稠油污水回用鍋爐結垢的清洗

丁萬成謝 姝

(1.西南石油大學石油工程學院,四川成都 610500;2.中國石油新疆油田公司,新疆克拉瑪依 834000)

稠油污水回用鍋爐結垢的清洗

丁萬成1,2謝 姝2

(1.西南石油大學石油工程學院,四川成都 610500;2.中國石油新疆油田公司,新疆克拉瑪依 834000)

在對新疆油田稠油污水回用鍋爐爐管內生成垢的成分進行分析和鍋爐水質分析的基礎上,研制了相應的清洗鍋爐污垢的清垢液配方。通過溶垢試驗和腐蝕速率試驗證明,清垢液對稠油污水回用鍋爐爐管內產生的污垢能完全溶解,對爐管的腐蝕速率遠低于標準要求的 6 g/(m2·h)。

結垢 鍋爐 污水 清洗

2002年以來,中國石油新疆油田公司為了充分利用水資源和有效利用能源,開展了將稠油污水進一步處理后,回用蒸汽鍋爐的試驗工作。試驗用水源采用六九區稠油污水,稠油污水注蒸汽鍋爐爐管采用 20號鍋爐鋼,規格 65 mm×12mm,輻射段有 56根爐管,每根爐管長 12 m,每根爐管接一個約 30 cm的彎頭。試驗完成后,通過對稠油污水回用試驗鍋爐的開爐檢查,在第 1根和第 28根爐管上未發現沉積物;第 56根爐管內壁有一層附著力較強的灰白色垢。針對試驗鍋爐輻射段爐管內污垢的成分和結垢的特點,進行了清垢液配方的研制工作。

1 稠油污水回用鍋爐結垢原理分析

1.1 污垢分析

污垢分析是確定鍋爐結垢原因的重要依據。通過對稠油污水回用試驗鍋爐開爐檢查,在使用了90 d和 334 d的第 56根爐管上的垢層平均厚度分別為54μm和328μm。稠油污水回用鍋爐所結的垢在爐管內壁附著牢固,垢質堅硬,沒有分層現象。對垢樣進行成分分析的結果表明,CaSiO3,SiO2, Fe3O4和NaCl的質量分數分別為 60.72%,17.59 %,11.27%和 7.65%;其余為少量 CaCO3等其它物質,說明鍋爐結垢的主要成分是硅垢。

1.2 水質分析

采用稠油污水處理后回用鍋爐的鍋爐水質分析[1]見表 1。

表1 爐前和爐后的鍋爐水質分析

從表 1來看,處理后回用鍋爐的稠油污水中SiO2含量較高,在鍋爐爐管的輻射段,由于產生蒸汽量的增加,鍋爐水中的可溶性 SiO2質量濃度大大提高,爐后水中的 S iO2含量是爐前水的 3倍多,致使在鍋爐輻射段后端爐管產生了硅質垢沉積。而開爐檢查的結果也說明只在鍋爐輻射段后端爐管內有結垢的現象,垢樣的主要成分也是以硅垢為主。因此可以認為造成蒸汽鍋爐爐管結垢的主要因素就是回用的污水中可溶性 SiO2的含量過高。

2 清垢液配方研究

針對稠油污水回用鍋爐的結垢產物和鍋爐爐管內壁結垢的特點,進行了清垢液配方研究。清垢液中需要同時含有具有清垢能力的酸性物質和具有緩蝕能力的物質,以除去污垢同時減少清垢液對鍋爐管壁的腐蝕[2]。

2.1 清洗液配方的清垢試驗

選擇有清垢能力的酸性物質A和B組成清垢液,對爐管內壁產生的垢樣效果進行溶垢試驗。實驗在密閉體系內進行,采用 0.5 g片狀垢樣與15 mL清垢液,在 60℃下反應一定時間,得到溶垢率隨時間的變化曲線見圖 1。

圖 1 溶垢試驗中溶垢率隨時間的變化

由圖 1可見,當 A清垢液中只具有A組分時,溶垢能力很小,其平均溶垢率為 4.32%;當清垢液中只具有B組分時的平均溶垢率為 56.40%;當清垢液中同時具有 A和 B組分時,平均溶垢率為65.93%,高于A組分和 B組分的平均溶垢率之和,1和 2和 3號試驗進行 2 h之后,各配方的溶垢率都達到了一個平臺,再增加反應時間,各種配方的溶垢率波動幅度不大。這說明在封閉的反應容器中,由于反應產生的氣體不能排出,反應體系達到了平衡,使得反應不能繼續進行下去。

當清垢液中同時具有 A和 B組分,并且試驗過程中每隔 0.5 h排氣一次后,溶垢率有明顯提高,達到 75.31%,這說明把反應產生的氣體排出容器,打破反應平衡后,溶垢反應又可以繼續進行,溶垢率有較明顯的提高。

當清垢液中同時具有 A和 B組分,并且試驗過程中每隔 0.5 h排氣一次,然后在反應 2 h時補加一定量A和B后,更能使溶垢率達到 91.01%,這說明隨著在反應中 A和 B組分的消耗,反應體系中具有清垢能力的組分質量濃度下降,也容易使得反應達到平衡,這時適當補充清垢組分,也可以明顯的提高溶垢率。

針對垢樣中的主要成分,F物質具有與B物質相似的溶解性質。采用 F物質代替 B物質后,在封閉容器中,10 mL清垢液對 0.5 g垢樣的溶垢率從 25.85%上升到 29.40%,清垢液的溶垢率比原清垢配方略有提高,因此清垢液配方中的 B物質也可以采用 F物質代替。

