環(huán)保型氣化爐內(nèi)部清洗方案

摘 要

摘要：闡述了對水浴式氣化爐內(nèi)部換熱層管壁(液化石油氣層)的清洗新技術(shù)，該技術(shù)能有效提高在用氣化爐換熱效率和截面流量，從而達到最大限度發(fā)揮氣化爐氣化能力的效果。關鍵詞：液化
摘要：闡述了對水浴式氣化爐內(nèi)部換熱層管壁(液化石油氣層)的清洗新技術(shù)，該技術(shù)能有效提高在用氣化爐換熱效率和截面流量，從而達到最大限度發(fā)揮氣化爐氣化能力的效果。
關鍵詞：液化石油氣；氣化爐；水基清洗劑；環(huán)保；換熱率；氣化能力
    溫州市管道燃氣有限公司作為溫州地區(qū)最大的管道燃氣供應企業(yè)，肩負著溫州市區(qū)及大學城等區(qū)域供氣任務，公司目前擁有約12萬戶居民用戶，近300戶工商業(yè)用戶，氣源為液化石油氣，2011年日最大供氣量已經(jīng)達至1165t。
    由于液化石油氣通過水浴式氣化器長期加熱(溫度保持65℃-70℃)，其中烷烴和烯烴通過物理和化學反應形成焦油，焦油層影響氣化器換熱率和流量，降低了氣化器氣化能力，影響設備安全運行。
    為了保證公司對經(jīng)營區(qū)域內(nèi)用戶安全、穩(wěn)定供氣，由公司安全技術(shù)處組織相關部門對市區(qū)3座氣化站所轄10臺氣化爐經(jīng)行內(nèi)部換熱層管壁(液化石油氣層)清洗[1～2]。
1 清洗劑選用
1.1 清洗劑分類
    常用的化學清洗藥劑可有不同的分類方法。例如按其化學組成可分為無機化學清洗劑和有機化學清洗劑；按其中有的清洗劑可能對不同的污垢有不同的作用，或?qū)ν环N污垢具有兩種或兩種以上的作用，則應按其在一般情況下的主要作用歸類。
    設備材質(zhì)有碳鋼、奧氏體不銹鋼、銅系金屬、鋁、鈦等。常用的清洗液有硫酸、鹽酸(或鹽酸與氫氟酸)、硝酸(或硝酸與氫氟酸)、氨基磺酸、檸檬酸或氨化檸檬酸等。他們的適應性見表3。
1.2 水基清洗劑性質(zhì)介紹
    人們把破壞大氣臭氧層的物質(zhì)稱為“消耗臭氧層物質(zhì)”，因其英文名稱為Ozone Depleting Substances，取其英文名稱字頭組成縮寫，簡稱ODS。一般液化石油氣氣化爐清洗劑包括三氯乙烷，三氟三氯乙烷、四氯化碳等。水基清洗劑主要成分為表面活性劑，無機助洗劑以及少量的溶劑與水。該綠色非ODS清洗劑以其具有傳統(tǒng)清洗技術(shù)所親油(疏水)的碳氫鏈基團和極性的親水(疏油)基團所組成，可大大降低溶劑的表面張力和液液界面間的張力，改變體系的界面狀態(tài)，通過吸附、潤濕、滲透、乳化、分散、起泡、增溶等性能，以及其相互作用而達到清洗目的。助洗劑可以與表面活性劑發(fā)生一系列協(xié)同作用，如發(fā)揮活性膠體吸附作用，提高表面活性劑的活性作用等。添加劑可以起到增溶、抗再沉積、消泡等目的，從而提高清洗效果。通過對各組分的優(yōu)化復配，確定環(huán)保型水基金屬清洗劑以有機物助洗劑(HX—ZOD、硼酸鈉)和復合表面活性劑(HX-T-1)作為基本堿性組分，輔助其它少量添加劑作為基本組成。[3]
表1 場站氣化爐配置情況表
序號
場站名
品牌及安裝時間
單臺設備氣化量(設計量)
數(shù)量
氣化總量
1
南浦站
日本神樂(1997年)
1t/h
4
4t/h
2
新城站
日本神樂(2000年)
1t/h
2
2t/h
3
雪山站
天津奧利達(2003年)
2.5t/h
2
5t/h
總氣化能力
11t/h
表2 化學清洗的分類
清洗劑分類
酸性清洗劑
無機酸
HCL、HN03、H2S04、HF、H3P04、氨基磺酸
有機酸
檸檬酸、草酸、酒石酸、甲酸、羥基乙酸
堿性清洗劑
堿性清洗劑
NaOH、Na2C03、Na3P04、水玻璃、Na2HP04、Na3P04
水基清洗液
以表面活性劑為主，加入助劑和無機堿
絡合物清洗劑
EDTA、PMA、PAA、HEDA
黏泥菌藻清洗劑
聚丙烯酸鈉、聚馬來酸鈉、過氧化氫、潔爾滅
有機溶劑清洗劑
含氯有機阻燃清洗劑、四氯化碳、F-113三氟三氯乙烷
氧化還原劑
KMn04、H202、過硫酸鉀、肼、二硫化鈉(改變氧化還原態(tài)，改變結(jié)晶結(jié)構(gòu)，使不溶性垢可溶)
表3 化學清洗液對材質(zhì)的適應性
序號
材質(zhì)
酸洗液
中性洗液
堿性洗液
鹽酸
硝酸
HNO3-HF
氨基磺酸
檸檬酸
1
碳鋼
○
○
○
○
○
○
○
2
銅系金屬
△
○
○
○
○
○
○
3
奧氏體不銹鋼
×
○
○
○
○
○
○
4
混凝土
×
×
×
×
×
○
×
5
鋁
×
×
×
×
×
○
×
注：○表示好△表示可用X表示不可用
表4 常用氣化設備清洗劑
序號
清洗劑名稱
效果
優(yōu)點
缺點
1
洗潔精
基本無效果
—
—
2
