換熱器油溶性污垢在線清洗

                                         換熱器油溶性污垢在線清洗
            蔡曉君1,劉湘晨1,張建軍1,肖　滌2,歐陽子勁2,張圓圓2,張聞喜2
    (1.北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,北京　102617;2.北京燕化正邦設(shè)備檢修有限公司,北京　102500)
    摘要:分析了煉油生產(chǎn)裝置中換熱設(shè)備常見油溶性污垢的主要成分和形成原因,并對換熱設(shè)備在線化學(xué)物理清洗技術(shù)的可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了深入的探討,提出了油溶性污垢零排放在線清洗技術(shù)的生產(chǎn)特點及可行的技術(shù)方案。
    關(guān)鍵詞:換熱器;油溶性污垢;在線清洗
    中圖分類號: TE 965　　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B
    文章編號: 1000-7466(2010)04-0069-03
    換熱器是石油加工裝置最常用的設(shè)備之一,其投資約占化工行業(yè)總投資的70%,占煉油行業(yè)總投資的的35%~40%。衡量一臺換熱器運行狀況的優(yōu)劣,除了其固有的設(shè)備特性和工藝條件外,如何保證其介質(zhì)熱交換面的清潔,保證有良好的熱傳導(dǎo)空間和總傳熱效率是一個重要因素。換熱設(shè)備污垢給工業(yè)發(fā)達(dá)國家所造成的損失平均占國民生產(chǎn)總值的0.3%。英國Harwell實驗室的研究資料表明,因換熱器引起的維修費用占總維修費用的15%,其中一半是因結(jié)垢引起的。因此,換熱器結(jié)垢問題是企業(yè)必須解決的大問題[1]。
    1·油溶性污垢形成
    煉油廠生產(chǎn)的主要原料是原油,主要成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的烴類,其余為含氮、硫、氧等化合物,通過常減壓蒸餾裝置后生成汽油、煤油、柴油、潤滑油、石蠟與瀝青等產(chǎn)品。在此生產(chǎn)過程中,工作溫度從常溫至高溫,經(jīng)過不同設(shè)備與工作環(huán)境,形成不同類型的油垢焦垢,其中對換熱設(shè)備傳熱造成影響最大的油垢是重油垢、焦油垢及焦碳垢。重油垢含有一些焦油瀝青,并混有其它雜質(zhì),一般在100~300℃時形成。焦油垢是一種附著力較強(qiáng)的結(jié)焦與碳化形成的油垢,大部分是焦質(zhì)與瀝青,并含有少量有機(jī)聚合物與腐蝕產(chǎn)物,在200~400℃條件下形成。焦碳垢是附著力很強(qiáng)的積炭,在工作溫度大于400℃時,通過脫氫縮合的焦油垢逐步石墨化,從疏松的積炭逐步轉(zhuǎn)化成較硬的碳垢。在實際工況中,換熱器中的油垢并不總是單純的一種,而是兩種以上類型油垢所組成。如高溫?fù)Q熱器管壁外層是重油垢,中層是焦油垢,而內(nèi)層是焦碳垢。由此,給設(shè)備清洗帶來極大的困難[2]。
    2·換熱設(shè)備在線清洗技術(shù)
    換熱器清洗方法有物理方法和化學(xué)方法兩類,按清洗時是否停工、是否拆卸分在線與非在線清洗。人工清洗過程工程消耗大、清洗能力低、勞動強(qiáng)度大、清洗周期長,對環(huán)境污染影響大。化學(xué)清洗雖可節(jié)約清洗時間,但要考慮清洗液路設(shè)置及清洗液排污、設(shè)備防腐及保護(hù)等問題,清洗成本也較大[3~5]?；瘜W(xué)清洗與高壓水清洗的性能比較見表1[6,7]。
              
    3·油溶性污垢零排放在線清洗技術(shù)
    3.1油溶性污垢常用清洗溶劑
