有机热载体锅炉清洗剂的性能试验研究

周 英 叶善明 林骥华 宁波市特种设备检测研究院

司 荣 中国锅炉水处理协会

有机热载体锅炉清洗剂的性能试验研究

周 英 叶善明 林骥华 宁波市特种设备检测研究院

司 荣 中国锅炉水处理协会

通过对目前市场上常见的几种有机热载体清洗剂，尤其是在线清洗剂进行模拟清洗试验，同时试验研究了在线清洗对有机热载体的影响，评估其清洗效果和对锅炉及传热系统安全性影响。

有机热载体 清洗剂 清洗效果

有机热载体锅炉传热技术具有高温低压、传热均匀、控温精确、高效节能等诸多优点而被越来越广泛地应用于工业生产多个行业。但是在用有机热载体劣化或受严重污染后，容易在锅炉及传热系统的管道中结焦、积碳，恶化传热、影响热交换，浪费燃料，严重的甚至引发安全事故。因此，当油品严重劣化时，需及时换油，并对锅炉及传热系统进行必要的清洗[1]。目前我国尚无有机热载体锅炉清洗的技术规范,各种有机热载体清洗剂鱼龙混杂充斥市场,清洗质量难以保证。有的清洗剂不但达不到清洗目的,反而容易造成系统污染，有的甚至加速新加有机热载体的劣化,影响锅炉系统安全运行。宁波市特种设备检验研究院为配合《有机热载体锅炉化学清洗导则》制订，承担了浙江省质监局科研项目《有机热载体锅炉清洗检验评定与安全节能的研究》(计划编号：20120316)。在项目研究过程中，对目前市场上常见的几种有机热载体清洗剂，尤其是在线清洗剂进行了模拟清洗试验和对有机热载体影响的检测试验研究。本文根据清洗案例和模拟试验结果，对各类清洗剂的清洗效果以及在线清洗对有机热载体和锅炉系统运行安全性的影响进行了分析研究。

1 有机热载体锅炉清洗剂特性

1.1 有机热载体清洗剂性能要求

有机热载体锅炉清洗剂应具有以下的性能：

1）溶解力强，可有效溶解附着在炉管及系统内壁的油泥、胶质、结焦物等；

2）具一定渗透能力，能渗透至结焦或积炭物下炉管内壁表层，使沉积物从管壁上剥离，以达到清洗内壁的目的；

3）对设备无腐蚀，清洗剂应不含对金属产生腐蚀的成分；

4）清洗残液对新加入的有机热载体无污染，不影响其热稳定性；

5）安全环保，清洗剂应不易燃、易爆，无毒或低毒，通过回收或适当处理不对环境产生污染。

6）在线清洗剂应具有良好的热稳定性，最高允许使用温度应不低于锅炉最高使用温度，并且不对在用有机热载体产生不良影响。

1.2 常用有机热载体锅炉清洗剂

目前，有机热载体锅炉及传热系统化学清洗常用的清洗剂主要有无机清洗剂、有机相清洗剂及在线清洗剂。前两者为非在线清洗，通常是在系统中的劣化有机热载体排出后加入清洗剂，并加热至80℃～95℃循环清洗。在线清洗是在锅炉和系统正常运行状态下，通过膨胀槽往锅炉及传热系统中加入一定量的清洗剂，与在用有机热载体相混合，在运行中循环清洗。各类清洗剂的主要清洗特性为：

1）无机清洗剂：通常以水相的碱性药剂为主，加表面活性剂、渗透剂、分散剂等助剂。无机清洗剂价格相对便宜，但不同配方的清洗剂和清洗工艺的清洗效果差异较大，而且清洗后残留清洗水不易排光，投入运行初期脱水汽时间较长，若脱水排汽不当还容易造成膨胀槽喷油的危害。另外，清洗废液中油污量较大，处理不当，易污染环境。

2）有机清洗剂：对油污有较好的溶解性，对金属无腐蚀性。清洗后，可较快投入运行，即使有未排尽的残留清洗剂也可在运行初期通过排汽安全除去，对有机热载体基本不影响。清洗废液可回收处理或混入燃料燃烧，对环境污染少。但此类清洗剂大多价格较高，有些溶剂类清洗剂易燃或有一定毒性。目前有的清洗公司采用将使用过的有机清洗剂过滤后重复利用，以降低清洗成本，减少清洗废液。但如果重复使用次数过多，有效清洗剂量不足，清洗效果将大打折扣。

