng)脫脂所以采用短接的方式。

氮?dú)膺^濾器和蒸汽過濾器后與氧氣管道相連接的中壓氮?dú)夤艿榔洳馁|(zhì)為不銹鋼，因此在氧氣管道循環(huán)清洗時(shí)可將上述中壓氮?dú)夤艿雷鳛檠鯕夤艿姥h(huán)清洗系統(tǒng)的一部分，與氧氣管道一起進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗所涉及的管道上所有的閥門、流量計(jì)都需拆除，防止化洗液對(duì)儀表造成腐蝕損壞，所以不參與氧氣管道的化學(xué)清洗，拆除后的位置用臨時(shí)短接和盲蓋代替。

4 化學(xué)清洗步驟

第一步水沖洗，氧氣管線清洗前應(yīng)先進(jìn)行水壓實(shí)驗(yàn)，待合格后進(jìn)行化學(xué)清洗。系統(tǒng)水沖洗和現(xiàn)場(chǎng)查漏的目的是除去系統(tǒng)中的灰塵、泥沙、焊接時(shí)產(chǎn)生的焊渣等雜質(zhì)，同時(shí)保證在清洗時(shí)系統(tǒng)中沒有泄漏及清洗循環(huán)系統(tǒng)的暢通。在循環(huán)系統(tǒng)高點(diǎn)設(shè)置排氣點(diǎn)，定時(shí)排氣。水沖洗至目測(cè)進(jìn)水和出水的干凈程度相近時(shí)結(jié)束。

第二步堿洗，當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，可逐漸加入堿洗液至循環(huán)槽，加熱的目的是加快反應(yīng)速度，加速化學(xué)清洗速度和保證化學(xué)清洗質(zhì)量，堿洗液選用質(zhì)量濃度0.5%～0.8%的雙氧水，雙氧水的優(yōu)勢(shì)是可以分解成氧氣和水，對(duì)環(huán)境沒有影響，降低污水運(yùn)輸及處理成本。此時(shí)將蒸汽手閥開大，提升系統(tǒng)溫度，當(dāng)循環(huán)槽溫度達(dá)到80 ℃～90 ℃時(shí)，開始計(jì)時(shí)，1 h 內(nèi)連續(xù)兩次取樣檢測(cè)的堿度基本不變時(shí)（絕對(duì)差值小于0.2%），則標(biāo)志堿洗合格，堿洗一般持續(xù)6 h～8 h。堿洗結(jié)束后需要水沖洗，水沖洗的目的是沖去整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的堿洗殘液，也是防止和下一步的酸洗液發(fā)生反應(yīng)，影響酸洗效果。先用脫鹽水對(duì)循環(huán)槽進(jìn)行建液，然后起泵沖洗，對(duì)當(dāng)回水的pH 值接近中性時(shí)，就可以結(jié)束水沖洗。

第三部酸洗，酸洗前需進(jìn)行預(yù)緩蝕，這一步的目的是防止設(shè)備及管道在酸洗時(shí)受到H+和Fe3+的腐蝕。預(yù)緩蝕時(shí)當(dāng)溫度升溫至50 ℃加入緩蝕劑，溶液濃度為0.3%～0.5%（IS 系列緩蝕劑）。預(yù)緩蝕一小時(shí)后進(jìn)行酸洗，酸洗前開啟加熱蒸汽，將水升溫至70 ℃時(shí)加入3%檸檬酸，維持酸洗溫度70 ℃～80 ℃之間，清洗時(shí)間6 h～8 h。酸洗廢液排入中和槽，加入氫氧化鈉中和至pH 值7 左右后，裝車運(yùn)送至污水處理廠。酸洗后水沖洗，用帶有一定溫度的除鹽水沖洗，沖洗水至出水ρ（∑Fe）＜50 mg/L，結(jié)束水沖洗。水沖洗時(shí)先從高點(diǎn)進(jìn)液，低點(diǎn)排放，以便沖洗出系統(tǒng)中的雜質(zhì)。

第四步鈍化，為防止酸洗后活化的金屬表面產(chǎn)生二次銹蝕，使金屬表面形成一層致密的保護(hù)膜，鈍化過程中應(yīng)注意定時(shí)排氣和排污。沖洗結(jié)束后，加入雙氧水鈍化，控制溫度：50 ℃～60 ℃，循環(huán)清洗4 h～6 h。每小時(shí)化驗(yàn)一次pH 值鈍化結(jié)束后，鈍化液排入污雨井。鐘化液排出后，結(jié)束水沖洗。

第五步干燥，系統(tǒng)排空后，空分啟動(dòng)壓縮機(jī)，壓力升至3 MPa 將之前制作的短接拆掉，作為吹掃口，逐級(jí)吹掃，每個(gè)吹掃口打靶合格后回裝閥門，然后繼續(xù)下一個(gè)吹掃口吹掃，如果是流量計(jì)則加短接后進(jìn)行。

5 清洗質(zhì)量控制

清洗前質(zhì)量的控制，首先要對(duì)臨時(shí)接頭和短接的質(zhì)量把控好，安裝臨時(shí)系統(tǒng)時(shí)，管道內(nèi)應(yīng)先檢查并確認(rèn)沒有砂石和其它雜物，還要檢查好焊口防止帶來新的雜質(zhì)，大的焊渣在化學(xué)清洗時(shí)由于流速限制有可能沒法被化洗液帶出。其次是對(duì)臨時(shí)短接的法蘭面清理好，防止對(duì)氧管線法蘭造成損傷。對(duì)短接材質(zhì)方面最好選擇不銹鋼。循環(huán)泵和臨時(shí)管線用水沖洗干凈后與氧氣管線連接起來形成完整的循環(huán)清洗系統(tǒng)。化學(xué)清洗所用水必須要保證清潔，選用脫鹽水。熱源選用0.5 MPa 蒸汽，對(duì)于化工廠來說物美價(jià)廉。

