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化學清洗劑在原油換熱器清洗中的應用

點擊:1616 日期:[ 2014-04-26 22:45:05 ]
黃 杰  張圣麟 摘要 熱媒爐換熱器的管程和殼程經常堵塞, 堵塞嚴重時用普通的物理方法不易清洗, 且拆洗過程費時費力。研究了利用化學清洗劑進行清洗的工藝, 對一些常用的表面活性劑性能及相互之間的協調使用進行了研究, 并提出配方。此方法工藝簡單, 費用低廉, 省時省力, 極大地方便了生產應用。 主題詞 油氣集輸 熱媒爐 換熱器 化學清洗劑 表面活性劑 配方   隨著輸油工藝技術的發展, 長輸管線上各加熱站的加熱爐逐漸被熱媒爐所取代。熱媒爐安全可靠, 便于自動化控制, 但因輸送的原油介質中雜質較多, 同時因熱媒工作溫度較高在使用過程中易發生熱裂解, 在管壁內生成積碳, 影響傳熱效率, 加速熱媒老化失效, 會造成熱媒爐系統中原油換熱器的管程和殼程經常堵塞, 輕度堵塞時可用水槍沖洗, 但因管程直徑較小, 有時老化的熱媒碳化后,堵塞管程, 用水槍也不易清洗。為此, 利用化學劑清洗金屬設備是一種常見的方法。   磷化作為常用的金屬處理方法, 其功能主要為耐蝕、提高有機涂層結合力、抗磨、電絕緣及在冷加工中潤滑等, 而金屬表面上的油污和固體污垢的清除將直接影響其磷化質量, 金屬表面上的污垢是多相多組分混雜的, 去污過程不是一種簡單的膠體作用, 而是復雜的很多簡單膠體作用的聚集過程。在此過程中幾種不同的膠體作用同時發生, 表面活性劑之間相互作用也伴隨出現, 這樣在選擇清除多相多組分污垢的表面活性劑時, 對表面活性劑的性能、相互組合以及外部條件的綜合研究和考慮便是一個需要認真解決的問題。 一、表面活性劑的作用   表面活性劑在清洗過程中起著一系列簡單膠體作用, 這些簡單膠體作用概括為卷離作用、疏液作用和膠溶作用, 而任何一種表面活性劑都具有普通表面活性劑所具有的一般性能, 只是在不同的條件下傾向某種作用的程度不同。卷離作用選取與金屬相及與污垢相有強烈吸引力的表面活性劑, 它們能削弱污垢基質界面的黏附鍵, 當液液固三相的界面形成的接觸角在平衡狀態時達到180 ℃時, 在熱流或布朗運動影響下發生分離, 由洗液基質界面和洗液污垢界面代替污垢基質界面, 以達到清洗目的, 但這種作用并不能徹底清除污垢。   膠溶作用是液體污垢去除的重要作用, 它要求表面活性劑分子結構的碳鏈要長而屬直鏈, 親油性好, 即表面活度大的表面活性劑, 當濃度高至一定值后才發生。疏液作用是固體污垢分散的重要機理, 當表面活性劑的表面活度大, 濃度低至一定值后, 或表面活度小, 不易形成膠粒, 則表面活性劑的極性基團吸附于固體污垢表面生成憎水性, 在外力作用下形成懸浮液或附于氣泡上。當表面活性劑是兩性時, 則兩性表面活性劑在固體污垢粒子上形成定性的定向吸附排列, 其親水基團朝向水中, 產生強烈水合。若污粒上定性的定向吸附分子密度足夠高且粒子本身足夠小, 即具有較高的表面與質量的比值, 則該粒子是親液的, 原來疏液的懸浮液即產生和親液膠體一樣的作用, 它們在含水介質中彼此充分排斥, 以逗留在液態中。因此膠體作用需要表面活度大、濃度高的表面活性劑, 疏液作用則要求表面活度大、濃度低或表面活度小或兩溶性的表面活性劑。   要達到固體污垢、液體污垢都能同時去除, 則要選擇: ◇選取表面活度適當和濃度適當的表面活性劑。 ◇選取除油污垢較好的表面活度大、濃度適當的表面活性劑與兩溶性表面劑組合。 ◇選取除固體污垢較好的表面活度小、濃度高至適當的表面活性劑與表面活度適當、濃度適當能去除油污垢的表面活性劑組合, 但兩種表面活性劑組合時要能相互協調。 