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金屬換熱器與四氟換熱器清洗工藝大比較

本文主要從清洗工藝上對金屬換熱器和四氟換熱器做以比較。

換熱器結垢對換熱效率直接的影響如下:

結垢使換熱器熱交換效率大幅下降,能源消耗大幅增加,生產成本上升

熱交換設備中結生的汙垢,隨著化學成分的不同,其導熱係數也有較大的差異。汙垢的導熱係數一般在為0.4-0.6kcal/(m·h·℃)之間即0.464-0.696W /(m·K),僅為鋼鐵導熱係數的1/40-1/80。是銅導熱係數的1/300。也就是說,1mm厚水垢的傳熱能力和40-80mm厚鋼板、300mm厚銅板差不多。因此維護換熱器清洗非常重要。

換熱器清洗方法

根據清洗方法的不同,主要清洗方法為物理清洗和化學清洗。無論金屬換熱器還是四氟換熱器都可以進行汙垢清洗,區別隻是在於清洗方式、換熱器清洗劑等的選擇。

利用力學、聲學、光學,電學、熱學的原理,依靠外來能量的作用,如機械摩擦,超聲波、負壓、高壓衝擊,紫外線,蒸汽等去除物體表麵汙垢的方法叫物理清洗

依靠化學反應的作用,利用化學藥品或其它溶劑清除物體表麵汙垢的方法叫化學清洗。如用各種無機或有機酸去除物體表麵的鏽跡、水垢,用氧化劑去除物體表麵的色斑,用殺菌劑、消毒劑殺滅微生物並去除黴斑等。

物理清洗和化學清洗都存在著各自的優缺點,又具有很好的互補性。在實際應用過程中,通常都是把兩者結合起來使用,以獲得更好的清洗效果。

 

下麵我們先以金屬換熱器為例了解換熱器清洗的具體工藝步驟:

一、清洗前準備工作

1)了解換熱器的結構規格。材質、容積、性能、介質、工藝條件、使用情況和清洗範圍等,查看設備有無變形、堵塞、泄漏等異常情況。

2)掌握設備的結垢腐蝕程度。采集垢樣並進行垢樣化學成份的全分析和溶垢試驗。

3)查看公用工程條件狀況,具體水、電、蒸汽、氮氣等規格及數量能否滿足清洗需要,接點位置及距離泵站距離。

4)廢液的處理要求及排放地點。

5)清洗現場有無交叉作業,地麵狀況、照明情況,清洗泵站和清洗原料的具體位置擺放。

6)根據具體清洗現場狀況確定清洗過程中是否需要特殊工具儀器

7)根據分析和實驗結果。選擇合適的化學清洗工藝條件。

8)進行清洗係統的設計。根據具體情況,把被清洗部分與其它部位隔開;尋找合適的清洗荊進出口和排汙口設計臨時的連接管線和監測管線。

9)根據所確定的清洗工藝和係統設計,進行備料。包括清洗設備和材料、化學藥品、分析監測儀器和操作工具及安全防護用品等。

二、清洗準備

因為換熱器大多是以水或蒸汽作為載熱體的換熱係統,故在清洗時分為水(蒸汽)側及介質側,普遍常見的是管式換熱器,主要清洗其管程或殼程。以下以某廠換熱器清洗為例說明清洗過程。

1、換熱器垢樣成分

對換熱器垢樣樣品進行實驗,得知其垢樣成分為CaCO3及MgCO346%;矽酸鹽5%;Fe3O4:18%;Fe2O315%;生物黏泥10%;其它6%。

2、管式換熱器清洗藥劑選擇

根據化驗結果進行換熱器殼程清洗,藥劑選擇根據實際設備及結合文中藥劑選用原則選擇藥劑,設備為碳鋼,使用4年以來未曾清洗過,且換熱器相連外部碳鋼材料表明腐蝕嚴重,故從安全考慮,主酸洗劑選擇氨基磺酸,其他助劑詳見以下清洗過程中清洗工藝。具體換熱器清洗藥劑選擇請點擊了解。