3）在线清洗剂：属于一种具有高温热稳定性和较高沸点的有机类清洗剂。在线清洗的优点主要是可在运行状态下清洗，避免停车清洗影响生产，且操作简便，不需专业队伍施工，因此近年来得到越来越多的用户青睐。但是，目前在线清洗剂基本上都未经过热稳定性试验，有些在线清洗剂热稳定性较差，高温下易与在用有机热载体发生反应，不仅起不到清洗作用，反而会加速其劣化，有的甚至因清洗不当而引发安全事故，造成重大经济损失。

1.3 在线清洗典型案例

宁波某印染公司一台有机热载体锅炉，出口最高温度260℃，在用有机热载体已使用近9年（期间曾因残炭和运动黏度超标而置换部分新油）。2012年底检测结果残炭指标已达安全警告，继续运行三个月后，该使用单位决定换油，并采用上海某导热油生产厂提供的YZC在线清洗剂对锅炉及传热系统进行在线清洗。在锅炉及循环系统正常运行状态下，加入36kg在线清洗剂（投加量0.12%）继续照常运行。然而运行清洗过程中，发现锅炉升温变慢，油品取样检测结果，残炭和运动黏度严重超标，只得停止锅炉运行，终止清洗，更换合格新油。由于系统中油品已严重劣化，黏度很大，近1/3的已劣化有机热载体难以排出，仍残留在锅炉及传热系统内。锅炉重新投入运行后，再次检测有机热载体，结果残炭指标超过GB 24747《有机热载体安全技术条件》标准规定的停止使用质量指标（检测数据见表1)。清洗剂供应商对此解释是由于管壁上沉积物清洗下来所致，认为可在运行中利用过滤阀滤除炭渣，降低油品残炭值。然而该锅炉继续运行9个月后年检时，抽样检测结果残炭超标更为严重，需停止使用，重新更换合格新油。由于有机热载体价格较高，使用单位因重新换油及停产而导致很大经济损失。针对这一情况，我们在项目研究中重点对在线清洗剂的清洗效果及其对有机热载体的影响和热稳定性进行了试验研究，分析该锅炉在线清洗和换油后，油品中残炭增高是由于清洗下来的沉积物引起还是其对有机热载体劣化反应，或是其高温下变质引起。

2 模拟清洗研究试验

2.1 研究试验的技术路线

1）制作模拟锅炉管路沉积油、泥、油垢和结焦的实验杯：将有机热载体严重劣化，且已结焦、积炭的锅炉及循环系统管道进行割管，取管内积聚的油泥、焦渣、炭垢等沉积物作为清洗试验对象。配备一组金属实验杯，在每个实验杯底部和杯壁均匀涂抹相同称量的油泥、焦渣，然后置于电热板上加热，使轻组分挥发后金属壁面形成较为牢固的油泥、油垢和结焦物。

2）选用清洗剂及其实验条件：从清洗剂生产厂、清洗现场和清洗公司收集各类有机热载体锅炉清洗剂，其中在线清洗剂7种，分别将其编号为A、B、C、D、E、F、G；有机清洗剂2种，编号为H、I；无机清洗剂4种，编号为、J、K、L、M。根据清洗剂使用说明书或清洗公司实际清洗操作要求控制清洗实验条件，具体见表2。

表2 实验所用清洗剂及其清洗操作控制条件

3）模拟清洗实验：根据各类清洗剂的清洗特点分别进行以下试验。

（1）在线清洗剂模拟清洗试验：取锅炉系统中的在用有机热载体油样（以下简称油样），作为在线清洗剂载体。为避免油样本身和油泥的影响引起误判，每组试验将同一在用有机热载体匀分成两份，其中一份按比例加入清洗剂，另一份不加清洗剂作空白试验进行比对。

