环保型气化炉内部清洗方案_技术研究

摘要

摘要：阐述了对水浴式气化炉内部换热层管壁(液化石油气层)的清洗新技术，该技术能有效提高在用气化炉换热效率和截面流量，从而达到最大限度发挥气化炉气化能力的效果。关键词：液化

摘要：阐述了对水浴式气化炉内部换热层管壁(液化石油气层)的清洗新技术，该技术能有效提高在用气化炉换热效率和截面流量，从而达到最大限度发挥气化炉气化能力的效果。

关键词：液化石油气；气化炉；水基清洗剂；环保；换热率；气化能力

温州市管道燃气有限公司作为温州地区最大的管道燃气供应企业，肩负着温州市区及大学城等区域供气任务，公司目前拥有约12万户居民用户，近300户工商业用户，气源为液化石油气，2011年日最大供气量已经达至1165t。

由于液化石油气通过水浴式气化器长期加热(温度保持65℃-70℃)，其中烷烃和烯烃通过物理和化学反应形成焦油，焦油层影响气化器换热率和流量，降低了气化器气化能力，影响设备安全运行。

为了保证公司对经营区域内用户安全、稳定供气，由公司安全技术处组织相关部门对市区3座气化站所辖10台气化炉经行内部换热层管壁(液化石油气层)清洗^[1～2]。

1 清洗剂选用

1.1 清洗剂分类

常用的化学清洗药剂可有不同的分类方法。例如按其化学组成可分为无机化学清洗剂和有机化学清洗剂；按其中有的清洗剂可能对不同的污垢有不同的作用，或对同一种污垢具有两种或两种以上的作用，则应按其在一般情况下的主要作用归类。

设备材质有碳钢、奥氏体不锈钢、铜系金属、铝、钛等。常用的清洗液有硫酸、盐酸(或盐酸与氢氟酸)、硝酸(或硝酸与氢氟酸)、氨基磺酸、柠檬酸或氨化柠檬酸等。他们的适应性见表3。

1.2 水基清洗剂性质介绍

人们把破坏大气臭氧层的物质称为“消耗臭氧层物质”，因其英文名称为Ozone Depleting Substances，取其英文名称字头组成缩写，简称ODS。一般液化石油气气化炉清洗剂包括三氯乙烷，三氟三氯乙烷、四氯化碳等。水基清洗剂主要成分为表面活性剂，无机助洗剂以及少量的溶剂与水。该绿色非ODS清洗剂以其具有传统清洗技术所亲油(疏水)的碳氢链基团和极性的亲水(疏油)基团所组成，可大大降低溶剂的表面张力和液液界面间的张力，改变体系的界面状态，通过吸附、润湿、渗透、乳化、分散、起泡、增溶等性能，以及其相互作用而达到清洗目的。助洗剂可以与表面活性剂发生一系列协同作用，如发挥活性胶体吸附作用，提高表面活性剂的活性作用等。添加剂可以起到增溶、抗再沉积、消泡等目的，从而提高清洗效果。通过对各组分的优化复配，确定环保型水基金属清洗剂以有机物助洗剂(HX—ZOD、硼酸钠)和复合表面活性剂(HX-T-1)作为基本碱性组分，辅助其它少量添加剂作为基本组成。^[3]

表1 场站气化炉配置情况表

序号	场站名	品牌及安装时间	单台设备气化量(设计量)	数量	气化总量
1	南浦站	日本神乐(1997年)	1t/h	4	4t/h
2	新城站	日本神乐(2000年)	1t/h	2	2t/h
3	雪山站	天津奥利达(2003年)	2.5t/h	2	5t/h
总气化能力					11t/h

