換熱器化學清洗系統(tǒng)建立和過程控制

王勝潮，謝齊

（格爾木煉油廠，青海 格爾木 816000）

換熱器化學清洗系統(tǒng)建立和過程控制

王勝潮，謝齊

（格爾木煉油廠，青海 格爾木 816000）

通過格爾木煉油廠2009年大檢修換熱器的化學清洗過程，介紹了化學清洗中各組分的化學性質，著重分析研究了換熱器化學清洗過程的建立及控制，并提出換熱器清洗應注意的事項。

換熱器;化學清洗;建立

換熱器是使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設備，廣泛應用于化工、煉油、能源、動力、制藥等工業(yè)領域。格爾木煉油廠換熱設備以列管式換熱器為主，冷凝器所用冷卻介質多為循環(huán)水，循環(huán)水閉路運行，通過換熱器帶走裝置的熱量。換熱器長期運行，會造成管壁結垢，影響換熱器的傳熱效果，結垢嚴重時，會堵塞換熱設備管束，無法正常生產。換熱器循環(huán)水側中污垢成分較為復雜，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清洗面積達1萬m3，本文以碳酸鹽垢清洗系統(tǒng)的建立及應用進行深入探討。

1 清洗的原理和意義

化學清洗是用一種或數種化學藥劑及其水溶液，按小型清洗實驗結果確定的工藝條件、配比和程序，通過清洗泵、管道及閥組等與被清洗裝置構成臨時系統(tǒng)，以清除附著于裝置工藝側、冷卻水側各種類型的物料垢、油垢、腐蝕產物、水垢、灰塵砂土等污垢。其原理是利用化學藥劑對垢物的溶解作用，即與垢物進行化學反應，生成可溶性鹽類或絡合物，隨清洗液排放，同時反應生成的氣體對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)長時間運行逐漸結垢，殘留于循環(huán)水系統(tǒng)中的污物很容易與所用的水質穩(wěn)定劑和預膜劑發(fā)生反應，影響水處理和預膜效果，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，在運行過程中結垢已影響了設備的生產效率和安全運行，致使系統(tǒng)的運行成本和事故隱患增大。為使設備正常、安全、有效地運行，對其進行化學清洗非常有必要。

我廠化學清洗工藝使用循環(huán)式清洗，即通過循環(huán)泵把清洗槽內的清洗液打入清洗設備內循環(huán)清洗，洗至清洗劑濃度在一定范圍內不變?yōu)榻K點。

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水垢有良好的溶解作用，不含對設備結構材料、對設備重新投入使用和清洗過程有害的物質，對設備材料的腐蝕性小，或可用緩蝕劑進行有效抑制。根據上述要求，采用鹽酸對碳酸鹽垢進行清洗最為適宜，不僅價格低廉，酸洗效果好，而且不易產生氫脆和孔蝕，與碳酸鹽垢反應生成的氯化鈣易溶于水。鹽酸的質量標準應滿足GB320—06《工業(yè)用合成鹽酸》的指標要求：總酸度≥31%，鐵含量≤0.01%，砷含量≤0.0001%，灼燒殘渣≤0.15%。

2.2 選取緩蝕劑

鹽酸中的氯離子既有促進金屬腐蝕產物快速活化溶解的有利作用，又有導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。因此在鹽酸清洗液中必須添加緩蝕劑。在清洗溫度范圍內，緩蝕劑應保持穩(wěn)定，能保證被清洗的材料無晶間腐蝕傾向，無選擇性腐蝕，無脫成分腐蝕，無孔蝕，在鹽酸溶液中緩蝕效果好，腐蝕速度應低于 5g·(m2·h)-1。鹽酸清洗液及緩蝕劑的使用條件[1]見表1。

表1 鹽酸清洗液及緩蝕劑的使用條件

根據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(無機酸、有機酸、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吸收氫的能力和抑制Fe3+加速腐蝕能力，酸洗的金屬不產生孔蝕。在鹽酸中加入Lan-826緩蝕劑，滲氫率可減少85%，避免氫脆危險。Lan-826為淡黃色液體，氣味小，毒性低，不燃不爆，在我國工業(yè)清洗中得到了廣泛應用。

2.3 選取鈍化劑

通過酸洗、漂洗后的金屬表面處于較高活性狀態(tài)，極容易發(fā)生返銹現象。通過鈍化的方法，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極反應受阻，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。磷酸三鈉質量標準：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。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，同時有很好的污泥剝離能力，可以對鹽垢起到疏松、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)回路設計和清洗工藝建立

3.1.1 系統(tǒng)回路設計

3.1.2 清洗工藝

將欲清洗的設備與系統(tǒng)隔離起來，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，最好選用低進高出的進液方式。儲液罐成敞口不能密封，以保證生成的CO2氣體充分外排；同時為了避免氣體挾帶出酸洗液，儲液罐液位不應高于3／5。

