不锈钢板式换热器化学清洗剂的应用_周岳.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 39 不锈钢板式换热器化学清洗剂的应用 不锈钢板式换热器化学清洗剂的应用 周 岳（铁岭市龙首精细化工有限公司，辽宁 铁岭 112000）摘 要：摘 要：不锈钢板式换热器结构在实际运行过程当中由于内部存在明显的结垢问题，从而逐渐影响到换热效率，并且严重的将会导致换热器装置安全受到影响。为此则需要应用到化学清洗剂清洗污垢，本文将对清洗剂应用实验进行详细研究，进而分析清洗后的有效性。关键词：关键词：换热器；不锈钢板式；清洗剂 引 言 引 言 不锈钢板式换热器在化工、石油等领域广泛应用，其换热效率相对较高，且换热过程当中的热损失相对较小以及自身体积小，结构紧凑等众多优势促使其具有良好的应用前景。然而由于这样的不锈钢板式换热器在实际应用过程当中的环境温度相对较高，内部流动的孔洞直径相对较小，因此极易导致内部结垢从而影响到后续的换热效率。为了能够及时解决这样的问题，则需要应用到相应的化学清洗剂，全面清除污垢，才能够保障不锈钢板式换热器始终具有良好的换热效果。1 化学清洗剂清洗不锈钢板式换热器污垢实验 1 化学清洗剂清洗不锈钢板式换热器污垢实验 一般情况下来讲，在实际当中所应用到的不锈钢板式换热器在应用过程当中极易产生污垢，从而堵塞孔道，导致换热效果受到影响。当不锈钢板式换热器的板片实际结垢厚度超过 1mm 时，相应的则会降低 10%的传热系数。导致换热器的实时功率受到影响，并且如若长久不能够对这样的污垢进行处理将会造成严重堵塞而爆发，产生设备安全事故。因此，必须对不锈钢板式换热器定期进行清洗处理。以往在清洗不锈钢板式换热器的过程当中，主要是应用到物理除垢以及化学除垢方式。现阶段，国内外针对不锈钢板式换热器研发了多种清洗剂品种，但这样的清洗剂却均有一定针对性，难以作为万能型清洗剂清洗全部类型的换热器。因此，为了确保当前所应用到的清洗剂具有专用清洁效果，则需要做出实验证明，筛选出最合适的清洗液，才能够应用到不锈钢板式换热器的清洗当中1。1.1 失重试验 通过灼烧失重实验则是对当前需要清洗的不锈钢板式换热器当中的污垢进行检测，通过 550的环境温度进行灼烧失重，从而对污垢当中的有机物以及化合物的实际含量形成具体的数值。借助于 550950的环境温度对污垢进行灼烧失重，从而对污垢当中碳酸盐含量形成基础的了解。在明确污垢实际组成结构只够，针对清洗剂的配方选择则能够形成更具针对性的效果，能够根据污垢有机物、碳酸盐的不同比例选择具有良好溶解性能的清洗液，并控制清洗液对不锈钢板式换热器的材质腐蚀率。1.2 EDS 元素分析 而 EDS 元素分析实验方式则是更加先进的技术手段，能够直接对不锈钢板式换热器上采样的污垢样本进行分析，从而判定污垢当中的元素种类以及含量。明确污垢元素组成，以更加直观明确的污垢元素组成为化学清洗剂的选择提供更加真实有效的参考依据。2 化学清洗剂清洗不锈钢板式换热器污垢实验研究 2 化学清洗剂清洗不锈钢板式换热器污垢实验研究 2.1 污垢样本外观 一般情况下的不锈钢板式换热器的污垢样本例如不锈钢板式换热器典型的富液段污垢样本状态，污垢整体呈现出黑色粘稠状。而不锈钢板式换热器实际运行过程当中的贫液段当中所产生的污垢样本污垢整体呈现出明显的棕褐色。而同一换热器内部的污垢样本呈现出差异性的结构表现主要是由于所处的运行环境温度、设备工作条件等存在着一定的差异性所导致的。如若当前的不锈钢板式换热器材质不同，则也会产生差异性的污垢外观。2.2 污垢样本组成结构 而为了能够对这样的换热器内部结垢样本进行全面分析，从而选择对应的化学清洗剂，则需要进行灼烧失重实验2。分别将两组污垢对应 550以及 950进行灼烧失重实验。其中有关富液段的污垢样本分别在 550以及 950的温度环境下进行灼烧，实际的污垢样本失重比例分别达到43%以及 6.72%。