每种在线清洗剂分别进行清洗效果和对油品影响的试验：用一组实验杯，其中两个为干净杯，两个为模拟油垢杯，在一个干净杯和一个油垢杯中加入清洗剂的油样；在另一个干净杯和油垢杯中加入等量不加清洗剂的油样作空白，然后将实验杯同时置于恒温加热板上加热清洗；中途暂停清洗，将油液倒至烧杯，观察实验杯清洗状况后再将油液倒回杯中继续清洗。至预定时间停止加热，快速搅拌并略作冷却后，用倾泻法将杯中的油液连同脱落的垢渣倒至烧杯，用干纸巾吸去杯中浮油后称量，根据清洗前后油垢实验杯失重量计算去污率。另外，对倒出的油液进行残炭、酸值和运动黏度指标检测，分析清洗剂对油质的影响。

（2）有机清洗剂模拟清洗试验：在一组模拟油垢杯中分别加100%新清洗剂或新清洗剂与重复利用清洗剂按1∶1、1∶2、1∶3混合的清洗液，进行加热清洗。达到预定时间后停止清洗，快速搅拌后趁热用倾泻法将清洗液连同脱落的垢渣全部倒至烧杯，再将实验杯置于电热板上加热至杯壁干燥，冷却后称重，根据清洗前后失重量计算去污率。同时对倒出的清洗液测定其残炭，然后进行过虑，再次测定其残炭，并进行重复利用的清洗试验。

（3）无机清洗剂模拟清洗试验：在模拟油垢杯中加入无机清洗剂后加热清洗，至预定时间，快速搅拌后趁热用倾泻法将清洗液连同脱落的垢渣全部倒出，先用冷水再用热水冲洗至金属表面呈中性，然后将实验杯吹干后称重，根据清洗前后失重量计算去污率。

上述各项清洗实验过程中，按表2控制清洗液温度，定期搅拌和观察实验杯内壁清洗效果及杯中油质或清洗液变化情况，并予以记录。

2.2 模拟清洗试验结果

1）在线清洗剂试验结果见表3。

2）非在线有机清洗剂试验结果见表4。

3）无机清洗剂试验结果见表5。

表3 在线清洗剂的清洗效果和的试验结果

表4 非在线有机相清洗剂清洗效果试验结果

表5 无机清洗剂清洗效果试验结果

3 在线清洗剂的热稳定性试验

由于有机热载体锅炉及传热系统的在线清洗往往是在高温运行状态下进行，因此不仅清洗剂本身的热稳定性应达到锅炉最高使用温度，不会因发生裂解或聚合而丧失清洗能力；而且清洗剂在高温下不应与在用有机热载体发生反应，影响其热稳定性和传热性。我们对清洗剂进行模拟清洗试验时，发现有的在线清洗剂随着清洗温度提高和清洗时间延长，容易加速有机热载体的劣化。为此，将试验所用部分在线清洗剂送中国特种设备检测研究院有机热载体型式试验实验室进行以下热稳定性试验。

1）清洗剂对油样热稳定性影响的试验：按说明书的加药量比例在基础油中加入清洗剂（其中型号为DCA清洗剂，因产品说明书中加药量范围较大，分别进行加药量为10%和20%的试验），在280℃恒温下进行720h热稳定性试验，考察清洗剂对油品的热稳定性影响。

2）清洗剂本身的热稳定性试验：在300℃恒温下，对在线清洗剂进行720h热稳定性试验（其中编号为C的清洗剂，因其过于粘稠，加50%基础油稀释），同时另取基础油作空白试验。

3）试验结果：热稳定性试验结果见表6。

表6 在线清洗剂热稳定性试验结果

清洗剂对有机热载体热稳定性影响的试验结果表明：280℃时，TOC105清洗剂加入5%，变质率增加1.6%；YZC清洗剂，看起来变质率仅增加0.3%，但其加入量仅0.12%，因此实际上变质量是其加入量的两倍以上；DCA清洗剂每加入10%，变质率增加1.4%。按照GB 23971-2009《有机热载体》强制性国家标准规定，有机热载体及所添加试剂在最高允许使用温度下进行热稳定性试验，变质率应不大于10%。目前国内普遍使用的有机热载体热稳定性试验温度大多至少为300℃，然而对三个在线清洗剂产品进行300℃热稳定性试验结果，全部不合格，特别是TOC105和YZC清洗剂加热试验不久即严重裂解而爆管。

