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板式湿空冷器结垢及化学清洗,沥青生产装置怎么清洗除垢?

20-06-11换热器清洗技术围观25

简介 中石油江苏燃料沥青有限责任公司道路沥青生产装置,采用常减压蒸馏工艺生产道路沥青,原料油为委内瑞拉特重原油,该原油酸值和含硫、含盐量均较高,加工过程中容易造成塔顶挥发线和冷却系统设备腐蚀。为了解决常压塔

中石油江苏燃料沥青有限责任公司道路沥青生产装置,采用常减压蒸馏工艺生产道路沥青,原料油为委内瑞拉特重原油,该原油酸值和含硫、含盐量均较高,加工过程中容易造成塔顶挥发线和冷却系统设备腐蚀。为了解决常压塔塔顶冷却能力不足及设备腐蚀等问题,2017 年 7 月至 9 月装置大检修期间将常压塔顶原有两台水冷器更换为一台板式湿空冷器,装置开工后不到两个月时间就发生了结垢物堵塞油气通道的情况,生产运行受到一定影响。通过对垢样进行分析,确定其垢样主要成分为硫酸钙、亚硫酸钙。在板式空冷器设备厂家的指导下,结合现场状况,制定了化学清洗方案,成功将板式空冷器垢物清洗干净。板式湿空冷器结垢及化学清洗沥青生产装置怎么清洗除垢?同时提出了将塔顶注水由原来注长江净化水改为软化水,通过近半年的运行,塔顶空冷器没有再发生结垢堵塞的情况。

中石油江苏燃料沥青有限责任公司道路沥青生产装置,采用常减压蒸馏工艺生产道路沥青,工艺过程主要采用电脱盐-初馏-常压-减压流程,原料油为委内瑞拉特重原油,该原油酸值和含硫、含盐量均较高,加工过程中容易造成塔顶挥发线和冷却系统设备腐蚀。塔顶冷却设备防腐一般采取“一脱二注”工艺,即电脱盐系统注破乳剂脱盐脱水、塔顶注水、塔顶注中和缓蚀剂[1],中和缓蚀剂用水稀释后与塔顶注水直接注入到油气管线,油气经板式空冷器冷却后进入油水分离罐。

2017 年装置大检修时,为了节能降耗和解决设备腐蚀等问题,将常压塔顶原来的两台水冷器改成一台板式湿空冷器,该台空冷器由可以独立运行的两组板片组成,板片选用耐氯离子和硫化氢腐蚀的薄钛板(厚度 0.6~0.8 毫米)。该型空冷器具有占地面积小、换热效率高等优点,但由于其油气通道小,容易结垢堵塞,对操作和运行管理也提出了更高的要求。

板式湿空冷器结垢及化学清洗,沥青生产装置怎么清洗除垢?空冷器于 9 月份检修结束投入正常运行,同年 11 月份,操作人员巡检时发现空冷器一组板片表面有结冰的现象,常压塔顶冷后温度升高、塔顶压力增大,初步判断该组板片油气通道部分堵塞,必须立即采取措施解决,否则将对装置运行造成较大影响。

2 垢样组成分析

板式湿空冷器结垢及化学清洗,沥青生产装置怎么清洗除垢?通过工艺调整,将空冷器堵塞的一组板片从系统中切除,进行检修,折开空冷器上封盖,发现盐垢已经几乎将空冷器板束上部入口全部封堵,盐垢成灰黄色,如图-1 所示。 通过对垢样用水、醋酸、碱液浸泡,均不能溶解,用盐酸水溶液浸泡,并不停振荡的情况下,能缓慢变软、疏松、最后未全部溶解,但能流动。

垢样的主要成分有:

a、硫酸钙 CaSO4.2H2O

b、亚硫酸钙 CaSO3.0.5H2O

另外,塔顶注入的中和缓蚀剂中,一般含有氨或有机胺,氨作为中和剂,能与塔顶腐蚀物氯化氢、硫化氢反应生成铵盐,从而调节塔顶馏出系统冷凝水的 PH 值,缓解塔顶腐蚀,反应生成物铵盐也易于沉积成垢,其反应如下: 为了确定垢样中是否有铵盐存在,将其光谱与硫铵、氯化铵进行了比对,未出现铵盐的特征吸收峰(1400cm-1),如图-3 所示。可以确定空冷器里盐垢的主要成分为硫酸钙及亚硫酸钙的混合物,可能还有少量的碳酸钙。

