超聲波除垢技術在化工裝置的應用

趙曉君

（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林 吉林 132002）

超聲波除垢技術在化工裝置的應用

趙曉君

（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設計院，吉林 吉林 132002）

Application of ultrasonic cleaning technology in chemical plant equipments

以超聲波除垢技術在ABS裝置中的應用為例，通過對除垢設備使用前后的效果對比，表明其在節能降耗的同時有效地提高了裝置生產效率，可產生良好的經濟效益，具有推廣意義。

超聲波；ABS裝置； 防垢和除垢；換熱器

1 應用背景

ABS裝置原料以丙烯腈、丁二烯和苯乙烯為主，由于物料的特殊性質，聚合反應當中，換熱器的管程和殼程都有不同程度的污垢產生，嚴重影響生產的正常運行。物料側主要以聚合物沉積為主，水側以鈣鎂離子垢為主。如1SAN生產單元回收溶劑冷凝器由于結垢嚴重，采用加大循環水量的方法仍無法彌補熱量損失，致使其真空泵積液，操作困難，影響真空泵的正常運行，情況嚴重時主機和備泵必須同時運行，這樣相當于多開一臺泵，造成能耗和電量的增加；真空度達不到工藝要求，致使脫揮效果不好，造成產品質量不合格，為工廠帶來經濟損失和安全隱患。2SAN單元中的2臺冷凝器帶垢運行導致換熱管束加劇腐蝕，最終導致管束泄漏，使冷凍鹽水和循環水進入到循環溶劑中，循環溶劑進一步回到200#聚合系統使用時，造成反應釜反應溫度急劇降低，影響整個200#聚合效果和生產的穩定運行；聚合反應的波動更加影響到SAN樹脂產品雜質、濁度等質量指標，導致產品質量下降；由于管束泄漏，導致2002年投用的換熱設備于2007年提前（換熱設備使用壽命一般為10年）更換管束，每臺換熱設備更換管束的費用高達20多萬元。

設備在生產過程中始終處于帶垢作業狀態，單位能耗增加5%～40%，裝置生產效率下降，垢下腐蝕、以及采用高壓水槍、酸、堿洗等除垢方法頻繁酸洗、堿洗使設備金屬減薄，造成局部穿孔、腐蝕，給生產造成安全隱患，設備清洗期間造成非計劃被動停產等一系列問題無法得到解決。

2 超聲波防除垢技術簡介

超聲波防、除垢技術突破了以往治理污垢的舊觀念，打破了長期以來煉油化工領域采用治標不治本的酸洗、堿洗、人工機械清洗、高壓水射流等原始方法來定期除垢的局面，通過超聲波防垢裝置換能器發出的超聲波—脈沖振蕩波，在金屬介質和與其直接接觸介質中傳播產生的——系列相關效應來防、除垢，即從成垢機理上防止換熱器在運行過程中結垢，實現在線防除垢，從根源上解決設備帶垢運行的問題，解決污垢造成的生產不順暢以及能耗問題。該技術的應用可以解決換熱器以下關鍵問題：

（1）從根源上解決結垢問題：徹底防垢，避免設備帶垢運行造成帶來的一系列危害。

（2）適用介質廣，能適用所有流體介質。

（3）綠色環保。純物理方法，在除防垢過程中不采用化學藥劑，不存在對設備和人員產生化學腐蝕和安全隱患，對環境無二次化學污染、無水資源浪費。

（4）在線安裝、調試、維護，在線防、除垢，不影響正常生產。以往的防、除垢技術往往需要停產進行清洗，不僅帶來清洗費用，同時也會因停產造成巨大的經濟損失。

（5）安全便捷、穩定性好。公司對生產設備的安全性和穩定性要求很高，設備安裝以后應該能夠持續的運行，同時無安全隱患。

（6）設備性價比高。要求設備使用壽命長、運行效率高、能耗少（單臺250 W）、維護費用少，不產生高昂的設備檢修。

3 經濟效益分析

對ABS裝置主要換熱設備（6套）上應用超聲波防、除垢技術，使設備在清潔狀態下運行，避免設備帶垢運行造成的能源損失，保障生產裝置長周期穩定運行。

下面是ABS裝置6臺換熱器加裝超聲波防除垢裝置后的經濟效益分析。

（1）6臺換熱器每臺檢修次數為2次/年，全年共計需要檢修12臺次，增加微波除垢儀后，每臺換熱器兩年檢修一次就可以滿足正常生產要求，6臺換熱器每年檢修費用共約30萬元，兩年少檢修18臺次，共計節約 45萬元；

（2）換熱器在檢修前后需要對換熱器進行氮氣置換，置換用氮氣為20 000 Nm3，增加超聲波防除垢裝置后，氮氣價格按0.41元/Nm3計算，共計可節約氮氣1萬元；

（3）提高換熱器的換熱效果，減少循環水用量，每年減少循環水用量20萬t，每噸循環水價格按0.18 元計算，每年可節約20×104×0.18=3.6萬元。

（4）主機和備泵不再需要同時運行（即少開一臺泵），節約用電量1萬元/年；減去超聲波防除垢裝置每年用電量：200 W/臺×6臺×8 000 h/年×0.71元/度=6 816元。