而贫液段的污垢样本同样分别在 550以及950的温度环境下进行灼烧，实际的污垢样本失重比例分别为 18.5%以及 16.8%。经过 550环境温度下的灼烧失重，富液段以及贫液段污垢当中剩余的杂质则包括了有机物、化合物、硫化物以及生物黏泥等物质。而经过 950环境温度下的灼烧失重，富液段以及贫液段当中的污垢剩余杂质则主要是经过灼烧后，由碳酸盐转化为了 CO2，气体失重。经过对比发现，一般情DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.03940 周 岳：不锈钢板式换热器化学清洗剂的应用 况下不锈钢板式换热器当中的富液段相较于贫液段而言，其中包括有机物、生物黏泥等杂质含量相对较多，而碳酸盐含量则相差无几。与此同时，除了需要以灼烧失重方式对不锈钢换热器的污垢进行实验分析其中的组合元素，同样需要借助于 EDS元素分析方式对污垢结构进行分析。包括富液段以及贫液段在内，有关污垢样本的实际元素构成对比进行分析后发现，其中不锈钢板式换热器的富液段以及贫液段当中涉及污垢主要成分包括碳酸盐、氧化铁、所硫化铁、炭黑以及少量的硅酸盐。2.3 清洗剂筛选 2.3.1 主要清洗剂筛选 根据以往在大多数的不锈钢板式换热器清洗过程当中所应用到的清洗剂种类进行调查研究分析发现，其中一般情况下主要是应用到有机酸以及无机酸两种不同的清洗剂。而具体对两种酸性清洗剂进行分类，其中无机酸的清洗剂包括硝酸、硫酸以及盐酸3。而有机酸清洗剂则主要是包括柠檬酸、氨基磺酸等。其中盐酸作为日常当中最为常见的不锈钢板式换热器清洗剂，使用频次相对较高。但是由于盐酸当中的氯离子对不锈钢将会产生一定的敏感影响，严重的将会导致不锈钢板式换热器出现点蚀以及缝隙腐蚀问题，最终造成应力腐蚀破损，因此在使用到盐酸清洗剂时，需要对其中的氯离子实际含量进行控制。确保氯离子含量低于 25mg/L。并且如若实际当中的换热器不锈钢材质为 316L，则不适宜应用到盐酸对污垢进行清洗。硫酸清洗剂在于不锈钢板式换热器污垢当中的碳酸盐接触反应过程当中，做产生的碳酸钙溶解度相对较低，难以形成更加彻底的清洗效果，因此不适宜清洗冷却设备含有碳酸钙的污垢。为了能够检测不同清洗剂对结垢状况的清洗效果，则可以选用硝酸、柠檬酸以及有机磷酸盐 CT4-34，既能够对污垢形成良好的溶解效果，同时也不会对换热器设备产生严重的腐蚀问题。将这样的清洗剂分别投放到不锈钢板式换热器结垢样本烧杯中进行溶垢，控制实验时间为 4h。实验过程中分别在广口烧杯中取 1g 换热器贫液段以及富液段污垢，将三种不同的清洗剂稀释到相同浓度，分别进行投放，进而在经过长达四小时的清洗溶解之后，观察溶解结果，对不同的清洗剂实际除垢效果做出评价。根据这样的实验结果不难发现，针对贫液段而言，有机磷酸盐 CT4-34 具有相对良好的污垢溶解效果，然而对于富液段当中的大量有机物则难以形成良好溶解作用。分析硝酸清洗剂对于贫液段以及富液段的污垢溶解效果，发现两个烧杯当中的污垢样本均形成较好的溶垢作用。其次则是观察柠檬酸清洗剂对不锈钢板式换热器贫富液段的污垢溶解状况，发现处于常温环境条件下，污垢的溶解效果并不明显。并且对于比他两种不同的酸性溶液而言，柠檬酸的实际成本相对较高，且清洗过程相对复杂，具有一定的使用条件，在应用到柠檬酸进行除垢时，需要对 pH 值进行调节。因此，对比三种不同的酸性溶液，硝酸具有良好的性价比，并也除垢效果较为显著，则可以应用到硝酸作为不锈钢板式换热器化学清洗剂当中的主要成分。这样的化学清洗剂，能够对不锈钢板式换热器污垢当中的碳酸盐垢以及腐蚀产物起到相对较为良好的溶解作用，但是在污垢当中仍存在着大量的有机物难以依靠单一的硝酸进行溶解。则需要应用到能够溶解大量有机物的低泡型表面活性剂 CT4-42，经过科学合理的配比调整，能够形成最佳的污垢化学溶剂表现。通过不断实验尝试硝酸以及有机磷酸盐 CT4-34 的含量配比，从 6%的硝酸以及 2%表面活性剂 CT4-42 依次递增到 11%的硝酸以及 2%表面活性剂 CT4-42。