表2 化学清洗的分类

清洗剂分类	酸性清洗剂	无机酸	HCL、HN0₃、H₂S0₄、HF、H₃P0₄、氨基磺酸
		有机酸	柠檬酸、草酸、酒石酸、甲酸、羟基乙酸
	碱性清洗剂	碱性清洗剂	NaOH、Na₂C0₃、Na₃P0₄、水玻璃、Na₂HP0₄、Na₃P0₄
		水基清洗液	以表面活性剂为主，加入助剂和无机碱
	络合物清洗剂	EDTA、PMA、PAA、HEDA
	黏泥菌藻清洗剂	聚丙烯酸钠、聚马来酸钠、过氧化氢、洁尔灭
	有机溶剂清洗剂	含氯有机阻燃清洗剂、四氯化碳、F-113三氟三氯乙烷
	氧化还原剂	KMn0₄、H₂0₂、过硫酸钾、肼、二硫化钠(改变氧化还原态，改变结晶结构，使不溶性垢可溶)

表3 化学清洗液对材质的适应性

序号	材质	酸洗液					中性洗液	碱性洗液
序号	材质	盐酸	硝酸	HNO₃-HF	氨基磺酸	柠檬酸	中性洗液	碱性洗液
1	碳钢	○	○	○	○	○	○	○
2	铜系金属	△	○	○	○	○	○	○
3	奥氏体不锈钢	×	○	○	○	○	○	○
4	混凝土	×	×	×	×	×	○	×
5	铝	×	×	×	×	×	○	×

注：○表示好△表示可用X表示不可用

表4 常用气化设备清洗剂

序号	清洗剂名称	效果	优点	缺点
1	洗洁精	基本无效果	—	—
2	金属清洗剂	效果一般	金属表面清洗效果较好	但不适合较厚焦油清洗
3	四氯化碳	效果较好	清洗效果较好，气化器厂家基本推荐该方法清洗	但由于四氯化碳本身剧毒性，特别是加热后挥发出来气体也对人体有害，高浓度该物质量蒸气对粘膜有轻度刺激作用，对中枢神经系统有麻醉作用，对肝、肾有严重损害，不利于操作人员安全操作，且废液处理相当困难。

1.3 水基清洗剂取代溶剂清洗剂的意义

① 替代破坏臭氧层物质的氟里昂类清洗剂，保护人类生存的地球，促进我国履约目标的实现，促进我国对外经济的发展

目前，工业生产中仍大量使用碱性清洗剂、有机溶剂(石油溶剂、卤代烃类溶剂等)进行清洗，其清洗能力较差，清洗后部件易生锈，通常用于清洗黑色金属表面的轻度油污和无机盐等污垢。溶剂清洗剂虽然有很强的清洗能力，很容易清洗金属表面的污垢，但大多数易燃，易挥发，浪费大量能源，造成环境污染，而且对人体的中枢神经有较强的刺激性，长期接触会引起神经衰弱、皮肤干裂等疾病。根据1997年的统计数据，中国清洗行业ODS消费量为111500t。人类排放的大量ODS类物质严重破坏了臭氧层，致使南北极地区及我国青藏高原地区形成了臭氧层空洞，臭氧层破坏的后果将会引发白内障、皮肤癌，影响生物化学循环圈，建筑物老化等众多问题，而且氟里昂物质不仅是臭氧杀手，也能产生温室效应。如继续使用氟里昂类物质，臭氧层会进一步破坏，其后果将是灾难性的，如果说古人“杞人忧天”贻笑大方.那么今天我们忧天却是摆在现实面前一道紧迫的攸关生存的大问题。为了保护臭氧层，多国政府1987年签署了全面禁用0DS《蒙特利尔议定书》，按公约发达国家于1996年禁用ODS，发展中国家于2010年前全部淘汰使用ODS。我国于1991年6月加入了该议定书，承诺如期淘汰消耗臭氧层物质。这3种物质截止到1997年12月，发达国家已经基本停止使用0DS，从而使我国成为了目前世界上最大的0DS生产国和消费国，部分国家已经对我国生产过程中使用0DS的物质禁止进口，出现了对使用0DS产品退货的情况，使用0DS类清洗剂严重影响了我国对外经济的发展。但我国很多中小企业仍在用0DS类物质作为清洗剂，这种局面阻碍了淘汰进程，更影响了履约目标的实现。