金屬清洗劑
效果一般
金屬表面清洗效果較好
但不適合較厚焦油清洗
3
四氯化碳
效果較好
清洗效果較好，氣化器廠家基本推薦該方法清洗
但由于四氯化碳本身劇毒性，特別是加熱后揮發(fā)出來氣體也對人體有害，高濃度該物質(zhì)量蒸氣對粘膜有輕度刺激作用，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用，對肝、腎有嚴重損害，不利于操作人員安全操作，且廢液處理相當困難。
1.3 水基清洗劑取代溶劑清洗劑的意義
    ① 替代破壞臭氧層物質(zhì)的氟里昂類清洗劑，保護人類生存的地球，促進我國履約目標的實現(xiàn)，促進我國對外經(jīng)濟的發(fā)展
    目前，工業(yè)生產(chǎn)中仍大量使用堿性清洗劑、有機溶劑(石油溶劑、鹵代烴類溶劑等)進行清洗，其清洗能力較差，清洗后部件易生銹，通常用于清洗黑色金屬表面的輕度油污和無機鹽等污垢。溶劑清洗劑雖然有很強的清洗能力，很容易清洗金屬表面的污垢，但大多數(shù)易燃，易揮發(fā)，浪費大量能源，造成環(huán)境污染，而且對人體的中樞神經(jīng)有較強的刺激性，長期接觸會引起神經(jīng)衰弱、皮膚干裂等疾病。根據(jù)1997年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國清洗行業(yè)ODS消費量為111500t。人類排放的大量ODS類物質(zhì)嚴重破壞了臭氧層，致使南北極地區(qū)及我國青藏高原地區(qū)形成了臭氧層空洞，臭氧層破壞的后果將會引發(fā)白內(nèi)障、皮膚癌，影響生物化學循環(huán)圈，建筑物老化等眾多問題，而且氟里昂物質(zhì)不僅是臭氧殺手，也能產(chǎn)生溫室效應。如繼續(xù)使用氟里昂類物質(zhì)，臭氧層會進一步破壞，其后果將是災難性的，如果說古人“杞人憂天”貽笑大方.那么今天我們憂天卻是擺在現(xiàn)實面前一道緊迫的攸關生存的大問題。為了保護臭氧層，多國政府1987年簽署了全面禁用0DS《蒙特利爾議定書》，按公約發(fā)達國家于1996年禁用ODS，發(fā)展中國家于2010年前全部淘汰使用ODS。我國于1991年6月加入了該議定書，承諾如期淘汰消耗臭氧層物質(zhì)。這3種物質(zhì)截止到1997年12月，發(fā)達國家已經(jīng)基本停止使用0DS，從而使我國成為了目前世界上最大的0DS生產(chǎn)國和消費國，部分國家已經(jīng)對我國生產(chǎn)過程中使用0DS的物質(zhì)禁止進口，出現(xiàn)了對使用0DS產(chǎn)品退貨的情況，使用0DS類清洗劑嚴重影響了我國對外經(jīng)濟的發(fā)展。但我國很多中小企業(yè)仍在用0DS類物質(zhì)作為清洗劑，這種局面阻礙了淘汰進程，更影響了履約目標的實現(xiàn)。
    ② 以水代油，緩解日益嚴峻的石油危機，減少火災中毒事故及其它隱患在國外十幾年前就以水基清洗劑代替清洗用油，只有極少數(shù)工序上還沿用油洗(如油泵油嘴的清洗)。而我國——一個依賴大量石油進口的國家，很多機械加工、印刷行業(yè)等仍在使用石油類溶劑如汽油、柴油等作為清洗劑，在油料供應緊張的情況下，我國每年要消耗清洗油約百萬t，對于日益緊缺的石油能源無疑是巨大的浪費。
    另外，使用溶劑作為清洗劑，嚴重危害人身健康，近幾年來，有機溶劑如三氯乙烯類引起的職業(yè)中毒十分常見?，F(xiàn)今，中國已成為世界制造中心，如何防范有機溶劑中毒或爆炸事故更為嚴峻。
    ③ 水基清洗劑符合環(huán)境標志認證的要求。中國環(huán)境標志認證-俗稱十環(huán)認證，表明該產(chǎn)品不僅質(zhì)量合格，而且在生產(chǎn)、使用和處理處置過程中符合特定的環(huán)境保護要求，與同類產(chǎn)品相比，具有低毒少害、節(jié)約資源等環(huán)境優(yōu)勢。因此，無論從經(jīng)濟效益，還是從環(huán)境保護、安全生產(chǎn)的角度來考慮，發(fā)展以水代油的綠色工業(yè)清洗劑已到了刻不容緩的地步。
1.4 水基清洗劑的優(yōu)點
    ① 環(huán)保、安全、ODP(消耗臭氧潛能值)最低為零，不破壞臭氧層；
    ② 無毒，清洗人員清洗時接觸，不影響健康；
    ③ 化學穩(wěn)定性、與清洗設備、清洗對象各組成材料相容性好；
    ④ 低表面張力，有優(yōu)良的清洗力；
    ⑤ 安全性好，不易燃易爆：
    ⑥ 金屬的緩蝕技術(shù)，表面活性劑復配技術(shù)，以提高水基清洗劑清洗效果，使水基清洗劑達到或超過溶劑清洗的效果。
2 清洗流程
2.1 采用清洗工藝
    水基清洗劑循環(huán)清洗工藝。
2.2 施工步驟及工藝如圖1
 

