化工生产设备的清洗

化工生产设备的清洗

1．开车前清洗的必要性

过去认为新安装的化工生产设备不需要在开车前进行化学清洗，但实践证明，开车前进行化学清洗对提高生产效率，避免污垢对生产的影响十分必要。因此目前新建化工设备投产前必须进行开车前清洗。

化工生产过程中涉及多种化工原料并要使用催化剂。对某些原料和催化剂的纯度要求极高，因而在生产过程中对装置设备及管道的清洁度有很高的要求，任何杂质的介入都会导致催化剂中毒，副反应的产生直至破坏整个工艺过程。此外装置中的某些设备及附件的精度要求很高或对杂质的破坏作用十分敏感，因此任何机械杂质的介入都极有可能破坏精密部件的质量而影响正常生产。

任何新装置的设备和管道在制造、运输、贮存及安装过程中都不可避免地产生轧制鳞片、油污泥纱、焊渣、表面浮层及各种氧化物等污垢，因此在新装置开车前要进行清洗将各种污垢杂质去除，使装置达到合乎要求的清洁度，为正常生产创造良好的条件。

2．清洗前的准备

清洗前应把被清洗设备或装置中易受清洗液腐蚀损害的部件如调节阀、流量计等拆除，并将过滤器芯(网) 及单向阀的阀芯抽除。并采用加临时短管、旁路或盲板等措施以保证清洗过程中不发生泄漏，不损坏其他部件，并使被清洗设备与不清洗设备及管线隔开。

并按要求准备好水、电、蒸汽及氮气、空气等工程用料，如使用的氮气要求纯度达到太于99%、干燥无油、压力能保持在0.2～0.6MPa 。

3．清洗程序及工艺条件

(1)清洗方式 根据设备具体情况可采用浸泡循环清洗或喷淋清洗。采用浸泡循环清洗时可采用低点进液高点回液的循环流程。并在高点设置排气孔以防止产生气阻而使清洗液不能充满系统。采用喷淋清洗时可采用高点进液，低点回流的流程。两种流程中使用的氮气管线可安装于高点，同时设置低点导淋排污点以排尽残液。

(2)清洗程序及使用药剂 清洗程序一般为系统水压检漏(水冲洗) 一脱脂一水冲洗一酸洗一冲洗一漂洗一中和钝化一检查及人工处理。

以下对各工序加以说明。

水压检漏(水冲洗) 目的是检查临时系统的泄漏情况，同时清除系统中灰尘、泥沙、脱落的金属氧化物、焊渣及其他疏松易除的污垢。检漏肘首先应高位注水，低点排放，以便排尽杂物，控制进出水平衡。冲洗流速一般大于0.15m ／s ，必要时可作正反向切换。冲洗至出水目测观察透明无微粒为止。然后将系统注满水，关闭出口阀门，升压至0.4～1.0MPa ，检查所有焊缝、阀门、法兰、短管等连接处的泄漏情况并进行修补，合格后排尽系统内冲洗水，再注入加热至60～70℃热水，然后用手摸检查系统有无死角、气阻截流及串线等现象。

脱脂清洗目的为除去系统内的机械油、石墨脂、油涂层及肪锈油等油污以保证酸洗均匀。[page] 适用于碳钢、不锈钢等材质的脱脂清洗液的配方为：

烧碱0.5%～2.5%；纯碱0.5%～2.5%；磷酸钠0.5%～2.5%；水玻璃(Na2SiO 3) 0.5%～2.5%；表面活性剂0.05%～1.0%表面活性剂为润湿剂JFC ，聚醚F68，烷基苯磺酸钠或乳化剂OP —10等。

适用于铝等有色金属材质的脱脂清洗剂配方为：

磷酸三钠0.5%～2.0%；水玻璃0.5%～2.0%；三聚磷酸钠0.5%～2.0%；表面活性剂 0.05%～1.0%。

操作方法为排尽系统内冲洗水，用预热的水充满系统并循环加热，然后加入脱脂清洗液保持80℃土5℃。每3min 检查碱度、油含量、温度各1～2次。当系统脱脂液碱度、油含量基本趋

于平衡，监测管段上的污垢全部除尽后即可结束脱脂，并用氮气将脱脂液压出。

脱脂后的水洗目的是除去系统内残留的碱性清洗剂，并使残留的部分杂质脱离表面被带走。用氮气将脱月旨液压出后，及时注入温水冲洗，并每10min 监测一次pH 值和浊度，使系统呈中性或微碱性为止，当pH 值趋于稳定，浊度达到要求可结束水冲洗，一般水冲洗3～5h 左右。 酸洗目的是用酸与金属氧化物的化学反应使其生成可溶物而去除。

