反應(yīng)器夾套盤管的化學(xué)清洗

(四川普什醋酸纖維素有限責(zé)任公司，四川宜賓，644300)

1 前言

A反應(yīng)器是我公司重要的生產(chǎn)設(shè)備，使用冷凍水進(jìn)行冷卻。由于本地區(qū)屬于喀斯特地貌，取水位置屬于長江上游的一條小支流，水量較小，水質(zhì)硬度較高。該設(shè)備使用的冷凍水只是經(jīng)過初步過濾。雖然公用工程在水中添加有一定量的阻垢劑，但是經(jīng)過一段時(shí)間使用后，反應(yīng)器的夾套盤中會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢的現(xiàn)象。經(jīng)過分析，這些結(jié)垢主要成分是碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和鐵銹等物質(zhì)。

反應(yīng)器夾套盤管中結(jié)垢后，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的傳熱效率，增加生產(chǎn)成本。同時(shí)，還會(huì)因結(jié)垢發(fā)生腐蝕、滋生微生物，最終可能導(dǎo)致盤管腐蝕穿孔，引起泄漏，嚴(yán)重危害設(shè)備安全運(yùn)行。因此，為了提高運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)能耗，確保反應(yīng)器安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，需要定期對夾套盤管進(jìn)行清洗。

A反應(yīng)器具體參數(shù)：直徑5.5米，周長17.27米，反應(yīng)器表面冷卻管66圈，分三組管組(每組22圈)，覆蓋面積約70%，設(shè)計(jì)壓力10bar，盤管水容量約1.25噸，冷卻管為3寸的半圓管，半圓管材質(zhì)為20#碳鋼無縫管，如圖1所示。

圖1 反應(yīng)器夾套盤管示意圖

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 酸洗配方制作

無機(jī)酸、有機(jī)酸都可以用作設(shè)備的化學(xué)清洗。A反應(yīng)器夾套盤管采用20#鋼，部分管道、儀表接口采用不銹鋼材質(zhì)，因此，不能使用含有氯離子的物質(zhì)作為清洗酸，如鹽酸。我們選用價(jià)格低廉易得的硝酸作為清洗酸，適量添加草酸。采用復(fù)合酸的形式進(jìn)行清洗，再添加一定量的緩蝕劑和表面活性劑，化學(xué)清洗配方見表1。

表1 化學(xué)清洗配方表

2.2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及結(jié)果

設(shè)備化學(xué)清洗時(shí)，為了保證設(shè)備的安全性，按照《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(HG/T2387-2007)規(guī)定，碳鋼的腐蝕率<6g/(m2·h)，腐蝕量<72g/m2。因此，需要根據(jù)設(shè)備的具體材質(zhì)控制腐蝕率和腐蝕量。

將酸洗配方選定后，按照《冷卻水化學(xué)處理標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片技術(shù)條件》(HG/T 3523-2008)處理標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片，《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(HG/T 2387-2007)對20#碳鋼標(biāo)準(zhǔn)腐蝕試片(Ⅰ型)進(jìn)行試驗(yàn)，測試情況如下：

K：試片的腐蝕率(g/m2·h)，S：試片的總表面積(m2)，t：試片在清洗液中浸泡的時(shí)間(h)，W1：清洗液浸泡前試片的質(zhì)量(g)，W2：清洗液浸泡后試片的質(zhì)量(g)，A：試片在清洗液中的腐蝕量(g/m2)。

掛片的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，腐蝕率K為：1.9g/m2h，腐蝕量A為：0.38g/m2，腐蝕率、腐蝕量指標(biāo)均低于《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(HG/T 2387-2007)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定指標(biāo)。觀察試驗(yàn)后的金屬片，表面光滑，無點(diǎn)蝕或選擇性腐蝕等局部性腐蝕現(xiàn)象，說明酸洗配方安全，可以應(yīng)用到現(xiàn)場反應(yīng)器夾套盤管清洗。

表2 實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果

3 現(xiàn)場清洗及效果驗(yàn)證

3.1 清洗流程與方案

清洗配方試驗(yàn)完成后，我們準(zhǔn)備好清洗需要的物資：收集槽、循環(huán)泵、金屬軟管、防酸手套、防飛濺面罩、稱重計(jì)等材料。同時(shí)，需要根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)制定具體的清洗流程和方案，一般換熱設(shè)備清洗都需要有化學(xué)清洗、漂洗、鈍化等流程，我們將按照：水洗→化學(xué)清洗→水洗→漂洗→鈍化→水洗[1]的流程進(jìn)行清洗。

由于反應(yīng)器夾套盤管進(jìn)水口和出水口的位置很近，沒有較大的高差，夾套盤管中的雜質(zhì)不容易排出，因此，結(jié)合清洗流程，準(zhǔn)備采用正向清洗和反向清洗相結(jié)合的清洗方案。

3.2 現(xiàn)場清洗

3.2.1 水洗

將收集槽、酸洗泵、金屬軟管連接，拆除或隔離可能被化學(xué)清洗液損害而影響正常運(yùn)行的部件和其他配件，在清洗管線中加掛腐蝕試片測量金屬的腐蝕速度，往收集槽注水，預(yù)計(jì)2.3噸水，啟泵建立循環(huán)，同時(shí)觀察各個(gè)連接點(diǎn)是否有泄漏。確認(rèn)系統(tǒng)無泄漏后，將清洗水排掉，如果清洗水比較渾濁，持續(xù)用水沖洗，直至清洗水清澈為止。

