换热器清洗技术

清洗世界第26卷第8期实用掖术Cleaning World2010年8月文章编号:1671 - 8909(2010)08 -0014 -07换热器清洗技术.杨晓良(西安邦沽清洁有限责任公司,陕西西安710061)卤要:结合换热器清洗工程实例,详细全面的介绍了换热器清洗工艺流程,主要包括清洗药剂的选择及配方、清洗系统方案的建立、清洗的具体步骤、清洗检测评定办法、清洗效果评价。实践证明此清洗流程清洗效果好、操作费用低,对从事化学清洗行业人员来说,具有很好的参考价值。关键词:换热器清洗;氨基磺酸酸洗;水冲洗;漂洗;钝化中图分类号:TQ051.5文献标识码:BHeat exchanger cleaning technologyYANG Xiaoliang(Xi'an Bangjie Clean Co., Ltd, Xi' an ,Shaanxi 710061 , China)Abstract :Combination of heat exchanger cleaning project example, more detailed and comprehensive in-troduction to the heat exchanger cleaning process, including the choice of cleaning agents and formula-tions , cleaning the establishment of system solutions , cleaning of concrete steps, cleaning examination andevaluation methods, evaluation of cleaning efect. Practice shows that this cleaning process cleaningeffect, operating cost and low in chemical cleaning industy, 1 have a very good reference value.Key words :heat exchanger cleaning; amino acid pickling; water rinse ; rinse; passivation备的安全。因此,换热器应定期进行清洗,除掉污1概述垢,以保证换热器的高效换热和生产的正常进行。换热器是- -种结构紧凑、高效的换热设备,被广在结垢严重、成分复杂的情况下,一般普通的物理方泛应用于冶金石油、制药、船舶、纺织化工、医药、食法不易清洗,且拆洗过程费时费力,本文针对换热器品等行业,足实现加热、冷却、热回收、快速灭菌等用着重研究了化学清洗的工艺,此工艺简单,费用相对途的优良设备。但是,由于换热器长期运行,用来冷物理清洗可能较高,但省时省力,处理效果相对较却或加热侧纯净程度的不同以及工艺介质本身性质好,应用很多。的差异导致换热器结垢已成必然,同时因换热器本身结构特点及规格型号的不同,导致结垢程度也不2换热器结垢分析及清洗-样,结垢后使内部通道截面变小其至堵骞,造成换2.1结垢原因热器换热效率降低,从而影响生产的正常进行和设中国煤化工)因为常用换热器MYHCNMHG收稿日期:2010-05-11作者简介:杨晓良(1975 - ),男,陕西西安人,化学工程师,主要从事化学工艺、化工研发及工业清洗工程。第26卷杨晓良.换热器清洗技术●15.