MVR结垢研究与化学清洗

书山东化工收稿日期：２０１８－０３－２８作者简介：马文杰（１９８５—），男，天津人，本科，主要从事固废及污水处理等环保技术的研究与开发工作。ＭＶＲ结垢研究与化学清洗马文杰１，贺煜峰１，杨健２，刘军海１，曹智鹏１（１．中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司碧海环保服务公司，天津３００４５８；２．海洋石油工程股份有限公司建造公司，天津３００４５２）摘要：换热器的加热系统在生产运行过程中会结垢，结垢严重时用普通的物理方法难以清洗，且拆洗过程费时费力。对换热器结垢进行分析和分类，研究了利用化学清洗结垢的机理和化学清洗类型的选择。化学清洗工艺简单，成本低廉，省时省力，极大地方便了生产应用，同时为企业选择清洗方案提供了参考依据。关键词：石油化工设备；换热器；结垢；酸洗；碱洗；化学清洗中图分类号：ＴＱ０５１．５文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）１５－０１２２－０１ＭＶＲ系统换热器的使用过程中，由于进水质量控制不严，将不符合水质标准的循环水注入换热器，水中含有的钙镁碳酸盐遇热后分解为碳酸钙和氢氧化镁沉淀物。这些沉淀物质，一部分粘结于受热较大的换热器受热面上，形成坚硬的水垢；另一部分沉积在流速较低的受热面上，形成二次水垢。由于水垢的导热性能极差（其导热系数仅为钢材导热系数的１／３０～１／５０），因而会使换热器传热效率大大降低，严重浪费热能。据资料显示，水垢每增厚１ｍｍ，热效率会降低８％左右［１］。为减少ＭＶＲ系统换热器设备结垢，除了增加预处理提高进行水质外，每年至少要对设备进行一次除垢清洗。本文重点介绍石油化工加热设备结垢的分类和不同类型结垢化学清洗的选择，因为化学清洗技术对企业清洗结垢有很强的实用性。１设备结垢分类与分析１．１结垢的分类换热器结构不同、流体的介质不同所形成的污垢也会不同。ＥｐｓｔｅｉｎＮ提出的按照引起污垢沉积的主要物理、化学过程的分类方式［２］，将污垢分为析化学反应污垢、颗粒污垢、凝固污垢、晶污垢、腐蚀污垢、微生物黏泥污垢及其他污垢等类型［３－４］。按污垢随时间的增长特性，将水垢分为线性增长型、降率型和渐进线型等［５］。１．２垢样成分及分析垢样主要包括硬垢、软垢、生物黏泥及腐蚀产物等［６］。垢样分析就是对污垢样品进行成分的定性和定量分析，一般以定性分析居多。垢样分析是确定清洗液配方的重要前提，根据分析污垢的主要成分，来确定清洗剂选择类型。定性分析一般采用化学实验的方法来分析垢样［７］。污垢成分简易鉴定方法说明如下：（１）在烧杯中加入５％ＨＣｌ３０ｍＬ，垢块溶解，同时有大量气泡生成，溶液剩余残渣量极少，说明污垢主要成分为碳酸盐垢。（２）在ＨＣｌ中几乎不溶解，无气泡产生，再加入１０％ＢａＣｌ２３０ｍＬ，溶液产生大量白色沉淀，说明污垢主要成分为硫酸盐垢。（３）在ＨＣｌ中中不溶解，加入０．５％ＮａＦ３０ｍＬ可缓慢溶解，说明污垢主要成分为硅酸盐垢。（４）当加入５％ＨＣｌ后垢样溶解，且其酸液呈黄绿色，说明污垢主要成分为氧化铁垢。（５）将３０ｍＬ乙醚加入研碎的垢样后，乙醚液层呈浅黄颜色，且不溶的垢呈灰白色，说明污垢主要成分为油垢。污垢组成十分复杂，通常需要经过几步的鉴别试验才能确定垢样的主要成分。２化学清洗除垢机理研究２．１酸洗除垢机理水垢通常是一种或多种化合物的混合物，主要包括碳酸钙、磷酸钙、磷酸镁、二氧化硅和氧化铁。最为常见的是碳酸钙，由于碳酸钙的溶解度小，水中的钙大部分以重碳酸盐的形式存在，重碳酸钙与碳酸钙、二氧化碳存在如下平衡关系：Ｃａ（ＨＣＯ３）２ＣａＣＯ３＋ＣＯ２↑＋Ｈ２Ｏ温度或其他因素的改变使方程式向右移动，因而生成碳酸钙结垢。为除掉水垢，工业上经常用磷酸、硫酸、盐酸、氢氧化钠进行酸洗和碱洗。酸洗反应机理如下（以盐酸和硫酸为例）：ＣａＣＯ３＋２ＨＣｌ→ＣａＣｌ２＋ＣＯ２↑＋Ｈ２ＯＭｇＣＯ３＋２ＨＣｌ→ＭｇＣｌ２＋ＣＯ２↑＋Ｈ２ＯＣａＣＯ３＋Ｈ２ＳＯ４→ＣａＳＯ４＋ＣＯ２↑＋Ｈ２ＯＭｇＣＯ３＋Ｈ２ＳＯ４→ＭｇＳＯ４＋ＣＯ２↑＋Ｈ２Ｏ在金属材质换热器酸洗时，在酸洗液中的三价铁离子浓度高于一定值时会速腐蚀，因而在酸洗过程中三价铁离子浓度应控制在７００～１０００ｍｇ／ｋｇ以下［８］。２．２碱洗除垢机理研究碱性清洗液的作用机理是［９］：（１）通过化学反应，碱性清洗液与动物油的酸性脂肪生成脂肪酸皂和盐，溶解于水中后去除；（２）对于不含羧酸基和硫酸基等极性基团的中性矿物油，氢氧化钠不能单独与之发生皂化反应，必须与能产生胶粒的三聚磷酸钠及硅酸钠等联合作用，才能使中性矿物油解离，胶粒则能吸附油污，使之稳定地分散溶解在水中；（３）碱性溶液对金属氧化物也有一定的溶解能力；（４）对于难溶于水的无机盐，例如：硅酸钙垢、硫酸盐垢与碱性清洗液发生反应后可转化成蓬松的易溶于酸的新盐，再用酸性清洗液进一步清除。碱洗液中常用的药剂主要有：