3.2.2 化學(xué)清洗

往收集槽中注水，建立循環(huán)，通過清洗泵出口手動(dòng)閥調(diào)整清洗系統(tǒng)的壓力，控制清洗液流速(小于1m/s)，啟動(dòng)反應(yīng)器，讓反應(yīng)器保持設(shè)備低速運(yùn)轉(zhuǎn)，將各種化學(xué)試劑按照比例加入清洗槽中，測試pH值，用氨水將化學(xué)清洗液的pH值調(diào)節(jié)到3-4，清洗循環(huán)溫度控制在40℃以下[2]。

隨著清洗工作的進(jìn)行，清洗液變?yōu)榇u紅色并有較多細(xì)小懸浮物，清洗槽表面有較多二氧化碳?xì)怏w、泡沫產(chǎn)生，持續(xù)觀察氣泡產(chǎn)生的情況并對pH值進(jìn)行測試。

正向清洗2小時(shí)后，將管道切換為反向清洗，再清洗2小時(shí)，等待二氧化碳泡沫基本不再產(chǎn)生后并且pH值基本無變化，酸洗即可結(jié)束。將化學(xué)清洗液全部中和、排往污水站，用壓縮空氣將盤管內(nèi)的殘液吹出。

圖2 正、反向清洗示意圖

3.2.3 水沖洗

反應(yīng)器夾套盤管經(jīng)過化學(xué)清洗完成后，用水將夾套盤管中的殘液、殘?jiān)脫Q、沖洗出來，由于受限于設(shè)備安裝位置，清洗水非常渾濁，正向和反向都要進(jìn)行沖洗，直至清洗水清澈，pH值到7左右為止。

3.2.4 漂洗

反應(yīng)器夾套盤管經(jīng)過化學(xué)清洗后，金屬內(nèi)表面非常活潑，在潮濕環(huán)境下，非常容易二次生銹。漂洗的目的是去除夾套盤管內(nèi)新生浮繡，為下一步鈍化打好基礎(chǔ)。

漂洗配方：檸檬酸：0.3%、酸洗緩蝕劑：0.05%，pH值：3-4，漂洗溫度：40-60℃[3]。在收集槽中加水，將檸檬酸加入水中溶解，加入緩蝕劑，建立循環(huán)，反應(yīng)器保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)，漂洗4小時(shí)。

3.2.5 鈍化

反應(yīng)器夾套盤管經(jīng)過化學(xué)清洗、漂洗后，內(nèi)表面金屬非常活潑，為了避免夾套內(nèi)部金屬本體表面再次生銹，在化學(xué)清洗后，必須對金屬表面進(jìn)行鈍化處理。鈍化是對處于活性狀態(tài)的金屬表面進(jìn)行保護(hù)，使其生成一層鈍化膜，可以在一定時(shí)期不被銹蝕的飩化保護(hù)膜。

鈍化配方：磷酸三鈉：2%，氫氧化鈉：0.5%(根據(jù)pH值進(jìn)行調(diào)整)，pH值調(diào)整至10-12[4]。在收集槽中加水，建立循環(huán)，將鈍化用的化學(xué)品按照比例加入水中，反應(yīng)器保持低速運(yùn)轉(zhuǎn)。如果有條件，需要將鈍化溫度升高到70-80℃，達(dá)到更好鈍化效果。我們本次清洗時(shí)，生產(chǎn)線全部已停，無法進(jìn)行加熱，鈍化最高溫度只有50℃左右，鈍化效果可能受到一定影響，因此，將鈍化時(shí)間延長到6小時(shí)[5]。

3.2.6 水沖洗

鈍化結(jié)束后，排出鈍化液，用水進(jìn)行沖洗，如果清洗水渾濁，持續(xù)用水沖洗，直至清洗水清澈，檢測pH值，pH值至7為止。

3.3 清洗效果檢查

經(jīng)過本次化學(xué)清洗后，拆管道上的清洗試片，根據(jù)《工業(yè)設(shè)備化學(xué)清洗質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB/T 25146-2010)，正向清洗2小時(shí)后，將管道切換為反向清洗，再清洗2小時(shí)，現(xiàn)場清洗管線試片腐蝕率(K)為：3.91g/m3h，腐蝕量(A)為：0.78g/m3，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。拆反應(yīng)器夾套盤管進(jìn)水管、連接管等位置觀察，管壁垢質(zhì)已被清除，表面清潔，盤管管壁有金屬光澤，表面無二次浮銹，無小孔腐蝕，無惰性金屬置換析出，無金屬粗晶析出，并形成良好的鈍化膜。本次化學(xué)清洗效果良好，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

清洗完成后，拆法蘭檢查，盤管內(nèi)部結(jié)垢已基本清除，該反應(yīng)器投入使用后，對比化學(xué)清洗前后，冷卻時(shí)間縮短20%，冷卻效果明顯提高，滿足生產(chǎn)工藝要求。由于該清洗配方清洗效果較好，對環(huán)境、設(shè)備安全，成本較低，因此，可以進(jìn)一步將該清洗方案應(yīng)用到換熱器清洗中。