沈陽工業(yè)安裝公司 大連天凡防腐

二、換熱器結(jié)垢情況分析

2．1 垢的種類
經(jīng)常發(fā)生的結(jié)垢現(xiàn)象的主要是一些作為冷卻器使用的換熱設備,而作為冷卻介質(zhì)的工業(yè)用水或其它介質(zhì)中的溶解物隨溫度的變化和冷卻水的蒸發(fā)會產(chǎn)生沉淀、凝聚生成水垢和污垢。水垢主要由硫酸鈣、磷酸鈣、磷酸鎂、硅酸鎂、碳酸鹽垢等組成。
污垢通常是指不溶性鹽類、腐蝕產(chǎn)生的含水氧化物以及碎屑等物質(zhì)聚集而成的疏松、多孔或膠凝狀物質(zhì)。有關(guān)資料介紹了一些水垢、污垢的分類,但并無嚴格的統(tǒng)一規(guī)定。表1 為附著物分類、鑒別的簡單總結(jié)。
表1 　垢物分類及鑒別法

 
 
2．2 清洗的原理及方案制定
（1）清洗原理
化學清洗是用一種或數(shù)種化學藥劑及其水溶液,按小型清洗實驗結(jié)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(gòu)成臨時系統(tǒng),以清除附著于裝置工藝側(cè)、冷卻水側(cè)各種類型的物料垢、油垢、腐蝕產(chǎn)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。
（2）清洗方案的制定
在確定清洗方案之前,要對清洗對象進行調(diào)查,主要包括對要進行清洗的設備和垢物的調(diào)查。對設備的調(diào)查內(nèi)容包括:規(guī)格及材質(zhì);接觸的物料性質(zhì)、溫度;設備的運轉(zhuǎn)情況(溫度、壓力、流速、換熱面積、效率等) ;日常的水質(zhì)管理狀況;設備的使用年限有無清洗記錄。對垢物的調(diào)查內(nèi)容有:垢物成分的分析;垢量的估算;垢生成速度的估算。
對要清洗的對象有了全面的了解之后,可以確定清洗方案。可根據(jù)垢物的成分和設備的材質(zhì)選定適合的清洗劑(見表2 和表3) 。

