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  • 换热器污垢化学清洗方案分析研究

    作者: ‖ 时间:2018-3-26 ‖ 来源: ‖ 点击:178

     换热器污垢造成的浪费和损失非常巨大,备受各国科学界和工程技术界的关注,是涉及国民经济众多产业和部门的一个急需解决的问题,也是传热学界未真正解决的主要问题之一。Nostrand曾针对美国和世界部分炼油厂,由于处理烃类物料而形成结垢(不包括水冷、空冷和锅炉的结垢)所造成的经济损失作了调查,得出美国炼油厂因结垢造成的经济损失每年总计达13亿6千万美元,全世界总计达44亿美元111.据我国有关方面报道,对于换热设备,每立方米的水垢要多消耗能源7%~9%热效率降低10%~20%.我国有各类工业锅炉约42万台,每年因水垢浪费原煤约175万吨。由于锅炉水质管理不当,结垢将导致局部膨胀变形和垢下腐蚀,直接影响化工生产的安全23. 1换热器污垢检测分析换热设备污垢是指流体中的组分或杂质在与之相接触的换热表面上逐渐积聚起来的一层固态物质,它广泛存在于化工、动力及制冷等工程技术领域的各种换热设备中。

      1.1污垢的分类从结垢机制的角度,液侧污垢可分为如下6类:析晶污垢、微粒污垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、生物污垢及凝固污垢。需要指出的是,通常的污垢形成过程可能是几种污垢形成机理共同作用的结果。如析晶污垢和腐蚀污垢就常常混合而共存于同一换热面,并且换热壁面上往往同时生成几种污垢且相互影响。因此,针对每一基本结垢类型,弄清其形成机理对防止结垢是十分重要的。

      1.2垢样成分及分析垢样包括软垢、硬垢、腐蚀产物及生物黏泥等。

      硬垢一般在管道壁上附着比较坚固,很难用勺子刮下来。软垢则比较稀松,沉积在管道上,与管道壁黏附不结实,易用水冲下来,用手捏着有细小颗粒的感觉,干时为粉末状。若有黏泥,则颜色较黑,手捏时带有一定黏性。腐蚀产物大多为电化学腐蚀产生或微生物腐蚀产生的腐蚀锈瘤。生物黏泥一般是由连成丝的裹有相当密实黏液层的杆菌组成,外观为灰黑色,闻着有腥味,手捏着有滑感.

        采取被清洗设备的污垢样品进行成分的定性和定量分析,通常以定性分析为多。垢样分析是确定清洗液配方的重要前提,其分析结果能提供污垢的主要成分,是确定清洗剂选择范围的主要依据。定性分析的结果是垢样的大致成分,而每种成分在垢样中的含量是未知的,需要借助于定量分析来确定各种成分的含量。定量分析应在定性分析基础上进行,它对选择确定清洗某些重要大型设备的复杂污垢是有利的。定量分析可采用容量法、重量法或仪器分析等测定方法151.垢样分析的第1步为取样,基本要求是所取的垢样应具有代表性。米取量一般为100~200g,在满足试验需要量的同时留有一定的保留量,以备复查考证。

      定性分析通常采用化学试验的方法对垢样进行分析。

      仪器与试剂:药物天平,常用玻璃器皿;HCl5%醚。

      试验步骤:用天平称取重约5g大小的垢样5块,分别置于编有序号的100mL烧杯中。先在1号烧杯中加入5%HCl 30mL,观察垢样,记录其变化状况;然后在2号烧杯中加入10%BaCl230mL观察垢样,记录其变化状况;再在3号烧杯中加入d5%NaF 30mL左右观察垢样,记录其变化状况;取4号烧杯将垢样用研钵研碎后,移入烧杯中加入50mL乙醚溶剂观察垢样,记录其变化状况。

      污垢成分简易鉴定方法说明如下。

      加入5%HCl后,垢块溶解,同时生成大量气泡,溶液剩余残渣量极少。污垢成分为碳酸盐垢。

      在HCl中几乎不溶解无气泡产生,加入10%BaCb溶液后产生大量白色沉淀。污垢成分为硫酸盐垢。

      %NaF可缓慢溶制。污垢成分为硅酸盐垢。

      加入5%HCl后即可溶解其酸液呈黄绿色。污垢成分为氧化铁垢。

      将乙醚加入研碎垢样中,乙醚液层呈浅黄颜色,不溶的垢呈灰白色。污垢成分为油垢。

      污垢组成是十分复杂的,除单一型污垢外,混合型垢也是常见的。所以通常要经过几步的鉴别试验才能确定垢样的主要成分,但对某些简单的单一型垢样经一步或二步试验基本确定后,不一定要每步鉴别试验都做。

      2清洗剂的选择通常,经过垢样分析或通过设备所经物料的调查大致确定其垢样组成,并结合设备材质等进行清洗剂的选择(清洗剂主要指的是酸性清洗剂,常用无机酸和有机酸)。根据垢样组成,被清洗设备材料的性质,先确定可选清洗剂的范围,而后经过科学的试验方法来选定所用清洗剂的品种、浓度、使用温度等。

      选择清洗剂时一般应掌握以下原则。

      在保证一定时间溶垢的前提下,选用低浓度、常温、安全、经济的清洗剂。

      试验用清洗剂要根据设备的材质、垢样的状况与组成等情况来确定,在此要着重指出的是不锈钢材质的设备清洗是不允许选用盐酸的,因盐酸酸洗中残余的氯离子会引起不锈钢产生应力腐蚀和晶间腐蚀破裂。