适用于碳钢材质的酸洗清洗液的配方为：

(a)盐酸6%～10%，缓蚀剂Lan —826 0.2%～0.25%。

(b)盐酸6%～10%，氢氟酸0.2%～1%，缓蚀剂：Lan —826 0.25%～0.3%。

适用于不锈钢、碳钢—不锈钢组合材质的酸洗清洗液配方为：

(a)硝酸5%～1.0%，氢氟酸0.5%～10%，缓蚀剂Lan —826 0.25%～0.30%；

(b)氢氟酸1%～2%，缓蚀剂Lan —826 0.20%～0.25%；

(c)柠檬酸2%～3%，氨水(调节pH ＝3.5～4.0) ，缓蚀剂Lan —826 0.1%～0.2%。

酸洗的方法为用氮气将冲洗水排出后，用泵将配制好的酸洗液打入系统中，当有清洗液返回时通过放空和导淋检查酸洗液是否充满，确定充满后再用泵进行循环清洗并定期切换方向。在循环过程中每隔一定时间进行排污和放空，避免产生气阻和导淋堵塞，影响清洗效果。每30min 检测1—2次酸浓度和pH 值，检测一次铁离子和铜离子浓度，并随时观察腐蚀率。当清洗液浓度不再降低，金属离子浓度基本稳定，监测管段污垢已完全除尽呈现金属本色时即达到酸洗终点。酰洗过程大约4～8h 。

酸洗后的水冲洗目的为去除残留的酸洗液和系统内脱落的固体颗粒以利漂洗和钝化处理。其法为用氮气将酸洗液排出，并用大量水对全系统进行开路清洗。不断轮换开启系统各导淋以使沉积在短管内的杂物、残液排净，冲洗过程中每10min 测定一次pH 值，当pH 值接中性时停止冲洗。

漂洗目的是利用柠檬酸铵与系统内残留的铁离子络合并除去系统内在水冲洗过程中形成的浮锈，使系统总铁离子浓度降低、以保证后面钝化效果。漂洗液配方为：

柠檬酸0.2%～0.5%，加氨水调至pH ＝3.5～4.0，缓蚀剂Lan-826 0.1%～0.2%。[page] 把此漂洗液用泵打人系统，漂洗温度维持在80℃±5℃，控制pH ＝3.5～4.0。每l0min 检测一次pH 值和温度。每20min 检测一次漂洗液浓度和铁离子浓度，当漂洗液浓度和总铁离子浓度基本达到平衡即可结束漂洗，漂洗时间约2～3h ．

中和钝化工序中和目的是去除残余酸液，钝化是为了防止酸洗后处于活化状态的金属表面重新氧化而产生二次浮锈。

钝化液配方为：

亚硝酸钠1%～2%，纯碱0.5%～1.0%氨水是用来调节pH 值的。

漂洗结束后，如溶液中铁离子含量小于500mg ／kg 时可直接用氨水调节pH=9～10，加入钝化液进行钝化处理。若铁离子含量大于500mg ／kg 时应更换漂洗液至溶液中铁离子含量小于50(mg／kg) 再加入氨水和钝化液。钝化温度维持在40～60℃，钝化处理过程中要不断进行高点放空，低点排污以排除气阻、避免死角，确保钝化效果。钝化过程每30mm 检测一次pH 值和温度。钝化时间一般为4～6h 。

检查人工处理工序的目的是对清洗后的设备进行最后检查，对局部钝化破损出现锈霜的地方采用人工修补处理。

整个清洗过程通过建立清洗站进行，图 27—2为清洗站示意图。

图27—2 清洗站流程示意图

二、开工后的清洗

1．污垢的情况

已运动1～2年以上的化工装置常会粘有铁的氧化物垢屑或含钢的垢屑，铜垢中含有氧化铜

(CuO)、碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO 3]和金属铜。

对开车后化工设备中锈垢的分析结果如表27—3所示。

表27-3说明化工设备开车后锈垢主要的铁和铜氧化垢。

铁锈垢一般可用酸洗去除。酸洗的方法和步骤与开工前的清洗装置的方法基本相同。 当污垢中铜含量较多时，仅用酸洗是除不掉的，需用氨水除去铜的成分后，再进行酸洗。 铜和铜氧化物垢屑经常与铁的氧化物形成层状附着物，这种多层附着物清洗很费事，应当在层状物形成前加以清洗。

对铜和其氧化物可采用以下方法清洗。

2．铜垢清洗方法[page]