 
（3） 清洗工藝的選擇
確定清洗劑之后,還要根據(jù)實際情況確定清洗工藝,主要可分為浸泡式和循環(huán)式。浸泡式是指要把清洗的設備放入清洗槽內(nèi)或?qū)⒁逑吹南到y(tǒng)注滿清洗液靜止浸泡,達到要求后再置換沖洗的清洗方法;循環(huán)式指用泵把清洗槽內(nèi)的清洗液打入清洗設備內(nèi)循環(huán)清洗,洗至清洗劑濃度在一定范圍內(nèi)不變?yōu)榻K點。近年來又有一種新的噴射清洗,它適用于大型設備如油罐、槽車、化工設備、船艙等,效率高、質(zhì)量好,清洗劑用量少且較為安全。
2．3  清洗系統(tǒng)設計與安裝
清洗系統(tǒng)的設計應根據(jù)設備結(jié)構(gòu)、熱力系統(tǒng)和清洗介質(zhì)、清洗方式來確定。借鑒水利電力部頒布的《火力發(fā)電廠鍋爐化學清洗導則》中提出的設計清洗系統(tǒng)時應注意的幾點事項,并參考在一些化工裝置設備的實際清洗經(jīng)驗,有以下問題值得注意:
(1) 設備內(nèi)的附屬儀表應與清洗介質(zhì)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(xiàn)場水、熱源應充足,電源安全可靠。
(2) 各回路的流速應力求均勻。清洗系統(tǒng)應盡量簡化,便于操作,并能合理、有效地處理清洗廢液,泵出口要安裝止回閥。
(3) 為保證清洗泵連續(xù)可靠運行,清洗泵應耐腐蝕并需設置備用泵。用普通清水泵作清洗泵時,泵殼及葉輪可涂防水涂料或耐酸漆。要外加壓力密封水,以確保軸封嚴密,應加裝浸油石墨盤根、柔性石墨盤根或聚四氟乙烯盤根等。
(4) 加熱時應盡量采用間接加熱的方式,避免
直接加熱的危險性和蒸汽冷凝引起的清洗液容積增大、降低清洗液濃度,應在蒸汽管線上安裝閥門和疏水器。
(5) 沖洗時,水流速應達到清洗速度的一倍以上。另外值得一提的是清洗泵參數(shù)的確定,主要指流量和揚程。流量的計算可參考以下公式:
Q(流量) = ΣF ×V(流速) ×[1 + k (系數(shù)) ]
其中ΣF 為被清洗的管道或設備截面積的總和;
V 為清洗液的流速,一般應控制在0. 6～1. 0m/ s的范圍內(nèi),最大不要超過1. 8m/ s ,以免導致沖刷腐蝕;
k 為流量系數(shù),根據(jù)清洗設備的結(jié)構(gòu)和工藝狀況如管道阻力、清洗液升溫膨脹等將流量適當增大,同時注意流量應控制在系統(tǒng)容積的1/ 2 以上。
揚程的選擇:
清洗泵的揚程至少應選擇被清洗設備的最高高度的兩倍。
大型的清洗應在泵出口接裝壓力表、溫度計、分流管等,同時也可連接特設管路,在必要時對系統(tǒng)進行反向清洗,以達到更好的清洗效果。
三、大連KB化學清洗設備有限公司各類設備的有效安全性化學清洗實例
（1） 空冷器
空氣冷卻器是石化企業(yè)中的常見設備,由于其暴露在空氣中,并且表面多為翅片狀,結(jié)垢情況經(jīng)常發(fā)生。其垢物組成一般以灰塵、油污、腐蝕產(chǎn)物為主。空冷器的清洗有以下幾個問題值得注意:
1） 翅片材質(zhì)有的為鋁,要注意清洗中的縫隙腐蝕;
2) 如果不采用有機清洗劑,除油不要用強堿,除垢最好用硝酸;
3) 由于空冷器結(jié)構(gòu)的特殊性,對清洗液的循環(huán)利用有一定難度,需特制接收設備,并在實施時注意安全,防止清洗劑對其它設備和人員的損傷。2005 年6月我們對大連西太平洋石化公司ARDS、FCC裝置的6臺空氣冷卻器進行了清洗。這幾臺設備已運行多年,用一般的水沖洗無法除去這些垢物。翅片為鋁材,管子為碳鋼和不銹鋼,待清洗的多成分混合垢物屬鈣系無機鹽垢。針對現(xiàn)場情況制定化學清洗流程為:
水沖洗→堿洗→水沖洗→酸洗→中和→水沖洗。
其中堿洗階段的清洗藥劑為碳酸鈉、磷酸鈉、三聚磷酸鈉及活性劑;酸洗階段的清洗藥劑為硝酸和緩蝕劑;中和采用碳酸鈉。
在清洗過程中要進行分析監(jiān)測,清洗的同時在清洗槽內(nèi)掛入A3 鋼、不銹鋼及鋁試片。清洗結(jié)束后取出稱重,計算腐蝕率。清洗過程中定時進行分析,具體分析項目:酸值、鈣含量、鐵含量。清洗質(zhì)量按化工部HG/ TT2387 - 92 和水利部SD135 - 86標準驗收;清洗后翅片管表面光亮無雜物,垢物清除率達90 %以上,腐蝕率控制在A3 ≤10g/ m2h、鋁≤8g/ m2h ,腐蝕量控制在A3 ≤20g/ m2 ?？绽淦髑逑吹膶嵤┻^程中,首先是連接好清洗的循環(huán)回路,利用塑料蓬布接收由空冷器流下的清洗液回槽,系統(tǒng)充水試漏后依次加入清洗劑循環(huán)噴淋翅片管,嚴格按照清洗方案的配方及工藝流程要求進行操作。清洗過程中的分析數(shù)據(jù)及腐蝕率監(jiān)測結(jié)果見表4、表5。