② 以水代油，缓解日益严峻的石油危机，减少火灾中毒事故及其它隐患在国外十几年前就以水基清洗剂代替清洗用油，只有极少数工序上还沿用油洗(如油泵油嘴的清洗)。而我国——一个依赖大量石油进口的国家，很多机械加工、印刷行业等仍在使用石油类溶剂如汽油、柴油等作为清洗剂，在油料供应紧张的情况下，我国每年要消耗清洗油约百万t，对于日益紧缺的石油能源无疑是巨大的浪费。

另外，使用溶剂作为清洗剂，严重危害人身健康，近几年来，有机溶剂如三氯乙烯类引起的职业中毒十分常见。现今，中国已成为世界制造中心，如何防范有机溶剂中毒或爆炸事故更为严峻。

③ 水基清洗剂符合环境标志认证的要求。中国环境标志认证-俗称十环认证，表明该产品不仅质量合格，而且在生产、使用和处理处置过程中符合特定的环境保护要求，与同类产品相比，具有低毒少害、节约资源等环境优势。因此，无论从经济效益，还是从环境保护、安全生产的角度来考虑，发展以水代油的绿色工业清洗剂已到了刻不容缓的地步。

1.4 水基清洗剂的优点

① 环保、安全、ODP(消耗臭氧潜能值)最低为零，不破坏臭氧层；

② 无毒，清洗人员清洗时接触，不影响健康；

③ 化学稳定性、与清洗设备、清洗对象各组成材料相容性好；

④ 低表面张力，有优良的清洗力；

⑤ 安全性好，不易燃易爆：

⑥ 金属的缓蚀技术，表面活性剂复配技术，以提高水基清洗剂清洗效果，使水基清洗剂达到或超过溶剂清洗的效果。

2 清洗流程

2.1 采用清洗工艺

水基清洗剂循环清洗工艺。

2.2 施工步骤及工艺如图1

(1) 由于部分气化炉换热管为不锈钢材质，清洗水要求水中含氯离子＜25×10^-6。

(2) 清洗剂循环系统设备原则上要求为防爆型，如为非防爆型，需要现场做好相关措施(我司采取办理动火证、循环系统运行时要求有专门人员现场监护)。

2.3 施工作业流程如图2

2.4 施工步骤及工艺介绍如图3

3 设备清洗效果

以我司新城气化站一台日本神乐1000kg/h气化炉清洗前、后一周高峰用气作比较(见表5、图4)。

该台气化炉清洗前、后效两周平均日气化量提升约28%^[4]。而且从清洗液重量前、后比较，清洗效果比较明显。按照每台气化炉提高20%-30%计算，理论提升气化量可以达到2000kg/h，以每天高峰运行时间为6h计算，每年理论总气化量可以提升4380t，为我司不断增加的用气量提供供气保证。

表5 气化量清洗前、后比较表

序号	日期	清洗前气化量(kg)	日期	清洗后气化量(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、后清洗液总量比较

序号		清洗前	清洗后	备注
1	清洗剂原液	75kg	约133kg	清洗出焦油约8kg
2	水	50kg
3	其他
4	总量	125

4 结束语

综上所述，在液化石油气生产工艺中，燃气气化炉发挥及其重要作用(特别是北方寒冷地区和冬季时候温度偏低，空温式气化器无法发挥作用)，根据使用经验建议3年左右对气化炉内部进行清洗，既提高气化量达到促进生产作用，也在一定程度上增加吸热面积有效起到节能减排效果。

参考文献

1 李公藩.燃气工程[J].北京：机械工业出版社，2002:455-498

2 李耀明，朱勇.液化石油气特种设备安全管理探讨[M].煤气与热力，2011；31(2)：B21-B23

3 孟令东，杨军伟，乔玉林等.环保型水基金属清洗剂的研制.新技术新工艺，20111；06

4 王引平，吴华，杨军.城镇燃气各类用户用气量预测方法研究.2011；31(5)：B10-B11

(本文作者：陈帆郝兴军汤承宗温州市管道燃气有限公司 325000)