换热器大多是以水为载热体的换热系统,由于某些都对污垢的形成有一定的影响,从应用角度考虑,我盐类在温度升高及浓度铰高时从水中析出,附着于们只有 找出主要因素才能使结垢问题得到有效解换热符表面,形成水垢,随着使用时间及频率的增加决。对于某一流体而言,影响换热器结垢的主要因积垢层逐渐变厚、变硬,紧紧地附着于换热管表面素有以下几个方面:上;2)如同水垢- -样,换热器的另一侧流体由于物质(1)流体的流动速度:在换热器中,流速对污垢本身的性质可能出现非水垢类固体析出物,长期不的影响应该同时考虑其对污垢沉积和污垢剥蚀的影处理会越来越多积累在换热管面;3)当流体所含的响,对于各类污垢,由于流速增大引起剥蚀率的增大机械朵质有机物较多而流体的流速又较小时,部分较污垢沉积的速率更为显著,所以污垢增长率随着机械杂质或有机物也会在换热器内沉积,形成疏松、流速 的增大而减小。但是在换热器的实际运行中，多孔或胶状污垢。流速的增加将增大能耗,所以，流速也不是越高越2.2结垢种类好,应就能耗和污垢两个方面来综合考虑。对于常用的换热器而言。根据结垢机理,我们(2)传热壁面的温度:温度对于化学反应结垢-般将结垢分为以下几类: .和盐类析晶结垢有着重要的作用，流体温度的增(1)类析晶结垢:如水冷却系统,由于水中过饱加一般会导致化学反应速度和结晶速度的增大，和的钙、镁盐类由于温度、pH等变化而从水中结晶从而对污垢的沉积量产生影响,导致污垢增长率沉积在换热器表面,而形成了水垢;升高。.(2)粒结垢:流体中悬浮的同体颗粒在换热面(3)换热面材料和表面质量:对于常用的碳钢、上的积聚;不锈钢而言,腐蚀产物的沉积会影响结垢;而如果采(3)化学反应结垢:由于化学反应而造成的同用耐蚀性能良好的石罱或陶瓷筝非金属材料,则不体沉积;易发生结垢。换热面材料的表面质量会影响污垢的(4)腐蚀结垢:换热介质腐蚀换热面,产生腐蚀形成和沉积,表面粗糙度越大,越有利于污垢的形成产物沉积于受热面上而形成污垢;和沉积。(5)生物结垢:对于常用的冷却水系统来讲,工2.4一般换热器 清洗的部位业水巾往往含有微生物及其所需的营养,这些微生因为换热器大多是以水或蒸汽为载热体的换热物群体繁殖,其群体及其排泄物同泥浆等在换热表系统,故在清洗时划分为水(蒸汽)侧及介质侧,最为面形成生:物垢;普遍常见的换热器是列管式换热器,主要清洗其管(6)凝同结垢:在过冷的换热面上,纯液体或程或壳程。多组分溶液的高溶解组分凝同沉积。以上的分类2.5结垢不清洗的危害及影响只是表明某个过程对形成该类污垢是一个主要过2.5.1结垢使设备热交换效率大幅下降,能源消耗程。结垢往往是多种过程的共同作用结果,因此换大幅增加,生产成本上升热面上的实际污垢,常常是多种污垢混合在一起热交换设备中结生的污垢,随着化学成分的不.的。同,其中国煤化工污垢的导热系数2.3 影响结垢因素一般YHCN MHG●C)之间"即.影响结垢的因素有很多,如流体速度流体流动0. 464 ~0. 696W/(m. K),仅为钢铁导热系数的1/状态、流体组分的组成和含量以及换热器的结构等40 ~ 1/80。是铜导热系数的1/300。也就是说,1mm●16.清洗世界第8期厚水垢的传热能力和40~80mm厚钢板.300mm厚设备的加热或冷却工况恶化,进而影响到生产工艺锏板差不多。过程,仪表指示失灵,温度压力指标偏离工艺设计要由于污垢的导热系数极小，结垢会严重影响热求,设备运行参数发生改变,生产工艺不稳,最终使交换设备的传热性能,使生产能源消耗量大幅度上产品的产量和质量下降,次品率增加。严重时还可升。