 
由表5 可知,試片的腐蝕率遠低于化工部標準,設備在清洗過程中基本未受腐蝕。通過表4 的分析數(shù)據(jù)可知, 清洗除去大量的鈣離子, 以83E209A/B 為例, 計算清洗下的碳酸鈣重量在230kg 左右。該空冷器共有264 根換熱管,每根管長9. 41m ,即平均每根換熱管清除的碳酸鈣垢約0. 9kg。85E316 清洗中的鈣離子含量較低是因為其管短,并且在1996 年檢修時曾進行過清洗。
開車運行時,通過進出口溫差與清洗前狀況對比,證明效果明顯。
（2） 凝汽器
凝汽器是火力發(fā)電車間及透平機系統(tǒng)中重要的附屬設備,用于將汽輪機的排汽冷凝為水重復使用。凝汽器的管束材質(zhì)多為銅或銅合金。由于冷卻用的循環(huán)水水質(zhì)狀況不同,結(jié)垢情況經(jīng)常發(fā)生。而其結(jié)垢的主要危害是降低汽輪機的效率,并且由于結(jié)垢將導致黃銅脫鋅(白銅脫鎳) 及設備的點蝕。有資料介紹,清潔的凝汽器銅管可使用15 年以上,而結(jié)垢不及時清除的在3 年內(nèi)就會腐蝕穿孔。凝汽器的清洗一般采用鹽酸或氨基磺酸,針對設備的具體情況確定。對于使用時間較長、腐蝕偏重的設備最好用比較安全的氨基磺酸進行清洗。氨基磺
酸(NH2SO3H) 的水溶液具有與鹽酸、硫酸同等酸性,又名固體硫酸。密度(25 ℃) 為2. 126g/ cm3 ,為白色粉末,對人體毒性極小(其鼠類口服毒性LD50為1600～1700mg/ kg) 。與水垢的反應非常激烈,對鐵的腐蝕產(chǎn)物作用較慢,在60 ℃以內(nèi)不分解,清洗時溫度控制不超過66 ℃,濃度不超過10 % ,是唯一可用作鍍鋅金屬表面清洗的酸。2005年3月我們年曾對大連西太平洋石化公司ARDS的凝汽器進行化學清洗,由于其循環(huán)冷卻水系統(tǒng)未采取措施,并且受到環(huán)境的污染,結(jié)垢很嚴重,其中碳酸鈣垢占了約65 %的比例。對現(xiàn)場情況調(diào)查后決定用鹽酸加緩蝕劑L826 清洗。
由于系統(tǒng)的容積小、垢物多,清洗過程中還進行了一次置換,結(jié)果系統(tǒng)置換前最高鈣含量為39898.52mg/L ; 置換后的二次清洗最高鈣含量仍達到10698. 59mg/ L 。經(jīng)計算清除碳酸鈣632. 5kg ,除垢總量為973kg。清洗后打開端蓋檢查,管內(nèi)光滑,除垢率在95 %以上。
（3）循環(huán)水系統(tǒng)換熱器在線清洗
一般10mt/a煉量的大型煉油企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)換熱器有300~400多臺,按以往的慣例需將這些換熱器在大修期間分批拆卸,對其附著物進行清洗、吹掃,耗時費力,在1990 年對化工一廠93/ 200 工段循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行了不停車在線清洗。主要針對粘泥附著物,采用新潔爾滅、聚丙烯酸鈉、過氧化氫等藥劑處理。通過對清洗過程中的濁度、總鐵、pH 值、COD、粘泥量及清洗前后重點換熱器出入口水溫變化等的監(jiān)測,各項指標明顯好轉(zhuǎn)。計算得知共清洗粘泥污垢448.093m3 ,出入口溫差提高了1～2 ℃,清洗前后細菌下降一個數(shù)量級(由1. 1 ×104 降至5. 0 ×103) ,風機的運行由以往的4 臺降為3 臺,取得明顯的經(jīng)濟效益。同年對煉油廠常減壓裝置循環(huán)水系統(tǒng)進行了在線清洗除垢。由于上一運行周期中循環(huán)水幾次漏油,檢修中發(fā)現(xiàn)有的換熱器部分管束已堵死,清洗難度較大。經(jīng)過試驗篩選,通過殺菌滅藻、剝離除油、清洗除垢、置換預膜等工藝流程,有效地清洗了垢物,取得了預期效果。
（4） 大型裝置開車前的清洗
新建裝置投運前進行系統(tǒng)清洗,主要是除去設備及管道在制造、運輸、貯存及安裝過程中所產(chǎn)生的油污、鐵銹、軋制鱗片、泥沙、焊渣及其它機械雜質(zhì)。1995 年曾對遼化聚酯廠的重整氫壓縮機系統(tǒng)進行化學清洗。系統(tǒng)包括19 臺罐、6 臺換熱器和進入壓縮機系統(tǒng)的工藝管線(約600m) 。材質(zhì)為碳鋼、20R、16MnR。清洗工藝確定為:水沖洗、脫脂、酸洗、漂洗、鈍化、最終漂洗。在脫脂階段采用碳酸鈉、磷酸鈉、三聚磷酸鈉、洗滌劑,高溫運行;主要酸
洗階段用檸檬酸及緩蝕劑。檸檬酸( H3C6H5O7 .2O) 是一種弱有機酸,以清洗鐵銹為主,對鈣、鎂和硅垢的溶解能力較弱,所以主要用于清洗新建裝置,或與氨基磺酸、羥基乙酸、甲酸等混用。清洗時用氨水調(diào)節(jié)pH 值為3. 0～4. 0 ,清洗溫度為91～105 ℃(不能低于80 ℃) 。在清洗的過程中要采取嚴格的監(jiān)控手段,判定清洗終點。
 