三、清洗過程

1、洗係統的建立

本係統采用充滿循環方式清洗,加料清洗時,清洗液從泵站出來進入換熱器殼程後出來返回至泵站,水衝洗時切換進出口反衝洗,詳見圖1所示。


2、清洗前的準備工作

    (1)公用工程條件

水:消防水或自來水5m³/h;電: 380V 10kW;220V 100W;蒸汽:0.5MPa。

(2)清洗前準備及確認工作

清洗範圍換熱器殼程(水-蒸汽側);設備材質:換熱器殼程碳鋼,管程不鏽鋼;工藝條件:殼程走冷卻水及加熱蒸汽,設備殼程水總容積1m³;設備結垢:以無機鹽垢、生物泥、鐵鏽為主;設備問題:設備使用4年無堵塞泄漏現象,無重大障礙檢修記錄;清洗現場:現場藥劑及操作設備存放布置方便,無交叉作業,可方便清洗;安全要求:嚴格遵守廠方安全管理製度,嚴格清洗操作規範;廢水處理:甲方具備汙水處理係統,故協商由甲方處理清洗廢液。

    (3)化學清洗步驟及監控檢測分析

根據檢測結果及結合現場實際結垢程度,盡可能保證安全且能夠達到清洗幹淨的目的,采用以氨基磺酸為主,另適當添加表麵活性劑、黏泥剝離劑、發泡劑等藥劑,配置清洗液。

清洗操作程序為:水衝洗—酸洗—水衝洗—漂洗—鈍化—水衝洗—檢查清洗結果。

(1)水衝洗

目的:酸洗前的水衝洗是為了掀去係統中的泥沙和疏鬆的水垢等雜物。並且進行試壓檢漏。操作:先以高位注滿,同時調節係統壓力,達到水壓試漏的目的後,從低位排放。衝洗速度不低於1.5m/s。直到衝出水清澈基本無雜質,並且全係統無泄漏,衝洗結束。

檢測:目測清潔度即可或檢測(出水濁度差小於5mg/L時結束)。

(2)酸洗

操作:配好清洗液並蒸汽混合加熱至55℃,酸洗液以一定流速循環流動,流速一般控製在0.05-0.5m/s,最高不超過1m/s,酸洗溫度不大於60℃。每間隔30min,分析測定酸質量分數和Fe離子濃度,並掛腐蝕試片測量金屬的腐蝕速度。酸洗係統見圖1。當酸質量分數在1.5%以上。兩次酸質量分數分析結果的差值小於0.2%或pH基本無變化。鐵離子濃度最終穩定基本無變化,且無二氧化碳氣泡產生時,酸洗即可結束。

清洗工藝:複配酸液3%-4%;緩蝕劑0.2%-0.3%;黏泥剝離劑4%-6%;溫度50-55℃。

分析項目:腐蝕掛片:清洗前後檢測;

酸質量分數測定:1-2次/h(接近終點時至少1h檢測2次);

數據記錄如表1所示(取每小時數據供參考)。


  

(3)水衝洗   

目的:酸洗後的水衝洗是用清水迅速將廢液頂出。

操作:切換進出管口(高進低出),頂壓速度≥1.5m/s,高位注入。低位排放,要求衝洗至透明,無懸浮雜質,pH4-5,ρ(Fe2++Fe3+)<30mg/L,由於酸洗過程中已將水垢、鏽層除去。金屬界麵又處於十分活潑的狀態,因此,衝洗時間越短越好。

檢測目測清潔度(清澈透明即可)檢測pH>4,ρ(Fe2++Fe3+)<30mg/L,即可結束。

(4)漂洗

目的:清洗後金屬界麵處於十分活潑的狀態,很容易生鏽,漂洗就是去除係統內新生浮繡,為下一步鈍化打好基礎。

操作:高進低出,漂洗液反洗,當酸濃度基本不變,衝洗結束。

清洗工藝:漂洗液(檸檬酸)質量分數:0.3%;pH3-4;溫度:80-85℃;時間4h;緩蝕劑質量分數:0.2%。

分析項目:檢測酸濃度不變漂洗結束。

(5)鈍化

鈍化是對處於活性狀態的金璃表麵進行保護,使其生成一層鈍化膜,避免重新氧化產生二次浮鏽。用亞硝酸鈉或磷酸蘭鈉均可作為鈍化劑,最好的鈍化劑是亞硝酸鈉,但是亞硝酸鈉的大量排放會造成環境汙染。考慮這一因素,采用效果稍差的磷酸三鈉作鈍化劑是較為合適的。