国内外大量热工试验结果表明,设备传热表面能中断生产,造成计划外停产。积结1mm厚水垢,热交换设备就会多消耗8% ~10%的能源。也就是说,1mm厚的水垢,可以使燃煤3清洗方法锅炉多烧10%的煤炭,从而导致工业产品生产成本根据清洗方法的不同,主要清洗方法为物理清费用大幅度上升。.洗和化学清洗。利用力学、声学、光学,电学、热学的2.5.2结垢使换热设备 热传导工况恶化,传热面超原理,依靠外来能量的作用,如机械摩擦,超卢波、负温过热,引发鼓疱、裂纹、爆管等安全事故压高压冲击，紫外线,燕汽等去除物体表面污垢的由于污垢的传热能力级差,设备传热面结垢后,方法叫物理清洗;依靠化学反应的作用,利用化学药高温侧的温度不能被快速传导到低温介质中,使传品或其它溶剂清除物体表面污垢的方法叫化学清热面金属壁温持续上升并达到蠕变温度。当金属壁洗。如用各种无机或有机酸去除物体表面的锈迹、温达到或超过螨变温度后，金属的机械性能(如韧水 垢,用氨化剂去除物体表面的色斑，用杀菌剂、消性、塑性)明显恶化,抗拉强度、抗压强度大幅度下毒 剂杀灭微生物并去除霉既等。物理清洗和化学清降,很容易被高温烧损变形。在设备带压运行的状洗都存在着各自的优缺点,又具有很好的互补性。态下,过热管壁因耐压强度大幅下降而出现鼓疱、裂在实际应用过程中,通常都足把两者结合起米使用，纹泄漏甚至爆管的运行安全事故。根据国内部分以获得 更好的清洗效果。省市技术监督部门的统计,锅炉事故中因结垢和水4清洗剂的选择质引起的事故占到了60%以上。2.5.3结垢会引发垢下腐蚀损伤,造成设备 穿孔泄工业清洗剂的选用原则为:(1)良好的去污能漏,缩短设备使用寿命力;(2)对清洗对象无不良影响;(3)质量稳定;(4)热交换设备传热面结生的水垢,其密度、厚度和价格低廉。化学组成通常呈不均匀状态,这种不均匀的污垢覆国内外工业清洗剂品种繁多,但没有万能型的盖,造成了金属表面电化学不均匀性,很容易引发电清洗剂,-般均为专用型,应针对清洗对象的材质、化学腐蚀反应。结垢还会使水中的某些腐蚀成分如清洗 要求的不同,污垢的不同等,最好应作工艺试H* .0H .Cl-、Mg*、s2-等在垢下金属面富集并产验 ,才能选用。但在选用时应综合考虑并研究分析生化学腐蚀反应。腐蚀的结果是局部金属被损伤诚以下几点:薄,腐蚀叮以达到穿透设备钢板,使设备泄漏.破损(1)清洗剂的主要成分;甚至达到失效的程度,从而使设备维修费用增加。(2)清洗剂各项物理性能;腐蚀严重时,会使设备提前报废。中国煤化工意事项;2.5.4结垢会使生产 工艺不稳,影响产品品质,引MHCNMHG要用途,污垢对象发质量事故等);热交换设备结垢后,由于传热效率下降,会导致(5)清洗剂的清洗条件,方法与实施可能性;第26卷杨晓良.换热器清洗技术●17.(6)排液与废液处理方法;况,清洗泵站和清洗原料的具体位置摆放。(7)清洗剂的成本;6)根据其体清洗现场状况确定清洗过程中是(8)有关清洗的法规等。否需要特殊工具仪器。4.1换热器清 洗的药剂选择7)根据分析和实验结果。选择合适的化学清清洗换热器时首先确定好清洗部位,确定好换洗工艺条件。热器材料,取样分析后,根据换热器材质及结垢程度8)进行清洗系统的设计。根据具体情况,把被选择试剂,对于碳钢材质以碳酸盐垢及铁锈为主时，清洗部分 与其它部位隔开;寻找合适的清洗荆进出一般选择盐酸做主酸洗液效果较好,出于安全考虑口和排污口设计临时的连接管线和监测管线。也可选择有机酸氨基磺酸做为主洗酸剂;对于不锈9)根据所确定的清洗工艺和系统设计,进行备钢来说一般选择硝酸为最佳清洗酸剂,同样出于安料。