2.2 清垢液清垢溫度的確定

在鍋爐清洗中清洗溫度是決定清洗效果的一個重要的因素。實驗采用 0.5 g片狀垢樣與 5 mL清垢液,分別在 30℃和 60℃下進行溶垢反應 4h,所測得的溶垢率分別為 22.71%和 33.84%,因此,溫度由 30～60℃,清垢液的溶垢率提高了 49 %,隨著溫度繼續提高,溶垢率還應有更進一步的上升,但是溫度的升高必然也會導致腐蝕速率的升高,因此,在清洗過程中溫度不應過高,清垢溫度確定為 60℃。

2.3 清垢配方腐蝕速率試驗[3]

實驗方法為:按清洗配方配制 400～500 mL清垢液,取備好的 20號鍋爐鋼試片,每種清垢液中掛入兩片,試片全部浸沒到溶液中,試片和試片、試片和容器壁不接觸。浸泡 4 h,取出用水沖洗,再用無水酒精清洗,然后干燥,分別稱重,計算腐蝕速率和緩蝕率,取平均值。

清垢液配方中采用緩蝕劑D和 E,測定的腐蝕速率結果見表 2。

表2 清垢液常壓靜態腐蝕速率試驗

從表 2可見,緩蝕劑 D和 E對清垢液配方的緩蝕效果良好,在設計的清垢溫度(60℃)下,添加緩蝕劑 D和 E后,清垢液配方的腐蝕速率得到有效地控制,腐蝕速率在 1 g/(m2·h)以下,緩蝕劑的緩蝕率均在 98%以上。即使溫度達到 90℃,清垢液中添加緩蝕劑后腐蝕速率也可控制在3g/(m2·h)以下,緩蝕劑的緩蝕率在 97%以上,遠低于鍋爐清洗對清洗液的腐蝕速率要求6 g/(m2·h)(《鍋爐化學清洗規則》,國家質量技術監督局,質技監局鍋發 [1999]215號,1999年 9月 21日)。

2.4 配方優化

考慮到在實際清垢過程中,清垢液中具有溶垢效果的組分在溶垢反應中會有一定的消耗,以下試驗假設反應后只剩余部分A或 B組分,或者A和B組分均有部分剩余時,采用緩蝕劑D和 E,對清垢液腐蝕速率進行測試,試驗結果見圖 2。

圖 2 各組分的常壓靜態腐蝕速率

由圖 2可以看出,在 A組分有剩余的情況下, D和 E組分對體系的腐蝕速率有較好的抑制作用,腐蝕速率均遠小于評價指標 (≤6 g/(m2·h), 60℃時)的要求;若體系中沒有 A組分,則腐蝕速率大幅度上升,因此,A組分的用量不僅要滿足對垢樣中某些成分的溶垢需要,還應適當過量,以確保在溶垢過程中,隨著 A的消耗,始終能使腐蝕速率小于評價指標;在同等條件下,含 D的配方比含E的配方腐蝕性小。但考慮到成本因素,含 E的配方比含D的配方更具優勢。

綜合上述各種試驗的情況及成本因素,對稠油污水回用鍋爐在爐管內產生的垢,采用的清洗液配方確定為:A加 F加 E。

2.5 清垢液的垢的現場試驗

為考察實際清垢狀態下的清垢液配方對鍋爐爐管清洗能力,使用現場鋸下的、采用稠油污水試驗內壁附著有垢的爐管在動態腐蝕率測試儀上進行動態溶垢試驗。清垢配方采用A加 F加 E,經過4 h和 60℃的動態模擬試驗,測定常壓動態腐蝕速率為 1.362 g/(m2·h),遠低于鍋爐清洗對清洗液的腐蝕率要求 (6 g/(m2·h))。采用稠油污水試驗了 180 d的爐管,經過 4 h的溶垢實驗,爐管內壁的垢基本溶完。在室內清洗試驗的基礎上,對回用污水的 53臺鍋爐陸續進行了清洗,均達到了預期效果。

3 結論

(1)處理后的稠油污水回用蒸汽鍋爐使鍋爐后端輻射段爐管結垢,結垢主要是回用鍋爐的污水中可溶性 SiO2的含量過高造成的。

(2)研制出的清垢液清垢效果好,效率高。

(3)清垢配方對爐管的腐蝕速率可以有效地控制,遠低于鍋爐清洗對清洗液的腐蝕率要求。

1 姚繼賢.工業鍋爐水處理及水質分析[M].北京:勞動人事出版社,1987.60-66

2 郝景泰,于萍,周英.工業鍋爐水處理技術[M].北京:氣象出版社,2000.171-174

3 GB/T 16811-1997低壓鍋爐水處理設施運行效果與監測[S]

Abstract:Based upon the analysis of the furnace tubes fouling composition and boiler water of the heavy oil waste water recovery boiler in XingjiangOil Field,the for mula of relevant fouling cleanout fluid is developed.The verification tests of fouling dissolving and corrosion rate experiment have found that the fooling cleanout fluid can completely dissolve recovery boiler fouling and the corrosion rate for the furnace tubes ismuch lower than 6 g/m2﹒ h specification in standard.

Keywords:fouling,boiler,waste water,cleaning.

Cleaning of Fouling in Recycle Waste Water Boiler

Ding Wancheng1,Xie Shu2
1.College of Petroleum Engineering,Southwest Petroleum University(Chengdu,Sichuan610500) 2.PetroChina Xinjiang Oil Field Com pany(Karamay,Xinjiang834000)

TG155.41

A

1007-015X(2010)03-0019-03

2009-10-30;

2010-02-25。

丁萬成,男,高級工程師,1995年畢業于石油大學 (華東)熱工專業,現在中國石油新疆油田公司重油開發公司從事科研和新技術推進工作,同時為西南石油大學在讀碩士研究生。