(1)氨水—盐酸两段清洗法 它的原理是先用氨水把铜离子络合，形成铜—氨络离子而溶解。

Cu 2++4NH2=[Cu(NH3) 4]2+铜垢溶解后，经水冲洗干净再用盐酸把铁锈和其他水垢溶解去除。 Fe 2O 3+6HCl＝2FeCl 3+3H2O

用水冲洗之后，要进行防锈处理。这种方法的缺点是耗费时间较长，用水量较大。表27—4列有两段法清洗液的组成。

表27-4 氨水—盐酸两段清洗法洗液组成

S

‖

(2)硫脲—盐酸法 硫脲(H2N C--NH 2) 也是铜离子的一种络全剂，能与铜离子形成稳定的配位一

化合物。

Cu 2++2(NH2) 2CS ＝[Cu(N2H 4CS) 2]2+

使用时把硫脲溶于盐酸中并用过硫酸铵[(NH4) 2S 2O 8]作氧化助剂，配成洗液使水垢中各种离子成分一次全部溶解去除。由于只用一次洗液处理使工作效率大为提高。

(3)碱洗除铜法(ACR法) 是一种应用较普遍的有机螯合剂去掉铜、铁锈垢的新工艺。其优点是用一种洗液对铜垢进行处理还可达到同时防锈的目的，所需时间短、用水量少。ACR 法工艺流程如图27—3所示。

此工艺包括JeEDTA 螯合清洗剂加热到 120～160℃在pH ＝9～9.2范围循环清洗约6～8h ，利用EDTA 螯合作用去除氧化铁后，然后熄火降温至90℃，通人氧气把铜氧化成氧化铜。在去除铜垢的同时在金属表面生成三价铁盐的钝化膜起到防锈效果。其反应机理为铁锈垢与 EDTA 铵盐反应而被螯合溶解。

图27—3 ACR 法清洗工艺

Fe 3O 4+3Y4-+8NH+4=2FeY-+FeY2-+8NH3+4H2O

铜单质是较难被O 2氧化的，但形成螯合物后易被氧化，因为Cu 2+/Cu的电极电位要比CuY 2-/Cu的电位高得多，因此在含有螯合剂时EDTA 溶掖中铜容易被Oj 氧化。二价铁离子的螯合物FeY”易被空气中氧化成FeY -，而FeY -较易把Cu 单质氧化。因此在通人氧气盯；[page]

首先发生2FeY 2-+ O2+H2O=2FeY-+20H-的反应，生成的FeY —又参加铜单质的氧化反应：Cu+2FeY-+Y4-=CuY2-+2FeY2-，产生的FeY -—又被循环应用到前一反应被氧化成FeY -。由于FeY 2-的参与使铜单质的氧化要比直接被空气氧化快得多，使通入氧气把铜单质氧化成为可能。

三、设备管线的清洗

清洗化工生产设备通常采用化学清洗或物理清洗方法。

1．化学清洗工艺

根据管线中污垢的种类及清洗的目的可采用不同的清洗工艺。这些工艺的原理已在前面有关章节中介绍过，在此仅把有关工艺列在表27—5中供读者参考。

表27-5 根据不同清洗目的采用的化学清洗工艺

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2．物理清洗工艺

通过物理或机械方法对管线表面的污垢给予一定冲击力使其剥离脱落。采用的方法有高压水射流清洗、PIG 清洗、喷砂清洗、旋转机械清洗、吸引清洗及超声波清洗等，这些方法的原理在第二篇中已有详细介绍，在这里只对具体的清洗设备做些介绍。

(1)高压水射流清洗 用小口径的喷嘴以高压水连续喷射，靠射流的冲击力可以去除管道中的污垢和堵塞物。 肩压水射流清洗装置主要由高压泵j 动力装置，压力调节装置，高压管，各种喷枪，喷嘴组成，可装在工程车上，便于现场施工。

根据管线内壁附着物的硬度，粘着性，油性等形态特点选用不同压力与不同类型的喷枪或喷嘴。对油性，粘着性附着垢一般选用20～30MPa 压力，硬质垢选用30一70MPai 对特硬垢或近乎堵塞的管道可采用150MPa 或更高压力。

根据清洗对象不同可采用刚性喷杆或柔性喷杆，前者适用于清洗直管，后者适用于曲管。喷杆头部接有喷嘴。喷嘴有多孔固定型和旋转型(见第十章有关图形) ，通过改变喷嘴孔的大小、形状、数量、喷射角度、方向可以改变和提高清洗能力。

对弯曲形状的热交换器传热管，一般靠人工使用柔性喷杆，一根接+根地进行作业，近年来也采用机械化喷杆作业系统。

(2)机械清洗 是用电机或压缩空气、高压水驱动使前端的钻头发生旋转来清除管内硬质或软质污垢的方法。在钻头附近喷射出的低压的水起到冷却钻头、排除污垢的作用。对于不宜用水或酸清洗的污垢可用加压空气清除，可燃性污垢不能用加压空气可通氮气清除。

