煤化工装置的清洗特点

文章编号：1671－8909（2016）1－0005－04

煤化工装置的清洗特点

张书安，程龙付

（中国化学工程第三建设有限公司，安徽淮南232008）

摘

要：总结多年施工经验，介绍煤化工相关装置的化学清洗特点，在现场的实施及具体应用，探讨如何更有效和更广泛地将化学清洗应用于新型煤化工投产前的开车调试中。关键词：煤化工；装置；化学清洗中图分类号：TQ53；TE972；TE962

文献标识码：B

Cleaning characteristics of coal chemical industry devices

ZHANG Shuan ，CHENG Longfu

（China National Chemical Engineering Third Construction Co.，Ltd.，Huainan ，Anhui 232008China ）Abstract ：By many years construction experience on chemical cleaning in the field of implementation of the related devices and applications ，characteristics are introduced ，discussed how to more effective and more widely applied chemical cleaning before the new coal chemical industry production of driv-ing debugging.

Key words ：coal chemical industry ；device ；chemical cleaning

收稿日期：2015－08－10

作者简介：张书安（1968－），男，江苏南京人，工程师，主要从事化学清洗项目管理工作。

为满足国民经济石油消费快速增长的需求，保障国家能源安全，新型的煤化工产业在近数十年得到快速发展。其常规布局由空分空压站、气化、精馏、合成、罐区、锅炉、转化、循环水、火炬、煤仓、深加工等多种装置区组成。其中，有的装置如空分空压站运行介质涉及到氧气、氮气等，洁净度要求较高，按照行业规范在试开车前应进行化学清洗。有的装置（如锅炉）为提升水汽品质，在开车前也应进行化学清洗。有的装置（如蒸汽管道）为减少净化调试时间，

也在开车前进行化学清洗。因此，化学清洗在新型煤化工的开车前调试中有普遍的应用和推广价值。

1空分空压站

空分制氧技术通常分为吸收分离、吸附分离、膜

分离和深冷分离4种。近年来，在新型煤化工产业发展的有力推动下，以深冷分离为主的空气分离技术得到迅速发展。空分空压站装置是新型煤化工项目中的重要公用工程，其出产的氧在提高碳转化率上有不可替代的作用。另外，出产的氮、氩、仪表空气、工厂空气等也具有较大的应用价值。空分空压站装置的特点是设计紧凑，管道短，支管多且冷箱内管道与设备连接基本是焊接方式。因此，该类装置的清洗特点是典型的分段式浸泡清洗。

实清洗世界

Cleaning World

第32卷第1期2016年1月

1.1冷箱内工艺和仪表管道

空分空压站装置运行时涉及到氧气、液氧、氮气、液氮等高度敏感介质，在施工过程中管道内壁清洁度是关键工序的控制重点。按照行业规范《脱脂工程施工及验收规范》HG20202—2014、《空气分离设备表面清洁度》JB/T6896—2007以及相关设计文件的要求，其设备、管道在安装前需要进行化学清洗、脱脂，以实现要求很高的洁净度。杂质主要有以下几类：第一类是油脂、碳氢化合物，因为此类杂质在遇到氧气会剧烈反应并可能造成剧烈爆炸和严重火灾，清洗后油脂含量定量分析结果应≤125mg/m2，且定性检查时油脂不能呈点状聚集；第二类杂质如金属切屑、焊瘤焊疤、锈蚀等颗粒物，在流体的高速推进下，会与管壁摩擦产生火花也可能导致爆炸，有些会堵塞细小的仪表开孔或粘附在活动部件上，在低温冻结情况下可能会对设备造成严重的功能性故障；第三类杂质是水及水汽，因空分装置运行时的低温特点，设备管道如果内部含水的情况下，在低温下水结成冰，体积变大，可能堵塞仪表孔，大量的冰块甚至可能堵塞阀门、设备口，撑坏衬环、管道，极大地影响装置的稳定运行。

1.2冷箱外工艺管道（不锈钢管道、碳钢管道等）

原则上，只要进入冷箱内的，根据多年的施工经验，其内壁的洁净度应与冷箱内保持一致，以有效减少调试和试车时间，缩短工期。

2008年神华包头煤化工有限公司的煤制烯烃项目中空分装置的施工时，项目发包商神华集团按上述办法进行了施工组织。针对分子筛周围的大口径碳钢管道采用“喷淋小车”分段清洗。首先使用酸液溶解了氧化铁、三氧化二铁、四氧化三铁等各类锈蚀；再使用钝化药剂对活泼的碳钢表面钝化，防止发生其二次返锈。同时，化学清洗使用的是溶液，在最大程度上降低了因喷砂除锈残留的石英砂对冷箱内仪表管的堵塞的可能性。因为施工过程中管道洁净度保持很好，后期的吹扫和开车十分顺利、流畅。清洗效果见图1