目的:防止酸洗後處於活性狀態的金璃表麵再次產生腐蝕。

操作:漂洗液溫度調整到鈍化溫度後,直接加入鈍化液鈍化,達到鈍化時間後結束。

清洗工藝:鈍化液質量分數:2%-3%;溫度80-85℃;pH9-11;時間8h;流速0.1-0.3m/s或鈍化液均勻後浸泡。

(6)水衝洗

鈍化結束後,排出鈍化液,用清水衝洗至係統中pH8-9。

清洗結束時,除垢麵積應達到原垢覆蓋麵積80%以上,表麵清潔,並形成良好的鈍化膜,無小孔腐蝕。其腐蝕速度的平均值均在6g/(·h)以下,滿足HG/T2387—2007工業設備化學清洗質量標準要求。

4、清洗驗收及設備複位

1)聯係廠方驗收人員,現場驗收清洗工作

2)連接法蘭,設備恢複到正常運行狀態。

5、廢液處理及排放(雙方協商確定處理方)由甲方進行處理,嚴格執行國標化學清洗廢液處理GB8978—1996《汙水綜合排放標準》。

6、清洗質量標準

參考行業標準HB/T2387—2007工業設備化學清洗質量標準,要求:

1) 除垢率及洗淨率:除垢率及洗淨率>90%[2];

2) 腐蝕率:碳鋼腐蝕率<6g/(·h)[2];不鏽鋼腐蝕率<2g/(m2·h);

3) 鈍化率:98%。

7、清洗評價

清洗完畢,清洗腐蝕監測以及清洗前後正常運行冷卻效果對比,給客戶出更詳細的效果圖。

四、注意事項

1)進行酸洗前,要認真檢查換熱器是否有泄漏,如有則事先修補,以免清洗時損漏藥品,若發現管子堵死,一定要疏通後方可加藥。否則被堵死的管予洗不淨,重冼又增加成本,費時費力。

2)換熱器頂部應設排氣管,以使將清洗過程中產生的氣體排掉。防止產生氣阻現象。

3)將酸洗液注入換熱器時如發現換熱器內反應強烈,有大量泡沫衝出,應停止加入酸液必要時可向換熱器內通入冷水,緩和作用速度,以阻止酸液外流。

4)酸洗時,若酸洗液中Fe3+離子含量達到500mg/L。實際操作中含量達到300mg/L時就應加入適量的亞硫酸鈉、氯化亞錫或次亞磷酸等強還原劑。盡可能確保安全,添加量可按化學反應式計算或按預先進行的小型試驗確定。

5)清洗泵入口或清洗液回流口裝設濾網,濾網孔徑應小於5mm。

6)清洗係統內含有銅、不鏽鋼部件的閥門、計量儀表管等。在酸洗前拆除、封堵或更換。

7)為了確保清洗效果,在設計清洗係統時,最好能考慮進行反循環清洗。

8)清洗係統中應有溫度、壓力測量儀表及化學分析采樣點、府蝕監測點等。

 

五、總結

本文主要結合金屬換熱器工業清洗的基本程序,著重以金屬換熱器清洗為例。通過以上內容我們可以看出:

一般金屬換熱器采用物理清洗幾乎沒有效果,不易清洗,且拆洗過程費時費力,本文針對金屬換熱器著重研究了化學清洗的工藝,此工藝簡單,處理效果相對較好,但費用相對物理清洗更高。因此金屬換熱器的結垢缺點導致後期維護費用較高。

為什麼本文沒有提到四氟換熱器的化學清洗工藝呢?

因為相比金屬換熱器,由於四氟換熱器選用的四氟材質主要為進口美國杜邦(TEFLON)——全球目前可大幅推廣實際應用廣泛的防腐蝕換熱器材質。四氟材質自身的管壁表麵光滑、適度撓性、優異的不粘性、使用時微有震動、優異的抗氧化性能,故幾乎不結垢。即使產生較少汙垢,清洗隻需采用較簡單的物理方法即可,不僅操作簡便、更節省後期設備維護費用。是目前多數中大型化工等企業的不二之選。

 

 

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