3.2 酸洗液的配制

在儲槽中加入水，開啟循環(huán)泵將水打入所清洗換熱器中，當水可以正常循環(huán)時停止加水。在加水過程中，要對水量進行了計量，根據所加的水量，計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，清洗時間長，若濃度太高，反應過快不易控制。循環(huán)泵繼續(xù)運行，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 酸洗過程控制

酸洗開始時會有大量CO2氣體逸出，隨著酸洗液濃度降低，生成CO2速度也降低，當CO2生成量明顯減少時，可取樣化驗酸洗液中鹽酸濃度，若其濃度低于5%時，應及時補充鹽酸至規(guī)定范圍，以保證酸洗質量。在水垢的清洗中，CO2析出時的鼓泡和崩解、剝離垢的作用會加速清洗，酸洗過程中若反應過快，可減少冷凝器進液量或暫停進液泵，待反應緩和后再送酸。酸洗后期，每隔30min化驗一次鹽酸濃度，當兩次化驗的結果相差不大且基本上無氣體產生時，就可以停泵，整個酸洗過程結束，并立刻取出腐蝕指示片進行處理和稱重，以測定腐蝕率。另外，當酸洗液中Fe3+濃度≥1000mg·L-1時，清洗液中Fe3+升高將破壞緩蝕劑的緩蝕作用，使金屬表面產生點蝕，必須在酸洗液中加入還原劑（聯氨、氯化亞錫、亞硫酸鈉、水合肼等）進行還原，使Fe3+還原為Fe2+，Fe3+的質量分數控制在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，再用清水進行清洗，并不斷監(jiān)測各排污點的pH值，一直沖洗到出水及各排放點pH大于6，且水質清澈，無沉淀物。

清洗結束后，立即按配方配制鈍化液對冷凝器進行鈍化處理，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℃，鈍化時間為3～4h，若在常溫下進行鈍化，可適當延長鈍化時間，以6～8h為宜。鈍化結束后，用壓縮空氣(或蒸汽)壓出鈍化液，與酸洗液中和，廢液合格達標后外排。

4 化學清洗過程控制手段及驗收標準

化學清洗過程控制是保障設備安全清洗的一個重要環(huán)節(jié)。從開始選擇清洗劑到清洗過程中，直至最后清洗結束工程驗收全過程，都必須嚴格按質量指標執(zhí)行。

4.1 指標

(1)腐蝕速率,即化學清洗劑對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量，g；W2為清洗后腐蝕試片質量，g；F為標準腐蝕試片表面積，m2；T為清洗時間，h。

(2)腐蝕量,化學清洗后清洗劑對單位面積金屬基體腐蝕的質量，以公式表示如下：

式中A為腐蝕量，g／m2；其他符號意義同上。

腐蝕速率與腐蝕量之間的關系如下式：

即腐蝕速率為單位時間的腐蝕量。

(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為標準中化學清洗腐蝕率及腐蝕量指標,表3為標準中除垢率及洗凈率指標[2]。

表2 腐蝕率及腐蝕量指標

表3 除垢率及洗凈率指標

4.2 化學清洗工程驗收

工程驗收按化工行業(yè)標準HG／T 2387-92《工業(yè)設備化學清洗質量標準》規(guī)定的質量指標和交工驗收內容進行，主要內容如下：

(1)化學清洗工程驗收時，施工方應向用戶方提交：化學清洗方案、施工記錄及各種分析化驗數據。

(2)由施工方和用戶方質量檢驗員共同對設備進行化學清洗質量檢驗，清洗質量符合本標準規(guī)定后，雙方可在表中簽字交工。

5 注意事項

(1)設備內的附屬儀表應與清洗介質隔離或拆除，將清洗系統(tǒng)與其它設備用盲板截斷，并將盲板編號以便清洗后恢復。清洗現場水、熱源應充足，電源安全可靠。

(2)循環(huán)酸槽與冷凝器連接時，注意循環(huán)酸液應低進高出，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，會增加設備、管道腐蝕，且水垢厚度≥3mm以上時，水垢會崩解、剝離、脫落而來不及溶解，脫落的垢片會堵塞設備或管道，嚴重時將使循環(huán)酸洗過程中止。

(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1.2m·s-1，以免發(fā)生沖刷腐蝕。提高清洗液的流速，對提高除垢率的作用不大。

(5)清洗溫度控制在常溫下進行。若清洗液溫度過高(大于40℃)，酸洗液中的氯化氫氣體會揮發(fā)出來，降低了使用效果；若清洗液溫度過低(小于10℃)，清洗效率將很低。

(6)循環(huán)泵為耐腐蝕泵。

6 結語

對于冷凝器的清洗一般每兩年清洗一次，或根據使用情況增加清洗次數。清洗后，冷凝器換熱效果良好，極大地提高了工藝運行穩(wěn)定性，對于節(jié)能降耗、延長設備作用壽命、提高設備安全狀況都十分有利。

[1] 梁治齊.實用清洗技術手冊[M].北京化學工業(yè)出版社，2005.

[2] HG-T 2387-1992,工業(yè)設備化學清洗質量標準[S].

[3] DL/T 794-2001,火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則[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