分别对贫液段以及富液段的污垢进行试验溶解，并对比溶解后的残余污垢质量。从而发现，当实验过程当中的环境温度条件不变，且实验溶垢的时间相同时，不断增加的硝酸含量将会形成更加明显的污垢溶解效果4。当硝酸的实际质量处于 10%时，处于最佳的 90%溶垢效果状态。因此则可以判定，当前化学清洗剂中硝酸质量分数可控制在 10%作为主要清洗成分，能够对不锈钢板式换热器形成最佳除垢效果。并且在实验过程当中发现，未能够经过硝酸溶解的物质主要是难溶解于硝酸的少量硅酸盐以及硫酸盐，但是二者主要是依附于腐蚀产物以及碳酸盐垢。因此，在清洗过程当中，当碳酸盐逐渐被溶解，则会促使硅酸盐以及硫酸盐无依附而自动疏松脱落，虽溶液以及水流冲刷剥离换热器。2.3.2 腐蚀实验 判断化学清洗剂是否具有应用标准除了需要考察其对污垢的溶解效果，同时也需要进一步验证其是否会对不锈钢板式换热器产生腐蚀作用，因此同样需要以实验进行验证。建立在 10%硝酸以及 2%表面活性剂 CT4-42 溶液的基础上，分别加入 Lan-826 以及 CT2-19C 水溶性缓蚀剂。二者均能够应用于硝酸清洗剂体系，通过对 316L 型号的不锈钢进行观察，发现其中加入的 CT2-19C 水溶性缓蚀剂处于 1%质量系数时能够形成良好的腐蚀控制作用，因此在该化学清洗剂当中则主要是应用到 CT2-19C 水溶性缓蚀剂放腐蚀。并且在对比实验过程当中发现当加入表面活性剂 CT4-42 腐蚀率相较于纯硝酸洗剂更低，因此在一定程度上证明这样的化学清洗剂配方本身具有一定缓蚀作用。3 化学清洗剂对不锈钢板式换热器现场应用 3 化学清洗剂对不锈钢板式换热器现场应用 以实际案例论证，在 2020 年某天然气净化厂当中对不锈钢板式换热器进行了清洗，其中应用到的化学清洗剂通过合理配比，并结合该天然气净化厂自主研发的清洗机设备形成闭合循环清洗环路。将配比完整的清洗剂投入到这样的循环清洗环路当中对不锈钢板式换热器进行清洗，每隔半小时对清洗液进行采样，并检测其中有关铁元素含量、浑浊度以及酸度等数值，从而对清洗时间进行控制。在清洗过程当中，不锈钢板式换热器的实际腐蚀率经过 （下转第 77 页）（下转第 77 页）宋 煜：页岩气田气举排水采气工艺方法比较及应用 77 产。同时，根据不同地域地形地貌，设备设施差异性，因地制宜，采用多元化气举的方式降本增效，及时有效地进行气井复产。6 结 论 6 结 论（1）页岩气气举复产时，应根据气井所处生产阶段及气井工况，选取适合的气举方法，可缩短作业时间，提高气举效率。（2）针对气举频次较高的井应综合考虑管网、地面工艺情况优先选用平台压缩机气举、高压互助气举等方式。（3）气举时可结合泡排、放喷、憋压、正反注气等方式提高复产成功率，减少气举复产时间。（4）针对氮气、天然气压缩机气举效果逐渐变差的页岩气低压井，为避免造成地层的二次伤害，可尝试间歇气举恢复气井产能。参考文献 参考文献 1 王述银,田云.车载式天然气压缩机排水采气应用技术D.2015.2 赵长亮.氮气气举排液技术在曙光油田的应用J.科学与财富,2018(32).3 于学涛.连续油管注氮气气举排液在气井的应用J.石化技术,2015(3).4 陈明.氮气气举在徐深 212 井的应用J.中国科技博览,2012(28):598-598.5 胡之璐.连续油管氮气气举排液技术浅析J.中国科技博览,2015(26).（上接第 40 页）_（上接第 40 页）_ 监测处于 0.0476g/（m2h）-1的均匀腐蚀状态。这一数据相较于标准参数值下的 1.5g/（m2h）明显偏小，进一步证明了该配比状态下的化学清洗剂其实际腐蚀度相对较弱，不会对不锈钢板式换热器产生不良腐蚀影响。并且通过对比清洗前后换热器的外观状态发现，该化学清洗剂能够彻底清洗换热器，其外部囤积的大量污垢在化学清洗剂的清洗之下已经全部脱落，并且裸露出换热器其本身的金属结构本色。并且在清洗完成后对不锈钢板式换热器的进出口温度进行实时动态监测，