      ―般情况下可选用2种清洗剂,每种清洗剂选用清洗中常用的高、低2种不同浓度,共4种配方用清洗试剂。

      对一些复杂、特殊的垢样选择范围要宽,可多选用一些试验用清洗剂,对某些复杂的有机垢样要选用特殊有的针对性清洗剂。

      用药物天平分别称取相同质量(5样4块置于标有编号的4只100mL烧杯中,分别加入不同的选择用酸60 ~70mL,将试验开始的时间按序号分别记录在试验报告单上,然后仔细观察杯中垢样形态的变化,将烧杯中垢样基本溶解后的时间与其他试验结果分别记录在报告单上。

      如经相当一段时间后垢样都不溶,这时可考虑采用加温搅拌的方式,将烧杯分别放置在磁力加热搅拌机上,放入磁性搅棒,打开搅拌,调节适当转速(如搅拌有困难,可将垢样敲碎)开启加热器调节,温度由低到高,逐渐上升,但不得超过常用缓蚀剂最高使用温度,否则将会对缓蚀剂的使用带来问题,试验步骤仍按上述进行并记录试验的温度等。如加温后垢样还不溶,就要考虑采用特殊的针对性化学溶剂,这种情况大多是复杂的有机垢,要根据设备所走物料的分子结构来选择清洗剂。

      根据上述试验的结果和清洗剂的选择原则,并结合实际情况确定清洗剂。一般情况下以溶垢的时间为尺度,溶垢时间越短,表明清洗剂对垢样溶解性能越好,因而要选择溶垢时间最短的清洗剂。如溶垢时间相差不大,在考虑溶垢时间的同时,主要从清洗剂选择原则及操作难易等方面衡量,综合分析后,再确定适宜的清洗剂,另外对一些特殊清洗剂的确定还要考虑其他一些因素。

      在确定清洗剂配方后,最后一项试验工作就是缓蚀剂的选择它是确定清洗液配方的重要一步,选择得如何,对设备清洗至关重要,因为一种较理想的清洗液不仅能清除垢物,更关键地是在除垢的同时,还不能损伤和破坏被清洗设备,否则清洗本身就失去了意义。缓蚀剂通常根据清洗剂种类、使用温度、浓度等确定缓蚀剂的选择范围,然后依据试验的结果,结合各种因素和实际情况来确定缓蚀剂的种类、使用浓度等。

      经过上述的几步,就可科学地确定清洗液的配方,即确定清洗剂的种类、浓度和缓蚀剂的种类、浓度等。

      3换热器在线清洗技术换热器按清洗时是否停工、是否拆卸可分为在线与非在线清洗,一般情况下在线清洗为化学清洗,非在线清洗为高压水冲洗。在线清洗无需停工,无需换热器的拆装运输,清洗时间短、工程量较小、清洗效果明显且对设备的腐蚀较小,清洗剂合格处理后排放不会影响环境。非在线清洗过程工程消耗大、洗净能力低、劳动强度大、清洗周期长、对环境污染影响大,且换热器的拆装存在重大安全隐患167.在线清洗技术不但可解决设备的无损清洗问题,还可随时切入换热系统中对单台或多台设备进行在线清洗,其清洗费用低、时间短,整体设计和设备移动方便。推广应用在线清洗技术不仅可提高冷换设备的换热效果,延长冷换设备的检修周期,而且可为石化企业节约大量的检修成本以及由于检修停产带来的损失181.在线清洗主要适用于管壳式冷凝器、换热器内为微生物黏泥及一般软垢的清洗,在线清洗装置由清洗器、动力泵、配套管路、阀门及控制柜组成。在线清洗的原理是,在传热设备的每根管内,配置适当材质的清洗元件。生产运行时,在管内的传热介质的带动下,在规定的时间周期内令清洗元件在管内往返滑动,由于清洗元件与管内壁进行研削、摩擦与碰撞,使得传热管的内壁保持洁净,从而达到在线清洗防垢的目的191.在线清洗适用范围广,对流体介质适应能力强,针对不同介质可采用相应的材质材料;对高黏性介质同样适合,且操作简便,既能手工操作,也能自动控制。对传热管的磨损可人为控制,只要清洗元件的选材适当,工作时间及频率设定适当,传热管的磨损几乎为零。

      该装置安装简单,既可在新设备上安装,又可在老设备上改装,改装时只需对老设备进行局部改动,一般技工都能操作。

      在线清洗运行可靠,该装置结构简单,发生故障的概率小,即使发生故障也不会影响系统的正常工作。与传统的机械、化学清洗不同,不会对设备产生损伤、腐蚀等不良作用,不但能延长设备使用寿命,节省大量清洗费用,而且能消除停工清洗造成给生产上的损失,保障生产工艺的顺利进行。

      4结语在换热器污垢化学清洗过程中,首先要弄清垢的种类,分析垢的成分,针对污垢成分确定适合的清洗配方,最后确定清洗装置及完整的清洗流程,得到完整可行的实施方案。换热设备在线清洗(除垢)装置对解决换热器的污垢问题提供了一种有效切实可行的办法和途径,对提高传热设备的效率、改善传热设备的使用条件及其节能降耗具有重大的经济意义。

     


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