    (1) 由于部分氣化爐換熱管為不銹鋼材質(zhì)，清洗水要求水中含氯離子＜25×10-6。
    (2) 清洗劑循環(huán)系統(tǒng)設備原則上要求為防爆型，如為非防爆型，需要現(xiàn)場做好相關措施(我司采取辦理動火證、循環(huán)系統(tǒng)運行時要求有專門人員現(xiàn)場監(jiān)護)。
2.3 施工作業(yè)流程如圖2

2.4 施工步驟及工藝介紹如圖3
 
3 設備清洗效果
    以我司新城氣化站一臺日本神樂1000kg/h氣化爐清洗前、后一周高峰用氣作比較(見表5、圖4)。

    該臺氣化爐清洗前、后效兩周平均日氣化量提升約28%[4]。而且從清洗液重量前、后比較，清洗效果比較明顯。按照每臺氣化爐提高20%-30%計算，理論提升氣化量可以達到2000kg/h，以每天高峰運行時間為6h計算，每年理論總氣化量可以提升4380t，為我司不斷增加的用氣量提供供氣保證。
表5 氣化量清洗前、后比較表
序號
日期
清洗前氣化量(kg)
日期
清洗后氣化量(kg)
1
2011.1.1
700
2011.1.21
887
2
2011.1.2
676
2011.1.22
900
3
2011.1.3
677
2011.1.23
898
4
2011.1.4
698
2011.1.24
870
5
2011.1.5
702
2011.1.25
890
6
2011.1.6
688
2011.1.26
879
7
2011.1.7
690
2011.1.27
886
平均
 
690
 
884
 
表6 清洗前、后清洗液總量比較
序號
 
清洗前
清洗后
備注
1
清洗劑原液
75kg
約133kg
清洗出焦油約8kg
2
水
50kg
3
其他
 
4
總量
125
4 結(jié)束語
    綜上所述，在液化石油氣生產(chǎn)工藝中，燃氣氣化爐發(fā)揮及其重要作用(特別是北方寒冷地區(qū)和冬季時候溫度偏低，空溫式氣化器無法發(fā)揮作用)，根據(jù)使用經(jīng)驗建議3年左右對氣化爐內(nèi)部進行清洗，既提高氣化量達到促進生產(chǎn)作用，也在一定程度上增加吸熱面積有效起到節(jié)能減排效果。
參考文獻
1 李公藩.燃氣工程[J].北京：機械工業(yè)出版社，2002:455-498
2 李耀明，朱勇.液化石油氣特種設備安全管理探討[M].煤氣與熱力，2011；31(2)：B21-B23
3 孟令東，楊軍偉，喬玉林等.環(huán)保型水基金屬清洗劑的研制.新技術(shù)新工藝，20111；06
4 王引平，吳華，楊軍.城鎮(zhèn)燃氣各類用戶用氣量預測方法研究.2011；31(5)：B10-B11
 
(本文作者：陳帆 郝興軍 湯承宗 溫州市管道燃氣有限公司 325000)