。

图1神华包头煤化工煤制燃烃空分

装置冷箱外工艺管道清洗效果

2气化装置

气化装置是煤化工项目中的主要装置，其主要功能是把经过适当处理的煤送入气化炉内，在一定的温度和压力下，通过氧化剂（空气或氧气和蒸气）以一定的流动方式（移动床、流化床或携带床）转化成气体，得到粗制水煤汽，通过后续脱硫、脱碳等工艺得到精制一氧化碳气。其涉及清洗的管线介质有高压氧、高压氮及高压氮气储罐、水汽管道等。氧、氮介质清洗的必要性在前文已经论述，不同之处在于该装置管线清洗方式既可采用分段法，也可在安装完成后采用系统循环法。另外，其水汽管道根据业主要求，也可进行清洗。

在2007年云南安宁天安50万t/a合成氨项目的施工中，当时鉴于国内气化炉开车时水汽管道的堵管事故多发的情况，项目发包商和设计院决定对该部分管道在水试压结束后实施化学清洗。该工程是首次在国内对壳牌技术的气化炉上述管道进行整体循环化学清洗。系统总容积335m3，正式管延长3365m。该类工程的清洗特点为管径规格多、支管多、高差大，清洗难度很大，管径从DN25mm至DN800mm，共20种规格；高程从地面至91.3m逐层均有分布。化学清洗程序为试漏—碱洗—水冲

·

6

·清洗世界第1期

洗—酸洗—水冲洗—漂洗—钝化—干燥。为确保水汽管道的化学清洗能够安全、有效地进行，在清洗前对酸洗药剂分别在动态、静态条件下进行了模拟试验［1］，并根据模拟试验所得数据最终确定酸洗液的配方。清洗结束后割管检查发现，管道内壁除锈彻底，钝化膜完整，达到了设计要求。在清洗后的试、开车中，969个LAMAD喷嘴［规格（6 10）mm］仅堵塞最底部的4个，获得了当时国内最好水平，说明化学清洗的效果十分显著。该项目亦因质量优异，获得2010—2011年度鲁班奖。

3锅炉

锅炉装置也是煤化工项目中的公用工程，其产出的蒸汽既可供应给空分空压站装置中的汽轮机作为动力，也可供应给气化装置中气化炉提供大量的热能。新建锅炉装置中的水冷管道以及蒸汽、空气等工艺管道，因其材料为碳钢或合金钢，在轧制、加工过程中往往会形成高温氧化轧皮，安装过程中也会产生大量的锈蚀、油污、颗粒。根据相关规范，为清除锅炉的腐蚀产物、焊渣和泥污等的污物，防止运行后大量污垢使炉管发生沉积物下腐蚀、水质指标长期不合格，延长新机启动到正常运行的时间，同时也为了改善锅炉的水汽品质，减缓锅炉的腐蚀及节省能源，保证机组启动后的水汽品质尽快合格，保障机组能安全、经济、稳定的运行，上述管道在试、开车前必须进行系统的碱洗、酸洗和钝化，使其内壁内达到较高的洁净度，为试、开车创造有利条件。新建锅炉装置的清洗特点是采用系统常规循环清洗，流程是从下到上，具体为从下集箱至水冷壁再到下降管、汽包、省煤器等。

2012年山东德州华鲁恒生醋酸改造项目施工中就涉及到锅炉清洗。该锅炉规格为200t，外形尺寸为宽18900mm，深23030mm，容积114t。安装结束后，根据相关规范及现场实际情况，项目发包商决定对汽包、水冷系统、蒸汽系统等热力系统受热面内侧实施化学清洗。公司根据现场情况和专业知识，酸洗液配方采用盐酸［2］为主剂，同时加入适量氢氟酸、缓蚀剂和少量表面活性剂进行循环清洗。清洗后割管检查，管道内壁洁净，钝化膜成型良好，有效保障了装置后期的试车安全和进度节点。