    以煉油廠最易結(jié)垢的常減壓蒸餾裝置及催化裂化裝置中的換熱器為清洗對象,污垢類型為憎水型有機(jī)混合物膜狀的油垢。一般常用石油類溶劑、鹵代烴溶劑與醇類溶劑等,靠對油類較強(qiáng)的溶解反應(yīng)以清除換熱設(shè)備的重油垢、焦油垢與焦碳垢。常用清洗溶劑特點:①低沸點石油類溶劑汽油對礦物油垢溶解性好,但易燃,應(yīng)用受到限制。②高沸點石油類溶劑煤油、柴油對礦物油垢清洗力稍差但價格低廉、不易燃,應(yīng)用較廣。③鹵代烴四氯化碳、三氯乙烯等不燃或難燃,但易揮發(fā)且有毒,因?qū)τ凸溉芙饬Υ?脫脂力是石油溶劑的10倍,價格雖貴但仍有應(yīng)用。④氯氟烴對大氣臭氧有破壞作用,雖去油能力強(qiáng),但應(yīng)慎用。⑤醇類溶劑多用乙醇、異丙醇,除親水外,對油脂溶解力強(qiáng)、對表面活性劑溶解力也大,一些特殊溶劑N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等具有選擇性高、溶解力強(qiáng)的特點,在國外清洗劑專利中常用。⑥有機(jī)溶劑中與表面活性劑混合復(fù)配,能產(chǎn)生更強(qiáng)更有效的清洗劑[8]。
    針對以上油溶性污垢,在多種溶劑選擇配方,大量試驗的基礎(chǔ)上,筆者及有關(guān)人員研制了一種溶垢清洗劑。其不同于傳統(tǒng)的化學(xué)清洗配方以化學(xué)反應(yīng)除垢為主,而是結(jié)合油垢焦垢成分配制,以催化柴油為清洗母液,配以一定成分的三氯乙烯和表面活性,依靠清洗劑中的表面活性成分對油垢焦垢形成浸潤、滲透、軟化而后進(jìn)行分解,從而達(dá)到清除油垢焦垢的目的,對設(shè)備基本不腐蝕。
    3.2　常減壓裝置清洗流程換熱器清洗時,無需拆卸,可利用裝置現(xiàn)有回路進(jìn)行清洗。
    常減壓裝置中清洗流程:原油泵入口—脫鹽罐前熱交換器—脫鹽罐后熱交換器—初餾塔塔底—爐前熱交換器—常壓加熱爐—常壓蒸餾塔塔底泵出口。引入催化柴油,注入一定比例清洗劑,建立循環(huán)清洗回路。清洗可以是整個裝置的幾十臺換熱器,也可以是建立側(cè)線小回路的幾臺換熱器。最佳清洗溫度為130~145℃,最佳清洗時間為12~24 h,可局部停工清洗或不停工清洗[9]。
    3.3　油溶性污垢零排放在線清洗技術(shù)特點
    (1)清洗效果好　采用油溶性污垢零排放在線清洗技術(shù)清洗能力強(qiáng),實驗室測試與現(xiàn)場比較,在清洗溫度130~150℃時能取得良好的清洗效果。
    (2)無廢水、廢液產(chǎn)生,實現(xiàn)零排放　清洗劑母液主要成分為催化柴油,無廢水產(chǎn)生,不存在廢水處理問題。清洗廢液可以與原油混合送到常壓蒸餾裝置里進(jìn)行回?zé)捓谩?br />     (3)節(jié)能效果顯著　由于常壓蒸餾裝置內(nèi)熱交換設(shè)備較多,將所有熱交換器全部打開用高壓水沖洗,在費用以及時間上是不容許的。過去的做法是僅在定期檢修中挑選一部分熱交換器進(jìn)行開放清洗,這樣將導(dǎo)致整個裝置的熱回收率受限。采用油溶性污垢零排放在線清洗技術(shù),清洗線路上的所有熱交換器均被清洗,使整個裝置的熱回收率大幅度提高。而且降低檢修時熱交換器的開蓋率,節(jié)省檢修時間,提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)效率,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益[10,11]。
    (4)重質(zhì)油溶解可重新回?zé)挕〕赫麴s裝置熱交換器污垢分析結(jié)果表明,污垢中有70%是粘性很大的重質(zhì)油,這些重質(zhì)油將在清洗過程中溶解到催化柴油中,由此表明,熱交換器污垢的70%將作為產(chǎn)品油回收。
    4　結(jié)語
    油溶性污垢零排放在線清洗技術(shù)在日本和韓國都有相關(guān)的技術(shù)報道,并獲得了可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。這項技術(shù)帶來了煉油裝置節(jié)能降耗新的機(jī)遇,具有廣泛的應(yīng)用價值,該技術(shù)2000年榮獲日本通產(chǎn)省節(jié)能獎。
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