四、重點介紹涂層換熱器（水冷器）化學清洗的安全保障
國內(nèi)知名品牌涂料TH847的技術(shù)參數(shù)如下：
 

 
 
 
 
 
 
  從技術(shù)參數(shù)可以看到，涂料本身即耐酸、有耐堿性介質(zhì)腐蝕，所以我們采用的低濃度劑量的無機酸、有機酸不會危機破壞換熱器表面（內(nèi)）的防腐涂層。
五、化學清洗藥劑的安全性分析
化學清洗過程中，為使設備本體不遭到腐蝕，必須添加各種類型的緩蝕劑，緩蝕劑的性能發(fā)揮直接關(guān)系到設備是否安全最重要的保障。
我們所采取清洗工藝及組成不會對不銹鋼設備造成危害：
     所采用的兩種主劑本身對不銹鋼設備就是很好的緩蝕劑（含有-NH2基團），而且酸性也較溫和，因此無氫脆危險，除硝酸外，鹽酸、硫酸等稀無機酸和有機酸，同鐵反應產(chǎn)生氫氣，因而可能出現(xiàn)滲氫現(xiàn)象，會導致氫脆，致使設備破壞。加入優(yōu)秀的緩蝕劑和抗?jié)B氫劑可以避免氫脆。例如在鹽酸中加入Lan－826緩蝕劑，滲氫率可減少85％，避免氫脆危險。
在化學清洗中，作為清洗主劑的酸對金屬設備均有腐蝕作用，其中無機酸的腐蝕尤為嚴重；同時，所放出的氫會向金屬部擴散，使被洗設備發(fā)生氫脆。另外，所析出的氫氣帶出大量的酸性氣體，會使勞動條件惡化。因此我們采用多用酸洗緩蝕劑Lan－826。
    Lan－826是化工部化工機械研究院1982年研制成功的一種新酸洗緩蝕劑，1985年獲國家科委三等發(fā)明獎。
    普通的酸洗緩蝕劑都有嚴格的選擇性，這對用戶選擇、采購、保管和使用緩蝕劑帶來很多麻煩，一旦誤用，就可能造成重大損失。Lan－826是第一個多用型酸洗緩蝕劑，它在多種化學清洗用酸一包括氧化性酸和非氧化性酸、多種無機酸和有機酸中都具有高效的緩蝕作用，并具有優(yōu)良的抑制滲氫和抑制三價鐵加速腐蝕的能力，酸洗的金屬不產(chǎn)生孔蝕。作為硝酸緩蝕劑，Lan－826是當前最優(yōu)秀的品種，作為氨基磺酸、羥基乙酸草酸、EDTA等的緩蝕劑，Lan－826是目前唯一均適用品種；作為硝酸一氫氨酸緩蝕劑，Lan－826優(yōu)于Lan－5。
    Lan－826為淡黃色液體，氣味小，毒性低。Lan－826的一般性狀如表所示。
 

    Lan－826緩蝕劑的特點如下。
   （l）適用于多種酸的高效緩蝕劑。表中的Lan-826在各種酸介質(zhì)中對2O#鋼的緩蝕效果。從表中看出除在草酸和醋酸介質(zhì)中緩蝕率分別為96．4％和98.9％以外，在其余十二種酸中的緩蝕率均高于99．2％。
   （2）適合于多種材質(zhì)設備的清洗。選用適當?shù)乃嵯粗鲃┡浜螸an－826，可清洗碳鋼、不銹鋼、鋁、銅有色金屬及其不同材料的連接結(jié)構(gòu)。
   其它方面： 
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(zhì)。在這些化合物的結(jié)構(gòu)中都含有一個親油基（或借水基）和一個親水基。
    親油基與油有親合性，而親水基則是一些容易溶于水或容易被水所潤濕的原子團。不同類型的表面活性劑在化學清洗中作用不盡相同。
    陰離子表面活性劑在水中離解成離子，而起表面活性作用的基因為陰離子。例如烷基硫酸鈉，烷基苯調(diào)酸鈉（RSO Na+）等。由于陰離子表面活性劑易溶于水，滲透力及去污力良好，所以是目前會成洗滌劑的主要成分，在化學清洗中作增溶劑。
綜上所述以及大量的實踐證明：該組分的化學清洗劑不會對不銹鋼設備造成任何危害。
化學清洗主要配料組成及特性
 