清洗硬质污垢要用超硬金属制造的钻头，但应注意选择好与管道内径相适合的钻头以免造成管道内壁损伤。为提高清垢效率，钻头的刀刃有不同形状，操作时间转数可达10000r ／mln 以上。

图27—4 机械法清洗U 形热交换器管道

清洗软质污垢时，钻杆外径相对要细些，确保有足够的排污空间。机械清洗中钻头的旋转是靠挠性轴传递的，轴的中心是高压管，用这种方法可清洗完全堵塞的U 型热交换器如图27—4。也可以用穗形钢丝刷代替钻头清洗管道，同时用水把脱落的污垢排掉，见图27—5。[page]

(3)PIG清洗 是用塑料制成的弹丸清洗管道的方法。把弹丸用水压经渐缩管(发射装置) 压人被清洗管内，利用弹丸与管壁的摩擦作用清除内壁的污垢。再利用管壁与弹丸接触面的泄漏反压水把除去的污垢向前输送，并从装在另一侧的渐缩管(接受装置) 排出。其后再给渐缩管(接受装置) 加压，弹丸反向压入管中并对管道进行清洗。弹丸在清洗管中反复进行往返运动达到清洗污垢目的；目前使用的弹丸是富有弹性可压缩的高发泡性聚氨酯材料制成的炮弹状或球状体。在其表面可嵌植磨料、钢丝刷和铁钉。

类似的还有在炼化厂冷凝冷却器中使用的在线胶球连续清洗系统，见图27—6。胶图

27—5 穗形刷清污装置球随循环冷却水送人冷凝管内，胶球外径比管内径稍大，利用胶球对管壁的压迫作用l 在行进中摩擦去除积垢，随水流胶球进入循环水出水口吸球网中并重复上述清洗过程，直至完成清洗。

如果在管线中加入少量清洗药剂可用PIG 机清洗、清除长距离管线中的积垢，如在输油管线中加入脱脂剂或脱蜡溶剂，用PIG 清洗可去除管壁的油污。PIG 清洗最易出现的故障是卡径式堵塞，这个问题可用逆方向吹送解决。在单纯用化学清洗剂不能完全清除掉管内污垢时可用化学清洗与PIG 清洗相结合的方法。具体装置见图27—7。在清洗剂、罐中混入弹丸 (PIG)，然后用泵以较高速度把清洗液打人清洗管中，在清洗管内由于流速急剧变化，弹丸发生螺旋运动并撞击管壁，在化学清洗剂与PIG 清洗协同作用下可清除单纯用化学清洗剂难以去除的污垢。清洗完成之后可用弹丸分离装置把弹丸与清洗液分离。

图27—6 在线胶球连续清洗系统

1一冷凝器；2一收球网；3一胶球分配器；4一装球室；5一胶球泵

图27—7 化学清洗与PIG 相结合的清洗装置示意图

利用化学清洗与物理清洗方法交叉或联合获得最佳协同效果已成为当前清洗技术发尉的一种趋势，除了PIG+化学清洗之外i 还在高(低) 压水射流+化学清洗；旋转机械+化学清洗；旋转机械+高(低) 压水射流+化学清洗；磨料+高(低) 压水射流清洗；旋转机械+高(低) 压水射流清洗等。

(4)吸引清洗 这是利用真空泵直接吸引的清洗方法，它适合于清洗由于液体中悬浮物在流速变动与涡流发生部位堆积成淤泥而造成的管道堵塞，只适合较易清除的污垢。吸引系统中应设置过滤器，同时作好排水处理。

(5)超声波清洗 适合于小型精密机械的管道，如烧结金属管或微孔过滤器的清洗。利用水为媒体对清洗管线作超声波振荡处理，超声波产生的空穴和振动冲击作用可去除污垢。

(6)电化学清洗 对于医药、食品、超纯水装置中的管线可采用电化学清洗。把金属管-浸入磷酸或硫酸的电解液中，并与直流电源的正极或负极相连(使金属管线成为电解槽的阳极或阴极) ，依靠在清洗表面上产生的氧气或氢气的掀动作用去除附着的污垢，这种方法只在特殊情况下使用。

(7)喷砂清洗、是利用石英砂、钢丸等磨料靠压缩空气作高速喷射，以去除管线内壁锈垢、油脂等污垢的方法，它对小口径较短管线清洗有较高效率，而对大口径管道进行喷砂清洗需用大量压缩空气，现场施工难以实现，对长距离管线由于压力损失太大也不适合用这种方法。