二、各單一表面活性劑的測試結果及討論   實驗采用的表面活性劑有6 種, 其中4 種又經改性, 加上105 洗滌劑共有12 種, 每種都單獨評測。評測時濃度由最小011 %開始直至有明顯的洗滌作用為止, 評測結果列于表1。   可從表1 得出: ◇烷基苯磺酸鹽: 低濃度時疏液作用、膠溶作用都明顯地表現出來, 濃度增高時疏液作用降低,膠溶作用增強, 明亮度降低, 清洗速度增快。 ◇胺皂清洗效果最好, 但有氨臭味, 鉀皂相對清洗效果較好。 ◇油酸鹽: 性能穩定, 超過臨界濃度后清洗效果明顯表現出來。其中油酸三乙醇胺除固污能力很強, 具有兩溶性, 有很好的乳化作用。 ◇脂肪醇硫酸鈉, 泡沫太大而穩定, 清洗效果差。 ◇多聚磷酸鹽: 除固污能力強, 當濃度高時或加入不影響離解的表面活性劑時是理想的洗滌劑。但致命弱點是易水解產生低分子酸或鹽能使金屬極快腐蝕, 加入二氯化錫只能短時間內抑制, 但不是最終的解決方法。 ◇105 清洗劑: 超過臨界濃度時清洗明顯表現出來, 如2 %明顯光亮, 但濾紙擦拭后仍然有暗膜。 三、清洗劑配方的選擇 按理論和生產實際需要在選擇配方時, 應首先考慮以清除固污為主, 在此基礎上協調選擇清除液體污垢的表面活性劑。結合評測單一表面活性劑結果, 組成配方有三種方法。 ◇采用單一表面活性劑, 比如低濃度的烷基苯磺酸胺(鉀) , 高濃度的油酸三乙醇胺和聚磷酸鹽,清洗效果是理想的, 但生產使用工藝難控制, 綜合性能差。 ◇以油酸三乙醇胺為主皂, 從除固污的最小濃度2 %為基點, 逐步添加不同濃度的除液污的表面活性劑。 ◇以聚磷酸鹽為主皂, 單獨使用就比較理想,只是有腐蝕。為解決此問題可從緩蝕劑著眼解決或添加其它表面活性劑, 以降低它的濃度。   經模擬方法測試, 獲得了下列四組去污力較好的組成配方:   在這四組清洗劑配方中, 性能差異顯著, 3 、4組對去除污垢能力極強, 白色濾紙擦拭后基本不變灰, 但由于聚磷酸鹽易水解產生腐蝕, 使用期限極短; 2 組在實驗室條件下效果很好, 但生產使用工藝難控制; 1 組去污力良好, 成分比例大, 性能穩定, 生產上有實用價值。   總之, 金屬表面污垢的清洗與表面活性劑的性能密切相關, 并將直接影響其磷化質量, 生產應用時應根據污垢的種類選擇合適的表面活性劑和配方及工藝條件。 四、原油換熱器清洗施工工藝   清洗工藝流程如下:   將原油換熱器與運行系統脫離———放空原油換熱器→沖洗→除油污→沖洗→除水垢→沖洗→中和→沖洗———結束   具體操作方法: ◇脫離加熱爐運行系統: 將連接原油換熱器的原油進出口閥門關上, 熱媒進出口閥門關上, 使原油換熱器與熱媒爐運行系統脫離。 ◇打開原油換熱器的封頭及連接熱媒管程的封蓋, 放空原油換熱器中的原油和熱媒, 清除管程端頭的雜質及積碳。 ◇將配置好的化學清洗劑放入預制的清洗罐中,將原油換熱器與齒輪泵、清洗罐用臨時管線連接起來。 ◇啟動齒輪泵進行反復清洗約1~2h , 觀察清洗效果, 直至達到要求。 ◇為防止酸性清洗劑中殘留的硫酸根離子對熱媒爐基體金屬的侵蝕和清洗后裸露新鮮金屬表面的氧化銹蝕, 必須進行中和、鈍化。將配置好的堿性水溶液進行沖洗中和。要隨時分析中和鈍化劑的pH值, 當中和鈍化劑的pH 值顯示為中性時即可,排出中和、鈍化液。 ◇用清水反復沖洗。 ◇用空壓機進行吹掃。 注意事項: ◇在清洗過程中進行點爐、切換流程等操作,一定要按照操作規程進行, 應嚴格控制溫度, 防止水汽化、噴出; 防止熱媒、清洗劑泄露, 污染環境。 ◇水的存在會引起熱媒爐開車及有關揮發性的問題, 待原油換熱器清洗完畢后, 系統應通過蒸烘或干氣體吹掃(例如氮氣) 干燥, 吹掃系統所有部件和管道, 包括儀表管線。  
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