5.1 清洗過程質(zhì)量的控制，脫脂時(shí)控制監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目

1）清洗時(shí)間14 h～18 h，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目堿度、溫度（1次/h），

2）藥劑包括氫氧化鈉（濃度1%）、金屬油污清洗劑（質(zhì)量濃度0.2%～0.3%）、磷酸三鈉（質(zhì)量濃度0.5%）、碳酸鈉（質(zhì)量濃度0.5%）及表面活性劑，可以通過質(zhì)檢取樣分析后作為參考來調(diào)整濃度。通過循環(huán)從達(dá)到清洗系統(tǒng)內(nèi)脫脂藥劑均勻。

3）升溫至清洗所需溫度（65 ℃～75 ℃）保持循環(huán)。

4）循環(huán)清洗時(shí)每小時(shí)化驗(yàn)一次酸濃度、鐵離子（Fe3+和Fe2+）濃度，注意定時(shí)排氣和排污。當(dāng)鐵離子濃度濃度達(dá)到平衡時(shí)，即為酸洗結(jié)束。酸洗中應(yīng)嚴(yán)格控制Fe3+的含量ρ（Fe3+）＜300 mg/L。當(dāng)Fe3+的量ρ（Fe3+）＞300 m/L 應(yīng)加入0.05%～0.1%高價(jià)鐵離子腐蝕抑制劑。

5）清洗質(zhì)量另一個(gè)保證就是試片法。將試片懸掛在循環(huán)槽及監(jiān)視管內(nèi)，開始計(jì)時(shí)清洗。酸洗結(jié)束后，取出循環(huán)槽中的腐蝕指示片，用干凈的脫鹽水沖洗。再用pH 值為9.5 的氨水浸泡3 min，取出后放入干燥器內(nèi)，干燥兩小時(shí)后稱重并計(jì)算腐蝕速度，要求用腐蝕指示片測(cè)得氧氣管道的金屬平均腐蝕率≤1.5 g/（m2·h），無點(diǎn)蝕等局部腐蝕，腐蝕總量＜20 g/m2。

清洗后質(zhì)量的控制，水沖洗結(jié)束后，排盡系統(tǒng)里的液體。對(duì)系統(tǒng)的死角部位進(jìn)行人工處理，同時(shí)對(duì)可見部分進(jìn)行檢查，確定清洗效果。目測(cè)進(jìn)回液的澄清度基本一致且pH 值6～8 時(shí)，脫脂驗(yàn)收時(shí)保證管道的內(nèi)表面目視清潔，管道內(nèi)表面應(yīng)無金屬粗晶析出的過洗現(xiàn)象，無殘留物及污垢等。清洗后管道系統(tǒng)內(nèi)的殘液、殘?jiān)宄蓛簟３P率和洗凈率的檢驗(yàn)對(duì)于清洗后的金屬表面，可用視覺清潔法進(jìn)行檢驗(yàn)，若視覺除銹率不小于標(biāo)準(zhǔn)中要求即為合格。氧氣管道的洗凈率＞95%。

5.2 氧氣管道內(nèi)表面的油污應(yīng)徹底清除，清洗質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

1）擦拭法油含量指標(biāo):用清潔干燥的白色濾紙擦拭被清洗金屬表面，濾紙上應(yīng)無油脂痕跡；

2）紫外光法油含量指標(biāo)：用波長(zhǎng)320 nm～380 nm的紫外光檢查被清洗的金屬表面，應(yīng)無油脂熒光；

3）純樟腦球法油含量指標(biāo)：用無油蒸汽吹洗被清洗的金屬表面，取吹洗蒸汽冷凝液，放入一小粒直徑不大于1 mm 的純樟腦球法，純樟腦球應(yīng)不停旋轉(zhuǎn)；d四氯化碳法油含量指標(biāo)：用脫脂棉薩；

4）用脫脂棉蘸取四氯化碳，擦拭規(guī)定面積的被清洗金屬表面，其油含量（質(zhì)量濃度）不應(yīng)大于125 mg/m3。

陜煤榆林化學(xué)采用的是第二種紫外光法，檢查時(shí)簡(jiǎn)單快速。

清洗后回裝時(shí)質(zhì)量的控制，管道上的閥門、儀表在回裝前用丙酮擦拭干凈，螺栓應(yīng)在丙酮中浸泡脫脂后由專人用紫光燈逐個(gè)檢查，拍照從檔。如果是受限空間人工脫脂時(shí)，可以選用75%酒精作為脫脂劑，在榆林化學(xué)氧氣預(yù)熱器的脫脂過程應(yīng)用效果比較好，從職業(yè)健康方面考慮可以用酒精替代丙酮。

6 結(jié)語

化學(xué)清洗是一種連續(xù)的，不可中斷的工藝過程。整個(gè)清洗過程中酸洗為重點(diǎn)工序，各步驟間緊密相連，保證每一步的質(zhì)量就是保證化學(xué)清洗最終質(zhì)量，也是安全引氧以及下一步的投煤的重要保障。