包括清洗设备和材料.化学药品、分析监测仪器全角度考虑式根据实际情况也可选择酸性温和的氨和操作工具及安全防护用品等。基磺酸作为主洗酸剂。在一些特殊情况下,主要是指清洗材料可能存在缺陷或者比较薄或者其他的特6清洗准备殊情况时,就要慎重考虑,比如清洗铜材料换热器时因为换热器大多是以水或蒸汽作为载热体的候,一定要注意是哪种铜材质。黄铜尤其要注意,黄换热系统,故在清洗时分为水(蒸汽)侧及介质侧,铜主要成分为铜,其次锌的含量相当高,为了防止最为普遍常见的是列管式换热器,主要清洗其管程“脱锌”现象发生,对酸洗液选择尽可能浓度较低,一或壳程。以下以某厂换热器清洗为例说明清洗过般缓蚀剂同时保护铜、锌两种金属效果较差。故在程。操作过程中采取温和清洗方式，即低浓度、短时间、6.1换热器垢样成分小流速,常温清洗比较好。一般缓蚀剂选掸Lan -对换热器垢样样品进行实验,得知其垢样成分826即可,对于其他助剂,如表面活性剂、黏泥刺离为:CaCO3及MgCO3: 46%;硅酸盐:5% ; Fe;O&:剂、发泡剂等可根据清洗剂选择原则结合具体情况18% ;Fe20:15% ;生物黏泥:10% ;其它:6%。选择,此处不再叙述。6.2药剂选择根据化验结果进行换热器壳程清洗,药剂选择5清洗前准备工作根据实际设备及结合文中药剂选用原则选择药剂，1)了解换热器的结构规格。材质、容积、性能、设备为碳钢,使用4年以来末曾清洗过,且换热器相介质、工艺条件、使用情况和清洗范围等,查看设备连外部碳钢材料表明腐蚀严重,故从安全考虑,主酸有无变形、堵塞泄漏等异常情况。.洗剂选择氨基磺酸,其他助剂详见以下清洗过程中2)掌握设备的结垢腐蚀程度。采集垢样并进清洗工艺。行垢样化学成份的全分析和溶垢试验。3)查看公用工程条件状况,具体:水、电、蒸汽、7清洗过程氮气等规格及数量能否满足清洗需要,接点位置及7.1中国煤化工距离泵站距离。MHCNMHG先,加料清洗时,清4)废液的处理要求及排放地点。洗液从泵站出来进人换热器壳程后出来返回至泵5)清洗现场有无交叉作业,地面状况、照明情站,水冲洗时切换进出口反冲洗,详见图1所示。●18.清洗世界第8期1.5m/s。直到冲出水清澈基本无杂质,并且全系统大循环同路无泄漏,冲洗结束。检测:月测清洁度即可或检测(出水浊度差小于2换热器5mg/L时结束)。小循环川路7.3.2酸洗操作:配好清洗液并蒸汽混合加热至55 ,酸洗配液循环糟液以一定流速循环流动,流速一殷控制在0.05 ~←9-o循坏装.0.5m/s,最高不超过1m/s,酸洗温度不大于60C。每问隔30min ,分析测定酸质量分数和Fe离子浓度，图1换热 器清洗流程示意并挂腐蚀试片测量金属的腐蚀速度。酸洗系统见图7.2清 洗前的准备工作1。当酸质量分数在1. 5%以t。两次酸质量分数分7.2.1公用 工程条件水:消防水或自来水5m'/h;电: 380V 10kW;析结果的差值小于0.2%或pH基本无变化。铁离子浓度最终稳定基本无变化,月尤二氧化碳气泡产220V 100W ;蒸汽:0.5MPa。生时,酸洗即可结束。7.2.2清洗前准备及确认工作清洗工艺:复配酸液3% ~4% ;缓蚀剂0.2% ~清洗范围:换热器壳程(水-燕汽侧);设备材0. 3% ;黏泥剥离剂4% ~6% ;温度50 ~55C。