4管廊

连接各装置区的管廊，运行介质涉及到氧、氮、中高压蒸汽等，依据规范和设计文件，在开车前也应进行清洗。其中，中、高压蒸汽管道在安装完成后，此前的常规做法是直接进行吹扫，时间通常会很长，此外吹扫产生的噪声非常巨大，既消耗了大量蒸汽，施工周期也延长，而且环保也很难过关。曾有项目做过对比，中、高压蒸汽管道实施有效的化学清洗，可有效节约吹扫打靶时间（1/2 2/3），说明效果特别明显。目前，项目发包商和承包商都意识到这类装置清洗的有效性和必要性，在开车前，基本都会实施化学清洗。管廊装置的清洗特点是管道长度较长，支管相对较少，易于构成回路形成循环，因此普遍采用系统循环清洗。其中，中、高压蒸汽管道清洗普遍的做法有三种：第一种是整个系统安装完成后，实施循环化学清洗；第二种是安装前喷砂或抛丸，安装完成后进行循环化学清洗；第三种是安装前喷砂或抛丸，安装完成后直接进行吹扫。

公司在总结上述经验的基础上，探索一种做法是安装前喷砂或抛丸，然后进行磷化［3］，磷化检查合格后再及时封闭，保证内壁的干燥，防止二次返锈，在安装前拆开封口进行固定口焊接。这样，施工过程中严格控制内壁的清洁度和腐蚀量，在吹扫时能以极快的速度达到工艺要求。在2011年的贵州开阳兖矿合成氨项目中就按上述做法，取得了很好的效果。

5罐区

大型的煤化工项目普遍设置罐区，以存放所生

·

7

·

第32卷张书安等.煤化工装置的清洗特点

产的液氮、液氧、液氩以及甲醇等产品。这一类储罐外形设计顶部一般采用弧顶，底部采用平底，尺寸较大，规格（500 10000）m3。随着煤化工的集中化、大型化，这类储罐以后的规格会更大。储罐的清洗特点是，系统容积大，形状规则，对称性好，壁面平滑，易于建立循环。此前有项目承包商采用搭设满堂架或者移动脚手架的办法施工，具体做法是沿罐内壁从下到上搭设脚手架，使用人工作业。此类方法有三个缺点：一是效率低，在罐内搭设脚手架很慢，人工作业效率低；二是危险，因为储罐都比较高，人登高到10m、20m作业有一定的安全风险；三是效果差，手工作业效果难控制，尤其是在高空中很难达到整体的高洁净度要求。目前，立式储罐通常采用循环喷淋法，即预先在储罐顶部中央设置耐腐蚀自动旋转喷淋头，利用离心泵将药液通过临时上水管输入耐腐蚀喷头，在压力作用下，喷头将化学药液喷洒至储罐内壁以达到清洗的目的。这样，避免了高空作业，使用的自动旋转喷淋头可360?旋转，能对罐壁、罐弧顶起到很好的清洗效果。卧式储罐的清洗因其高度有限，人工作业难度小，采用喷淋和擦拭相结合的办法能达到较好的效果。

在2007年神木化工10000m3甲醇储罐项目中，发包商为改善产品纯度和色泽，在安装结束后决定对其实施化学清洗。公司采用喷淋法清洗泵站（图2），清洗后质量检验表明，内壁洁净光亮，现出金属本色，无FeO、Fe2O3、Fe3O4等锈蚀及颗粒杂物。洁净度使用无纺布擦拭法检查，无污痕；钝化膜以硫酸铜、氯化钠点滴法检查，变色时间（5 10）s达到合格标准。

6精馏装置

精馏装置是煤化工项目中不可缺少的装置，其中精馏塔是装置中的主要设备。为避免催化剂中毒，提高精加工产品质量，精馏塔在安装结束后应进行化学清洗除锈。精馏塔的清洗特点是高度高，直径小，对称性好，但内有支撑圈导致壁面不平滑

，

图2神木化工10000甲醇储罐清洗泵站

现在普遍采用的是喷淋法清洗。清洗系统的建立与大型储罐相似，不同之处在于储罐一般是使用可旋转喷头作为喷淋设备，精馏塔是使用喷淋管。喷淋管的制作需根据精馏塔尺寸而调整，确保对塔内支撑圈的清洗效果。另外，精馏塔塔内填充物和塔本体应分别清洗，清洗检查合格后再予以安装。