• 化學清洗過程控制手段、效果評價及驗收標準

藥劑的配制我們已從深層次上有了具體的技術(shù)解決方案，前面已提到過，監(jiān)控手段也是保障設備安全清洗的一個重要環(huán)節(jié)：
（1）從開始選擇清洗劑到清洗過程中，直至最后清洗結(jié)束工程驗收全過程，都必須嚴格按質(zhì)量指標執(zhí)行。
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）；W1為清洗前腐蝕試片質(zhì)量，g；W2為清洗后腐蝕試片質(zhì)量，g；F為標準腐蝕試片表面積，m2；T為清洗時間，h。

• 腐蝕量

化學清洗后清洗劑對單位面積金屬基體腐蝕的質(zhì)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(guān)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 N為洗垢率，％；SO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1為有關(guān)標準中設備化學清洗后腐蝕速率及腐蝕量指標，表2為標準中除垢率及洗凈率指標。
 
   （2）酸洗過程中，每隔30min測定酸濃度和Fe3+濃度一次。當酸的濃度低于正常量的5%時,則需補加正常量1／4至1／3的緩蝕劑和總酸量不超過7％的酸。若酸液濃度趨于穩(wěn)定，則表明除垢已近完成。
   （3）待酸洗液濃度在  1～1.5h內(nèi)不再繼續(xù)降低時，可判定為清洗終點。
   （4）清洗液中 Fe3+濃度大于 0.1％時，清洗液需及時排放，重新配制。
（5）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(zhì)量標準》規(guī)定的質(zhì)量指標和交工驗收內(nèi)容進行，內(nèi)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(shù)據(jù)。
    （2）由施工方和用戶方質(zhì)量檢驗員共同對設備進行化學清洗質(zhì)量檢驗，清洗質(zhì)量符合本標準規(guī)定后，雙方可在表中簽字交工。

• 化學清洗現(xiàn)場施工管理

1、組織結(jié)構(gòu)
在清洗的技術(shù)方案確定后，施工隊伍的素質(zhì)和組織形式是決定清洗成敗和質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵。基本的人員構(gòu)成包括：
    
    根據(jù)工程量的大小和布局的繁簡，有些工種可以合并，但一般不少于5人。
2 、安全施工組織措施

1. 對設備進行嚴格的檢查，如果發(fā)現(xiàn)設備壁有嚴重的局部腐蝕和任何形式的裂紋、鼓包，都必須將這些部位進行切換，才能進行清洗；

2. 臨時管線的安裝必須保證質(zhì)量，經(jīng)過水壓試驗合格后方可投入工作。對任何滲、漏都必須補焊或?qū)⒔z扣緊牢，直到完全合格；

3. 化學清洗最高部位應安裝排氣口，最好用排氣管引出戶外，使酸洗過程中產(chǎn)生的二氧化碳和因緩蝕劑效果不好時鐵腐蝕產(chǎn)生的氫氣，能通暢地排出設備之外，以免影響清洗液的流動和循環(huán)；

4. 酸洗現(xiàn)場必須照明充足，道路通暢。動力電源和照明電源應分開，并將電源控制板設置在離開酸洗系統(tǒng)較遠，而又操作方便的地方；

5. 參加酸洗的人員，要使用防酸服、膠靴、防護眼稅、膠制手套和口罩等必要的防護用品；

6. 準備必要的急救藥品，如飽和石灰水，2％～3％的碳酸氫鈉和碳酸鈉溶液，l％～2％的獨酸或鹽酸水里溶液以及蒸餾水等；

7. 化學清洗現(xiàn)場不得動用明火（如電焊、抽煙等），以防空氣中的氫氣達到危險濃度時，發(fā)生爆炸；

8. 清洗操作必須統(tǒng)一指揮，分工負責。對酸箱、酸泵、閥門、加藥點等部位，要設置專人值班，不準在酸洗系統(tǒng)旁邊休息。

 八、   嚴格管理，精益求精，為確保設備安全清洗保駕護航
嚴格的管理才能出好的產(chǎn)品，大連天凡防腐技術(shù)有限公司通過以上技術(shù)措施，經(jīng)過幾年的努力，形成了本公司獨特的管理體系，已確保設備的安全化學清洗。