质:换热器壳程碳钢,管程不锈钢;工艺条件:壳程走分析项目:腐蚀挂片:清洗前后检测;冷却水及加热蒸汽,设备壳程水总容积1m' ;设备结酸质量分数测定:1 ~2次/h(接近终点时至少垢:以无机盐垢、生物泥、铁锈为主;设备问题:设备Ih检测2次);使用4年无堵塞泄漏现象,无重大障碍检修记录;清数据记录如表1所示(取每小时数据供参号)。洗现场:现场药剂及操作设备存放布置方便,无交叉表1过程检测数据记录作业,可方便清洗;安全要求:严格遵守厂方安全管p(Ca2*)/p(Fe'* +Fe'*)/理制度,严格清洗操作规范;废水处理:甲俱备污时间/hpH(mg.L")水处理系统,故协商由甲方处理清洗废液。0.53.2463277.3 化学清洗步骤及监控检测分析4.0516474根据检测结果及结合现场实际结垢程度,尽可4.65.376136能保证安全且能够达到清洗干净的8的,采用以氨5.32482179基磺酸为主,另适当添加表面活性剂、黏泥剥离剂、5.68.533216发泡剂等药剂,配置清洗液。6.05587228清洗操作程序为:水冲洗一酸洗- -水冲洗- -漂6.2321235洗-钝化- -水冲洗-检查清洗结果。6.34312417.3.1 水冲洗6.41639245247日的:酸洗前的水冲洗是为了掀去系统中的泥中国煤化工沙和疏松的水垢等杂物。并且进行试压检漏。MHCNMHG_ 247(酸洗结束)操作:先以高位注满,同时调节系统压力,达到7.3.3 水冲洗水压试漏的目的后，从低位排放。冲洗速度不低于目的:酸洗后的水冲洗是用清水迅速将废液顶第26卷杨晓良.换热器清洗技术●19.出。清洗结束时,除垢面积应达到原垢覆盖面积操作:切换进出管口(高进低出),顶压速度≥80%以上,表面清洁,并形成良好的钝化膜,无小孔1. 5m/s,高位注人。低位排放,要求冲洗至透明,无腐蚀。其腐蚀速度的平均值均在6g/(m2●h)以下，悬浮杂质,pH4~5,p(Fe2+ +Fe'*) < 30mg/L,由于满足HG/T 2387- -2007工业设备化学清洗质量标准酸洗过程中已将水垢、锈层除去。金属界面又处于要求,详细数据见7.7.1。十分活泼的状态,因此,冲洗时间越短越好。7.4清洗验收及设备复位检测:月测清洁度(清澈透明即可)，检测pH >1)联系厂方验收人员,现场验收清洗工作;4,p(Fe2* +Fe') <30mg/L,即可结束。2)连接法兰,设备恢复到正常运行状态。7.3.4 漂洗7.5废液处理及 排放(双方协商确定处理方)目的:清洗后金属界面处于十分活泼的状态,很由甲方进行处理,严格执行国标化学清洗废液容易生锈,漂洗就是去除系统内新生浮绣,为下一步.处理CB8978- -1996< 污水综合排放标准》。钝化打好基础。7.6清洗质量标准操作:高进低出,漂洗液反洗,当酸浓度基本不参考行业标准HB/'T2387- -2007工业设备化学变,冲洗结束。清洗质量标准,要求:清洗工艺:漂洗液(柠檬酸)质量分数:0.3% ;1)除垢率及洗净率:除垢率及洗净宰>pH:3~4;温度:80~85C;时间:4h;缓蚀剂质量分90%[2];数:0. 2%。2)腐蚀窄:碳钢腐蚀率<6g/(m2●h)2);不锈分析项月:检测酸浓度不变漂洗结束。钢腐蚀率<2g/(m2●h);7.3.5 钝化3)钝化率:98%。钝化是对处于活性状态的金璃表面进行保护，7.7清洗评 价使其生成一层钝化膜,避免重新氧化产生二次浮锈。清洗完毕,打开上下连接管口,可直观的看到不用亚硝酸钠或磷酸兰钠均可作为钝化剂,最好的钝同沽净度的列管表面,管表面清洗干净(见图2),然化剂足亚硝酸钠,但是亚硝酸钠的大量排放会造成后进-一步做饨化， 膜均匀致密、光滑.完整,清洗剂钝环境污染。