电子除垢系统在丙烯腈厂的应用

霍凤华（吉林石化公司丙烯腈厂）

电子除垢系统在丙烯腈厂的应用

霍凤华（吉林石化公司丙烯腈厂）

吉林石化丙烯腈厂循环水换热器由于结垢，换热效果降低，影响装置的运行。丙烯腈厂为20台循环水换热器安装了电子除垢系统，解决了设备和管线的结垢问题。每年节约用水量560×104t，每年降低维修费用74×104元。

丙烯腈装置 电子除垢系统 应用

石化企业在工业生产中，大多要使用循环水作为生产过程的冷却介质，由于水的来源不同，导致其热力学不稳定性和化学不相容性。在循环水中往往含有较高的成垢离子如钙、镁、钡、锶等，这些离子的存在，导致了管线和设备在不同程度上存在BaSO4和CaCO3等结垢问题。由于结垢严重，造成管线的内径缩小，污垢热阻增大，换热器效率降低，严重影响了石化企业的正常生产。以往的解决办法只有停产除垢或者更换管线、设备报废更新，这在很大程度上增加了生产成本，降低了企业的经济效益。

1 结垢的基本原理

在石化企业的生产过程中，水垢的形成过程比较复杂，与水的硬度和pH值等有关，一般水垢形成可以分为三步。

第一步：水中的成垢离子结合形成溶解度很小的盐类分子。

第二步：由于结晶作用，使上述盐类分子间相互结合排列并形成微晶体，产生晶粒化过程，生成晶核。

第三步：大量的离子以晶核为中心，逐渐形成晶体方块，长大后的晶体方块沉积到管壁上，形成了致密的垢层。由于条件不同，形成了不同形状的结垢。

根据丙烯腈厂的垢样分析，结垢成分以碳酸盐为主，钙、镁离子与碳酸根或碳酸氢根结合而形成垢。

垢的存在形式除碳酸盐和硫酸盐外，还有铁垢、硅垢等。铁垢主要有FeO、Fe2O3、Fe3O4，主要是由于管线和设备遭受腐蚀而产生的，它通常与碳酸盐、硫酸盐混杂而沉积下来。硅垢是以硅酸盐和二氧化硅的形式存在。此外，还有一些水中的悬浮物和微生物沉积产生的垢。

2 结垢的影响

设备结垢后，设备的检修周期缩短，水耗、能耗指标增加，从而使产品成本增加。

随着设备和管线运行时间的增加，结垢厚度也相应增加，而传热系数、传热效果却逐渐降低，当传热系数达到最低设计值时，物料冷却温度达不到工艺要求，换热器就得检修。

设备和管线运行中，由于水管结垢，进出水管及换热器流通截面减少，摩擦系数增加，流速加快，必然导致阻力增加，因此动力消耗也随之增加。另外，换热器由于换热系数降低，水的换热温差变小，在其他介质温差、流量不变的情况下，用水量增加，而用水量的增加就直接导致动力消耗增大。

针对上述问题，寻求了一种经济、环保而且行之有效的解决办法，即在循环水换热器上安装电子除垢系统来解决这一问题。

3 电子除垢系统

3.1 除垢原理

电子除垢系统的作用原理不同于以往任何物理、化学除垢方法，其核心是一个调制信号发生器。采用集成电路和信号处理技术，产生一种复杂频率的调制信号，通过信号电缆将该调制信号加在管道上，在管道内部产生一个分子力动态干扰场；作用于管道中的流体和溶于其中的溶盐分子，产生一种核化效应，这种核化效应可以改变流体中溶盐正负离子的电化学特性和物理特性，破坏流体中溶盐正负离子之间的结合力，从而改变溶盐正负离子之间以及溶盐分子与其他表面之间的黏附特性，防止流体中的溶盐沉积产生管垢。由此还产生一个特殊效果，就是流体中溶盐的溶解度有所提高，已生成的管垢也会逐渐溶解，并溶回到水中，从而达到防垢、除垢的目的。

3.2 系统的优点

◇对管道、设备的材质没有特殊要求；

◇在线安装、在线连续工作、在线维护，设备不需停机，不影响生产、不需人工操作；

◇绿色环保，不产生化学污染；

◇功率小（1～60 W），节省能源，不影响其他电子设备正常工作。

设备安装了电子除垢系统后，由于消除了设备和管线的结垢问题，系统不会因为阻力增加而增加能耗，也不会因为换热系数降低而增加水耗。因此，安装了电子除垢系统，也就相对节约了用水和用电。

3.3 系统安装流程

电子除垢系统安装在需要除垢设备的入口水管线上，位置要适当，否则影响其他设备的操作，前后要有2～5 m的直管段。典型的安装流程见图1。

图1 电子除垢系统安装流程图

电子除垢系统主要由电源箱、控制箱、缠绕导线组成。

4 电子除垢系统的应用

项目实施进度如下：

◇2009年9月完成可研报告及报批；

◇2009年11月初步设计编制完成；

◇2010年1月施工图设计，设备采购；

◇2010年3月开始施工；

◇2010年5月进行调试。

该项目投资1 049.23×104元，其中工程费用962.96×104元，建设费用55.71×104元，预备费用30.56×104元。

丙烯腈厂为20台循环水换热器增设了电子除垢系统，经过几个月的运行观察，换热器运行状况良好。以往部分循环水换热器要定期对循环水进行反冲洗，到检修时壳程还要进行化学清洗。目前，这20台循环水换热器未进行反冲洗，工艺指标正常，达到了预期效果。

◇物料消耗：电子除垢系统只有电耗，没有其他消耗；

◇单台设备电耗：≤60 W/h，年耗电：≤480 kW·h；

◇20台设备年耗电：≤9 600 kW·h；

◇20台设备初期用水量约2 129 t/h；

◇每年节约用水量560×104t，每年节约维修费用74×104元。

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.017

2011-02-08)

霍凤华，2008年毕业于北京化工大学，工程师，从事丙烯腈生产管理工作，E-mail：jhjt-huofh@cnpc.com.cn，地址：吉林石化公司丙烯腈厂，132021。