3 清洗处理

3.1 清洗液选择

经过对污垢的溶解试验可以确认,盐酸和硝酸对污垢均具有较好的溶解性。但清洗液的配制除考虑对污垢的清洗效果外,还应重点考虑是否对板片具有腐蚀性。本次结垢的板式空冷器板片材质为钛材,钛在盐酸中耐蚀性不佳,但在浓度范围很宽的硝酸中具有优异的耐蚀性[2],因而清洗液最终确定为含约 15%硝酸的水溶液,清洗液中同时加入一定量的清洗助剂,增强清洗液的清洗效果和缓蚀性能。清洗液采用软化水配制,且应控制清洗液中氯化物含量小于 150mg/l,确保清洗液不损伤板式空冷器。

3.2 清洗流程

将待清洗的一组板片从工艺系统切除后,用耐酸腐蚀的塑料软管连接好配剂槽、输送泵、待清洗的一组空冷器板片等。用硝酸溶液、助剂和软化水在配剂操内配制好清洗液,启动自吸泵进行循环清洗,清洗过程中要保证板片中充满清洗液浸泡污垢,在放空管处取样检测,检测 PH 值达到中性为止,更换掉清洗液,在配剂槽内加入软化水,用软化水进行循环漂洗。清洗时间约 12 小时,软化水漂洗时间约 2 小时。

4 结垢成因分析

企业临近江边,这了节省费用,塔顶中和缓蚀剂稀释用水、塔顶注水均使用的是长江水,正常情况下是将长江水引到蓄水池进行沉降净化后以供使用。由于长江水中溶解有各种盐类,如碳酸氢盐、碳酸盐、氯化物、硅酸盐、硫酸盐等,而盐离子多为钙、镁离子。

5 碳酸钙的成因

当水中溶解的碳酸氢盐较多时,水流通过换热器或空冷器表面,由于温度升高,就会受热分解,如碳酸氢钙分解的

反应如下:

塔顶腐蚀多为由 HCl-H2S-H2O 形成的腐蚀介质,为了保护塔顶设备免受腐蚀,塔顶缓蚀剂正常情况下为碱性,且要保证塔顶回流水 PH 值控制在 7-8 之间,当水的 PH 值升高后,碳酸氢盐在碱性条件下也会发生如下反应:

6 硫酸钙及亚硫酸钙的成因

板式湿空冷器结垢及化学清洗,沥青生产装置怎么清洗除垢?自然界水中会溶解一定量的在自然条件下产生的硫酸钙及亚硫酸钙,硫酸钙的溶解度在 38℃时最高,在塔顶条件下会有部分硫酸钙、亚硫酸钙析出后产生沉淀。 另外,原油开采、储存、输送等过程中会注入石油磺酸盐和重烷基苯磺酸盐等表面活性剂以及其它一些化学物质,这些物质含有很少量的硫酸根或亚硫酸根,也会带到原油中[4]。这些原油在常减压塔炼制过程中,会有一定量的硫酸根

或亚硫酸根随着油气带到常减压塔顶,为更多硫酸钙的生成创造了条件。

塔顶加注的是未软化处理的长江水,含有一定量的钙离子,这样钙离子和硫酸根离子或亚硫酸根离子在塔顶,尤其是在空冷器入口流速下降较快、温度变化较快的地方生成了硫酸钙、亚硫酸钙等物质沉淀:综上所述,由于塔顶注水使用了未经软化处理的长江水,水中含有一定量的钙、镁离子,在有硫酸根、亚硫酸根离子存在的条件下,钙、镁离子与硫酸根离子在常减压塔顶换热部位会合,从而在一定条件下析出硫酸钙、亚硫酸钙沉淀而堆积成垢。

7 采取措施

板式湿空冷器结垢及化学清洗,沥青生产装置怎么清洗除垢?根据以上分析,本次空冷器结垢成因主要是使用长江水作为装置塔顶注水,而长江水本身有一定的硬度,含有一定量的 Ca2+、Mg2+,长江水中本身含有少量的 CO32-、SO42-、SO32-,加上原油开采等过程中使用大量助剂带入的 SO42-、SO32-,在常减压塔顶生成了硫酸钙、亚硫酸钙等沉淀,最终导致了空冷器结垢堵塞。在无法改变原油的情况下,长江水中的钙含量是成垢的主要原因。

针对这种情况,企业采取了将塔顶注水全部换成软化水的措施,从 2017 年 12 月至今半年多时间,未再发生塔顶空冷器结垢影响运行的情况。

 

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