（5）減少換熱器冗余面積：換熱設備結垢是一種非常普遍的現象，因此，在設計換熱設備的時候會考慮到污垢對換熱效果的影響，計算中會增加15%～20%的冗余面積。使用超聲波除垢裝置后，至少可以減少冗余面積5%～10%，減少換熱設備的投資，同時還能夠很好地滿足生產的需要。

（6）減少垢下腐蝕，減少設備更換管芯，帶來經濟效益20萬元/年。

綜上所述，加裝超聲波防除垢單元后，每年可以節約費用約70萬元。

4 化工裝置應用實例

4.1 某乙烯裝置冷凝器上的應用

應用背景：乙烯裝置冷分離工段丙烯精餾塔的塔頂精餾塔冷凝器，位處于裝置循環水管線末端，循環流速較慢，長期運行造成其結垢問題嚴重，其垢質成分主要以鈣、鎂離子泥垢和物料項結焦積炭為主。秋冬季節，由于環境溫度低冷凝器可以通過加大循環水量的方法來彌補由于污垢所導致的換熱損失，保持生產正常運行。

但每到夏季，加大循環水量的方法根本無法彌補換熱損失，滿足不了工藝生產要求，導致物料（丙烯）換熱效果不佳，致使丙烯出口壓力過高，最終導致丙烯精餾塔塔壓升高，精餾操作困難，甚至經常出現塔頂放空閥起跳，造成物料（丙烯）排放至火炬，直接造成不必要的經濟損失。

應用效果：

（1）換熱效率提高。安裝前冷卻水側的進出口溫度一般在：入口26 ℃/出口39 ℃ 溫差為13 ℃；安裝后冷卻水側的進出口溫度一直保持在：入口26 ℃/出口42 ℃，溫差達到了16 ℃。

（2）能耗降低。安裝前設備循環水用量為100 t/h，閥門開度為33%，安裝后設備循環水用量為85 t/h，閥門開度為25%。

（3）實現了在線的防垢和除垢，減少停產進行化學清洗和用其他笨拙的方式除垢，節約了清洗費用，降低了設備腐蝕和停產造成的經濟損失；清洗造成的環境污染和水資源的浪費。

4.2 某苯乙烯裝置冷凝器上的應用

應用背景：某苯乙烯裝置乙苯脫氫崗位反應出料主冷器和輔助冷卻器結垢比較嚴重。以鈣、鎂離子垢和淤泥為主，物料側結焦以催化劑鉀鹽和苯乙烯聚合物為主。垢質的存在導致換熱器的換熱效果下降，造成大量能源浪費。使反應系統阻力上升，增加尾氣壓縮機的蒸汽消耗，乙苯選擇性下降，能耗升高生產效率降低，影響苯乙烯產量。

應用效果：安裝后換熱設備運行參數穩定，系統的阻力明顯降低，尾氣壓縮機的蒸汽消耗下降，乙苯收率提高，即增加了苯乙烯的產量，又降低了裝置的綜合能耗。

4.3 某丁二烯裝置冷凝器上的應用

應用背景：某丁二烯裝置脫重組分塔塔頂冷凝器，換熱面積較大（1 129 m2），由于長期運行，結垢問題嚴重，造成系統能耗的升高。

應用效果：從現場參數對比可以看出，相同的另外三臺未安裝超聲波除垢設備的脫重塔T201A塔頂冷凝器E201A/B/D的出口溫度為32 ℃，而E201C的出口溫度為35 ℃，換熱溫差增加了3 ℃。

4.4 某油漿蒸汽發生器上的應用

應用背景：某三聯合車間催化裝置油漿蒸汽發生器，主要作用是將將塔底出來的350 ℃油漿與除鹽水換熱，利用油漿蒸汽蒸發器將熱量轉換成對除氧水的加熱，使除氧水沸騰成260 ℃的中壓蒸汽。由于油漿屬于重組分油質，在冷卻的過程中，產生結焦積碳，換熱器傳熱效率下降，蒸汽產量降低。

應用效果：油漿處理量平均為620 t/h，平均產蒸汽量為23.7 t/h，在安裝前最清潔狀態下平均產蒸汽量為22.88 t/h，平均油漿處理量580 t/h。使用超聲波防、除垢裝置后蒸汽增加0.82 t/h，每月增加蒸汽產量590 t。

5 結語

超聲波防除垢技術在化工裝置中的成功應用，從根源上防止生產裝置的換熱設備結垢，在最大幅度降低設備能耗、提高裝置生產效率的同時，也是支持工業污垢防治領域技術創新的重要舉措。

[1] 王峰，郎東磊.超聲波除垢技術在催化裂化裝置油漿系統中的應用[J].齊魯石油化工，2011，39(3)：187～189.

[2] 厲勇，鄭娥.超聲波除垢技術在脫乙烷塔頂冷凝器上的應用[J].石油化工腐蝕與防護，2014，31(6)：57～60.

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1009-797X(2016)06-0048-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.06.016

趙曉君，女，本科，工程師，2003年畢業于長春中國石油集團東北煉化工程有限公司從事化工設計工作。

2016-01-20