超声波除垢技术在脱乙烷塔顶冷凝器上的应用

厉 勇，郑 娥

(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司，河南 洛阳 471012)

由脱乙烷塔进料泵送来的物料，经脱乙烷塔进料加热器加热后进入脱乙烷塔。塔顶碳二、碳三气体经脱乙烷塔顶冷凝器部分冷凝后，进入脱乙烷塔顶回流罐。不凝气自脱乙烷塔回流罐顶经压控阀送至2 号催化裂化装置或燃料气管网，冷凝液用脱乙烷塔回流泵送回塔顶全部作为回流，脱乙烷塔底物。

1 设备结垢现状及影响

脱乙烷塔顶冷凝器从以前的使用经验看，主要产生水垢，结垢速度可以达到1～2mm/a，这是由于循环水中有钙镁离子的存在，同时，运行过程中随着循环水浓缩倍数的提高，水中成垢盐类及腐蚀性离子也成倍增加，给整个系统带来严重的结垢腐蚀问题，影响生产装置的平稳运行。从以前检查维修记录来看，该换热设备两年左右结垢2～3 mm，导致换热设备换热效率已开始大幅度下降，塔压过高，压控阀频繁自动开启。脱乙烷塔顶冷凝器管板涂层不完整，入口管程有脏物堵塞(见图1);管箱内黏泥较多，存在较重的垢下腐蚀，最大凹坑深达3 mm(见图2)，腐蚀较为严重。

图1 管板结垢形貌Fig.1 Tube plate Fouling

(1)降低了产量:结垢导致换热效果降低，脱乙烷塔顶气相冷凝效果变差，使得塔压过高。为了保证塔压平衡，车间一般采取卸压的方法，排出的回流罐气相中丙烯的含量高达80%，使丙烯产量下降。

(2)增加了循环水消耗:该换热设备结垢导致换热效率降低，脱乙烷塔顶气相冷凝效果变差，回流罐冷凝液液位下降。为了维持脱乙烷回流罐内的液位在一定的高度，需要增大循环水消耗以保证碳二、碳三的冷凝效果。

(3)造成垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。该组换热设备由于结垢，造成垢下腐蚀，平均5～6 a会更换一次芯子，增加了投资成本。

从以前检查维修记录来看，该换热设备2 a左右结垢2～3 mm，两年清洗1 次。换热设备换热效率大幅度下降后，会导致塔压过高，压控阀频繁自动开启。

2 设备结垢原因分析

循环水系统中的腐蚀主要是由循环水中溶解的盐、气体、有机化合物及微生物造成的。冷却水腐蚀可以导致不同形式的损伤，包括均匀腐蚀、点蚀、微生物腐蚀、应力腐蚀开裂和垢下腐蚀等。为了减少腐蚀，换热器芯子采用了防腐涂层，循环水加入缓蚀剂、杀菌剂等，以期减少腐蚀，但检查发现效果不佳，为确定具体腐蚀类型，针对水冷器水侧结垢且存在较重的垢下腐蚀问题，选取了管箱垢物进行了采样分析，见表1。

图2 管箱腐蚀形貌Fig.2 Corrosion for Tube-case

表1 垢样分析结果Table 1 Analysis result of fouling w，%

从表1 垢物分析结果可看出，管箱垢样成分主要由氧化铁、550 ℃灼减(代表垢样中生物黏泥含量)为主，表明垢样中含有较多的微生物黏泥和泥沙物质(分别以550 ℃灼减和SiO2含量表示)，以铁的腐蚀产物为主，存在一定的垢下腐蚀。从分析结果看，微生物导致的腐蚀占有重要地位，并直接和间接促进了其他类型腐蚀的产生、发展。

3 现有换热器结垢的治理措施

以前换热器结垢严重后，采取在线清洗或抽芯高压水枪清洗的方式。人工高压水枪法致命的弱点是不能防止结垢，即使刚刚清除完垢，一旦设备开机运行，结垢就继续，直到结垢严重到威胁正常生产或安全时，再进行一次检修除垢，如此重复循环，实质上设备在运行期间始终处于带垢作业状态，能源浪费、生产效率降低、垢下腐蚀等问题一直在生产过程中持续;目前的机械除垢，对换热器有损害，同时消耗水和电消耗;加大缓蚀剂，杀菌剂加入量后气分装置塔顶冷却器结垢问题已经较严重地影响正常生产工艺，换热设备由于结垢，造成垢下腐蚀，平均5～6 a 更换一次芯子，增加了投资成本，带来了巨大经济损失。为此，采用了防除垢彻底、范围不受限制的防除垢技术，基本避免了设备生产过程中带垢状态作业而导致换热效率下降的问题。超声波防垢、除垢技术是一种能使设备不停机、不停产、不腐蚀设备无环境污染、无水资源浪费、运行成本低不需人工操作的防除垢技术。

4 除垢原理及特征

超声波防垢、除垢装置利用超声波在金属介质和与其直接接触介质中传播产生的一系列相关物理效应来防垢、除垢。当超声波-脉冲防垢、除垢装置换能器发出的超声波-脉冲振荡波在换热器传热面的金属管、板壁传播时，由于在高加速度振荡波的冲击作用下，使之金属和液体界面上的液体产生高速微涡，这一高速微涡阻碍了结垢、结晶和积垢等物质的附着，对金属界面起到了清理作用，防止了结垢、结晶和积垢。同时可去除金属管、板壁上的硬垢和软垢。超声波-脉冲防除垢系统有如下特征:

(1)工作频率可调，不会与设备产生共振;

(2)超声波-脉冲防除垢装置所发射出的振荡波为弹性波，作用在金属表面所产生的应力为10 N/m2左右，一般在金属疲劳极限的10%左右，工作过程中对原有设备不会产生任何金属损伤;

(3)由于超声波-脉冲防垢除垢装置所发射出的振荡波在金属中的传播速度较快，约为3 500～5 000 m/s，在金属表面不会产生局部应力集中而损伤原有设备的问题。

5 应用效果

由于换热器冷却效果影响因素众多，包括塔顶温度，循环水温度，阀门开度等，生产单位不能全部一一掌控，难以对具体冷却效果量化处理，从两年的使用情况看，夏季温度较高时冷却能力不足的情况有所好转，压控阀开启次数大为减少，由于上游装置加强了碳二和循环水厂指标的控制，换热器冷却能力下降速度亦比以前有所好转。夏季调节阀开度从以前的95%～100%，降到现在的90%～100%，显示了一定的效果。运行两年三个月后拆解检查，发现换热器内部结垢依然较多，见图3。

图3 超声波除垢后管板结垢形貌Fig.3 Tube plate Fouling after two years

从现场检查情况看，结垢基本为软垢，硬垢较少，显示了超声波除垢的一定效果。

6 结束语

从使用结果看，超声波除垢技术应用在脱乙烷塔顶冷凝器时有一定的效果，但距离长周期运行还有差距，主要问题是存在软垢。应进一步采取相应优化措施，有效地避免硬垢和软垢，使换热设备实现不带垢运行，减少水和药剂的损耗。长期目标争取实现在线的防垢和除垢，不再需要停产除垢，节约清洗费用，减少经济损失;避免由于结垢造成的垢下腐蚀，延长设备的使用寿命。