7润滑油管线

在空分空压站、合成、气化、循环水等装置通常涉及到空压机、氮压机等压缩机组。为缩短油循环时间以及确保机组运行后的平稳，按照相关规范，压缩机组的润滑油管道在此前应进行化学清洗。润滑油管道清洗的特点是管道短，系统容积小，清洗难度低，而且其管线本身有回路设计，也易于建立清洗循环。目前有两种做法：一是在试压合格后进行循环清洗，此方法的优点是速度快，但要求在安装过程中焊接时氩弧焊打底，内壁清洁度保护好，焊瘤、焊渣等异物清理彻底；另外一种是在试压合格后拆卸进行分段清洗，此方法的优点是清洗效果易于检查，但要求复位及时，并做好成功保护，防止二次污染。

8结束语

随着国家发改委“十三五”规划对煤化工项目整体发展布局的初步确定，以及煤制烯烃、煤制甲醇、

（下转第12页）

的腐蚀。

系统中注入清水，泵不吸入空气即可，启动闭式冷却塔自身的循环泵，将缓蚀剂缓慢倒入接近泵的吸入口，待缓蚀剂在系统中循环均匀后，将溶解好的氨基磺酸钠缓慢倒入接近泵的吸入口，先加入计算总量的60%，然后根据pH的变化再添加，所以每次补加酸时不要太多，前期控制pH为1，酸质量分数为5% 7%，后期控制pH为2 3，直到水垢完全溶解在水中。在实际清洗过程中，pH上升到3，氨基磺酸就基本消耗完，需不断添加才能恢复清洗能力。测pH频率：（1 2）次/30min。

酸洗完毕，用高压水枪对盘管进行冲洗，废酸排至处理池，用于后面处理钝化液废液。

水槽的废酸液排尽后，注入清水，开启循环泵5min后排出。因闭式冷却塔中排污阀很小，排得较慢，每次排污都用了潜水泵同时排水。如果水较混浊，需重复冲洗多次，直到水清辙。

5.3钝化

钝化目的是使不同金属材料的设备表面形成致密的防腐膜。

在水槽中注入清水，够循环即可。启动系统中的循环泵，用NaOH调pH为10，然后加入钝化剂NaNO

2

，质量分数1.5%，时间4h［2］。

5.4废液处理

将钝化废液排至处理池后进行搅拌，分析亚硝酸根，没有检出；如果还能检出NO－2，需根据亚硝酸钠的量，按1?1.41加入氨基磺酸。将废酸用烧碱液调pH（6 9），排放至污水处理池。

6清洗效果评定和建议

6.1清洗效果

（1）腐蚀率。将挂在清洗槽中的铜试片和铁试片，采用挂片失重法测定挂片腐蚀率为：碳钢腐蚀率1.57g/（m2·h）；铜腐蚀率0.12g/（m2·h）。

（2）除垢率。原来表面（1 2）mm厚的垢基本清除，目测除垢率达到了95%，盘管外壁无腐蚀现象。

（3）水温变化。内循环水的温度清洗前为43.0?，清洗后为29.8?。

6.2建议

建议使用此类设备的用户采用无填料闭式冷却塔。闭式冷却塔主要依靠的是水蒸发带走热量，无填料闭式冷却塔相对有填料的闭式冷却塔来说，相同换热量时，盘管面积会大一些，外循环水温度更接近当地的湿球温度，冷却效果更好，也不存在填料阻塞问题。

使用闭式冷却塔时，一定要做好水质的维护工作。用户在购买闭式冷却塔时，要求制造厂家在外循环水的上水管上加上电磁除垢仪，使水质不易形成硬垢附着在盘管上，以便减少清洗次数。

参考文献

［1］袁卫昌，袁庆怡，氨基磺酸的清洗技术［J］.清洗世界，2008，23（1）：10－14.

［2］任建新主编.化学清洗［M］.甘肃兰州：甘肃科学技术出版社，

檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭

1993.

（上接第8页）

煤代气工艺的快速发展。考虑到我国能源储备特征，煤化工项目将进一步朝着集中化、大型化、深加工化方向发展，国内将陆续立项一批新型煤化工项目，因化学清洗在提高设备管道洁净度方面有不可替代的作用，在大型的煤化工项目开车前调试中，化学清洗将越来越重要。

参考文献

［1］丁明舫，崔百成.锅炉技术问答1100题［M］.北京：中国电力出版社，2002：521.

［2］秦国治.工业清洗及应用实例（第二版）［M］.北京：化学工业出版社，2007：32.

［3］唐春华.金属表面磷化技术［M］.北京：化学工业出版社，2009：175.