淺談多晶硅項目設備管道的清洗方法

曹旭輝（云南金吉安建設咨詢監理有限公司，云南　昆明　650051）

淺談多晶硅項目設備管道的清洗方法

曹旭輝
（云南金吉安建設咨詢監理有限公司，云南昆明650051）

摘要：結合某3 000 t／a多晶硅改良西門子三氯氫硅還原生產法項目，說明設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、類型、質量要求的設備管道進行清洗的噴淋法、循環法、浸泡法、擦拭法等相應的清洗工藝方法、關鍵工序、適用對象及質量驗收標準，從而保證了此多晶硅項目的順利投產，產品質量也達到了設計要求。

關鍵詞：多晶硅項目；設備管道；管道清洗

0　引　言

多晶硅生產對設備管道和周圍環境的清潔度要求非常高，系統的油脂、水分、氯離子、氧化物、灰塵、雜物等雜質對產品質量影響很大，易產生安全隱患并引發安全事故。為保證項目順利投產，達到產品質量設計要求，必須在安裝施工過程中對設備管道進行嚴格清洗，根據不同設備管道材質、類型、質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的改良西門子生產工藝三氯氫硅還原法，基本反應是：SiHCl3＋H2＝Si＋3HCl，在1 050～1 150℃時，三氯氫硅與氫氣發生氫還原反應。具體工藝流程簡圖見圖1。

工程特點：

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

（2）管線多。排列密集，縱橫交錯，管件、閥門型號、規格復雜，管線材質多，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）該工程是一個產品純度要求高，工藝復雜，設備眾多的化工系統，對設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不銹鋼材質的精餾塔噴淋清洗工藝

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

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中可能存在的污物，并在模擬清洗狀態下對臨時接管處泄漏情況進行檢查。

沖洗時，調節噴淋液的流量，以便沖洗出系統內的污物，并控制進出水平衡。當進出水的濁度差＜5 NTU時，沖洗結束。

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

（2）脫脂

脫脂的目的是利用脫脂液與系統中各類機油、石墨、防銹油等有機物反應，以除去系統內的油污。

排盡積水，將水充滿系統，循環并加熱。逐漸加入脫脂藥劑，混合均勻后進行正向循環，當系統脫脂液堿度穩定，即可結束脫脂步驟。

（3）純水沖洗

脫脂后用大量純水沖洗掉系統內的脫脂殘液，脫脂液排凈后，當進出水的pH值＜8，進回液的濁度差＜5 NTU時，即可結束水沖洗。

（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。合格后進行最終驗收，驗收合格后對各設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%。

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

（2）漂洗：酸洗結束后，排盡酸洗液，用純凈水進行沖洗，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，從而增強對管道內壁潔凈表面的保護。鈍化處理后應該形成透明的鈍化膜，保證管道內壁鈍化完成后，呈現均勻一致的金屬本色。

2.2循環法

循環清洗對象：適用于易于構成封閉系統，系統內容易形成循環均勻、沒有循環死角的管線、換熱器、容器等設備。

循環清洗方法：利用清洗泵站為外加動力，通過清洗液在清洗系統內進行循環，使清洗液與設備、管線內表面的油污等進行反應，以達到脫脂目的，利用酸與銹反應達到除銹的目的。

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，酸洗結束后測定。

酸洗質量要求：設備、管道內表面外觀檢查，達到清潔、無銹蝕點，不遺留鱗皮、渣子及其它粘附雜質和缺陷。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：酸洗結束后，排盡酸洗液，用純凈水進行沖洗，除去殘留的酸洗液及洗落的固體顆粒，當pH接近中性（pH值為6～7），濁度平衡，進回液的濁度＜5 NTU，即可結束沖洗。

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：排盡系統殘留水后加入鈍化藥液，循環1～4 h后，結束鈍化。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。

質量要求：酸洗鈍化后的設備管道內表面不應有明顯的腐蝕痕跡，不留斑紋或氧化色，應呈現均勻一致的金屬本色。

2.3浸泡法

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

浸泡清洗法：浸泡清洗是一種溶解剝離清洗技術。在清洗過程中，將被清洗設備或管件浸入化學清洗溶液中，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行充分的接觸，達到脫脂的目的，通過酸與銹的反應達到除銹的目的。

2.3.1不銹鋼材質管件或設備浸泡清洗

不銹鋼材質管件或設備浸泡清洗采用堿液為主的脫脂劑進行清洗，工藝按照以下步驟進行：

水沖洗→浸泡脫脂→純水沖洗→干燥→包封。

（1）水沖洗

當管件或設備運抵清洗現場后，先用清水對其表面進行沖洗。水沖洗的目的是除去被清洗件表面的污物。

（2）浸泡脫脂

將管件或設備置于浸泡池（內壁為環氧呋喃玻璃鋼防腐）中，所需清洗表面必須完全沒于浸泡液面之下，或將浸泡液灌于不能浸泡的設備或部件中。浸泡清洗的目的是利用清洗液使油脂類物質疏松、乳化或分散，變成可溶性物質，使設備表面清潔無油。

（3）人工沖洗

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

（4）純水沖洗結束后進行中間過程脫脂驗收，合格后干燥包封。

2.3.2碳鋼材質設備浸泡清洗

針對碳鋼管件或設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管件或設備浸泡清洗。

（1）酸洗

將管件或設備置于浸泡池（內壁環氧呋喃玻璃鋼防腐）中，所需清洗表面必須完全沒于浸泡液面之下。或將浸泡液灌于不能浸泡的設備或部件中。

（2）漂洗

酸洗結束后用純凈水進行沖洗，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至設備管道表面呈現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。

經擦洗過的管件用純水射流沖洗，沖洗廢水收集到中和池；經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行脫脂清洗；②脫脂結束時，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，以樟腦粒不旋轉為合格；④酸洗鈍化結束后，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行包封。

3　清洗質量驗收和保護

設備管道清洗質量檢查驗收標準如下：

（1）被清洗的設備管道中無鐵銹、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，清洗質量還必須達到設計要求、合同要求，符合《HG／T 2387－92工業設備化學清洗質量標準》《GB 20202－2000脫脂工程施工驗收及驗收規范》《HB 5292－84不銹鋼酸洗鈍化質量檢驗》等標準規范要求。由業主方、監理方、承包方共同對設備管道進行驗收并進行保護防止二次污染。

在清洗包封驗收完成后，安裝單位在進行設備管道安裝前嚴禁破壞包封保護層，一旦發現破損應該及時采取緊急措施，對破損處進行檢查確保沒有污物進入后再進行重新包封，若包封破壞后造成了二次污染，需進行重新清洗。

4　結　語

由于油脂和水對多晶硅產品質量影響很大，所以多晶硅設備管道清洗工藝中最關鍵的工序是脫脂和干燥。只有根據實際的設備管道污染情況，按照設計要求、國家、行業法規、規范要求選擇最佳的清洗工藝方法，才能保證設備管道的清洗質量，從而保證多晶硅產品質量和生產的順利進行。

參考文獻：

［1］中華人民共和國發展和改革委員會第60號.HG／T 2387－2007工業設備化學清洗質量標準［S］.北京：化學工業出版社，2008.

［2］中華人民共和國國家石油和化學工業局452號.HG 20202－2000脫脂工程施工驗收及驗收規范［S］.北京：化學工業出版社，2004.

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

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

中圖分類號：TG178

文獻標識碼：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－hui
（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