4 讨论

4.1 在线清洗效果和对有机热载体的影响

本实验中，用干净杯进行的清洗剂对油质影响的试验结果表明，加清洗剂后油样的酸值变化不大，说明氧化影响较小；而残炭和黏度普遍比空白试验明显增大，说明对油质有劣化影响。尤其是1.3典型案例中所用编号C的YZC在线清洗剂，高温加热50h后残炭、酸值和粘稠度都显著增大，证明典型案例中所用清洗剂确实对油质有加速劣化的催化作用。油垢杯模拟清洗实验结果显示，在线清洗剂的清洗效果普遍较差，扣去空白试验显示的油样对油泥的溶解去污作用，B清洗剂清洗作用不大，A、C、D、E清洗剂，去污率甚至远不如不加清洗剂的空白试验。只有F清洗剂效果尚好，且清洗剂对油质影响也不大。另外，实验结果表明：热稳定性较差的在线清洗剂，在低于240℃温度下清洗，尚有一定清洗能力，但当温度高于250℃时长时间清洗，非但达不到清洗效果，甚至还会加快油质劣化，加重油污沉积程度。

4.2 非在线清洗的效果及影响

非在线清洗效果普遍比在线清洗好，但不同的清洗剂清洗效果有较大差异。编号H的有机清洗剂清洗效果较好，清洗后的洗液可重复利用，但必须经精密过滤使其残炭含量小于1%，否则带入的炭质物不但影响清洗效果，而且容易在金属表面沉积结焦物。另外，使用重复利用的有机清洗剂时，为确保清洗液有足够的有效成分，新清洗剂的添加量至少不应低于35%。无机清洗剂中编号L、M的清洗剂对油泥、油垢具有较好的清洗效果；而J、K清洗剂的清洗效果不够理想。另外，编号为I的有机清洗剂和J、M无机清洗机，与油泥、垢渣等作用后形成片状物或粘性物质，容易堵塞管路或粘附于管壁上，需在清洗过程中确保较高的循环流速，并及时利用过滤阀清除，避免洗脱的油污、垢渣重新粘附或沉积于管路中。各类清洗剂清洗结束时都应趁热排出清洗废液，使用无机清洗剂的，还应立即用热水快速循环冲洗。

5 结论

通过本课题的实验研究得出以下结论：

1）大多数清洗剂对油泥的清洗效果较好，部分清洗剂对油垢和结焦物有一定清洗剥离作用，而对于已炭化的顽固垢几乎所有的清洗剂都无法将其清除。因此，当油品残炭和粘度增大至一定程度时，应及时清洗，避免结生难以清除的炭垢。

2）目前大多数在线清洗剂清洗效果不理想。运行温度较高的锅炉系统若使用热稳定性较差的清洗剂进行在线清洗，不但起不到清洗效果，反而会污染在用有机热载体，并造成安全隐患。因此，在线清洗剂必须由权威机构进行热稳定性试验确定其最高允许使用温度，并应在产品说明书中根据其热稳定性标明其使用的温度范围。

3）确保有机热载体锅炉的清洗质量，除了选择高效良好的清洗剂，还应掌握合适的清洗工艺，控制适当的温度和清洗时间。超温清洗或过长的清洗时间，不但不能提高清洗效果，反而还会造成不良影响，有的甚至危害锅炉系统的安全运行。

由于有机热载体锅炉及传热系统没有检查孔，清洗前后无法对管路内壁进行检查，因此长期来对各类清洗剂的清洗效果难以确定。本实验研究的检测数据基本反映了目前国内有代表性的有机热载体锅炉清洗剂的清洗效果和影响因素，为《有机热载体锅炉化学清洗导则》的标准制订提供了较为可靠的科学依据。

1 周英,林骥华,褚孟宪,等.有机热载体锅炉清洗特点及清洗质量的检验.中国特种设备安全.2013,29(5):28~31

By the simulating cleaning tests for several common organic heat carrier deterget in the present market, especially for online deterget, and experimentally studying the infuence of online cleaning on organic heat carrier, the cleaning effect and its impact on the security of the boiler and the heat transfer system were evaluated.

Organic heat carrier Clean agents Cleaning effect

2013－09－30）