考虑这一-因素,采用效果稍差的磷酸三化完好。但也有清洗不尽完美之处，因列管排列紧钠作钝化剂是较为合适的。凑,列管夹缝还有少氧絮状藻类杂物存在,这种情况目的:防止酸洗后处于活性状态的金璃表面再可以准确地说藻类已经被刺离但没有被冲出,属于次产生腐蚀。挂壁现象,可在正常运行后随着水流慢慢带出系统。操作:漂洗液温度调整到钝化温度后,直接加入7.7.1清洗腐蚀 监测钝化液钝化,达到钝化时间后结束。加入清洗剂前，挂人碳钢及不锈钢试片于水系清洗工艺:钝化液质量分数:2% ~ 3% ;温度:80统中(滤网处,沿水流方向放置),清洗结束后取出,~859C ;pH:9 ~11;时间:8h;流速:0.1 ~0. 3m/s或本清洗为确保检测腐蚀准确性,相同挂片采用3片,钝化液均匀后浸泡。以碳中国煤化工1号试片1. 98g/7.3.6 水冲洗(m2MYHC NMHG●h);3号试片钝化结束后,排出钝化液,用清水冲洗至系统中1.92g/(m2 .h),在HG/T 2387- -2007《工业 设备化pH8~9。学清洗质量标准》中碳钢腐蚀率<6g/(m2●h)即为●20.清洗世界第8期3)将酸洗液注人换热器时如发现换热器内反应强烈，有大量泡沫冲出,应停止加人酸液;必要时可向换热器内通人冷水,缓和作用速度,以阻止酸液外流。4)酸洗时,若酸洗液中Fe'*离子含量达到500mg/L。实际操作中含量达到300mg/L时就应加入适鼠的亚硫酸钠、氯化业锡或次亚磷酸等强还原剂。尽可能确保安全,添加量可按化学反应式计算a)清洗前或按预先进行的小型试验确定。5)清洗泵入口或清洗液回流口装设滤网,滤网孔径应小于5mm。6)消洗系统内含有铜、不锈钢部件的阀门、计量仪表管等。在酸洗前拆除封堵或更换。7)为了确保清洗效果。在设计清洗系统时,最好能号虑进行反循环清洗。8)清洗系统中应有温度、压力测量仪表及化学b)清洗后分析采样点府蚀监测点等。图2清洗前后设备表面照片合格,本次清洗平均腐蚀率为1. 93g/(m2●h) ,说明.8结束语清洗过程中腐蚀是轻微的。本文主要结合工业清洗的基本程序,着重以换7.7.2清洗前后正常运行冷 却效果对比热器清洗为例,从化学消洗原理角度出发,介绍了常清洗前后冷却水出水温度有较大变化,消洗前见换热器化学清洗药剂的选择原则。因药剂选择不为:43 ~47C ,消洗后为66 ~719C ;冷却时间也由清当会导致被洗设备或材料的腐蚀损坏,或者造成清洗前的15h变为8h。叮以看出冷却同等最清洗时间洗污染等危害,故对化学药剂选择尤为重要。缩矩了7h,从节约能源、工作时间及运行效率来看结垢对换热器的危害的确很大,需要积极地预明显得到改善，通过总体的运行效果来看本次清洗防和定期地清除。影响结垢的因素很多,只有找主非常成功,同时也再次说明换热器的定期清洗势在要因索才能使问题简化,对于不同类型的结垢,应采必行。取针对性的采取清除措施,有效地治理换热器的结7.8注意事项垢问题,以提高换热器传热效率及运行寿命。1)进行酸洗前，要认真检查换热器是否有泄参考文献漏，如有则事先修补,以免清洗时损漏药品,若发现[1]张世浩，换热器表面水垢的清洗[J].河南化工，管子堵死, -定要疏通后方可加药。否则被堵死的1991. 22(7):24 -27.管予洗不净,重冼又增加成本,费时费力。[2]中国煤化工员会. HCT 2387-2)换热器顶部应设排气管,以使将清洗过程中YHC N M H G].北京:中国国家发产生的气体排掉。防止产生气阻现象。展和改革委员会发布,2007.