化学清洗在粉煤气化中的应用

杨 杨，倪 永，胡 瑞，郭亚波

（陕煤集团榆林化学有限责任公司，陕西 榆林 719000）

引言

管线、设备在加工制造、贮存、运输和安装过程中，不可避免会沾染污垢，严重影响装置的正常运行，污垢主要有油脂、防锈漆、铁锈、氧化铁、焊渣为主。化学清洗是采用化学药剂与设备表面的各种污垢进行反应、溶解等，从而达到清理去污的过程，氧气管道内的油脂等有机物，大的颗粒杂质在氧气管线内摩擦、碰撞会产生火花引起爆炸，在运行过程中必须保证管道表面清洁、无油，因此氧气管线投入生产前必须进行化学清洗，使氧气管线及设备清洁度达到投入运行的要求，消除安全隐患，保证生产的安全。粉煤气化需要化学清洗的管道及设备主要有氧气管道及与氧管线相连接的蒸汽管道、氮气管道、设备、阀门等。

1 清洗流程建立

清洗前应该根据实际工艺管道确定清洗流程，榆林化学氧管线的化学清洗采用强制循环及浸泡相接合，充满清洗，使用临时短接及管道将氧气管道与清洗泵站跨接形成循环回路。由于管道过长，及泵站功率，成本受限，采用分系统进行化学清洗。考虑到空分至界区处管径比较粗，为保证流速和实际清洗效果，分为一个化学清洗系统，从空分界区氧管线出发作为循环起点，至气化氧管线界区作为循环终点，从界区处作为循环回水起点，加临时接头接临时管，一直连接至空分界区处作为一个完整的化学清洗流程。从气化界区至氧管线末端处确定为一个化学清洗系统，对于干煤粉气化炉一般有几个煤粉烧嘴和一个长明灯，所以氧管线末端分支比较多，为保证化学清洗质量和每根管内化学液流动正常，可以在每根临时管道上配手阀，当细管流动不好时，可适当关小粗管的回水手阀。流动情况可以通过测温来判断，温度低则是流动不好。干煤粉气化炉的氧管线另一特点就是炉头处阀门比较多，当阀门下线后，加临时短接数量太多，不紧化学清洗成本提高，更影响开车进度，所以可以将氧气管道拆下后，全部串联在一起进行化学清洗。

2 化学清洗选材控制

临时管采用PE 管，相对于不锈钢管优点是安装连接快速，有良好的卫生性，耐腐蚀性能良好，管道质量轻，容易搬运和安装，临时跨接时基本不用考虑自身重量，可以使施工费用大大降低，管道内表面光滑，光滑的表现和非粘附特性使泵站在相同的功率下化学清洗更长管道，PE 管道的可挠性好使得它容易弯曲，临时跨接时更容易改变管道走向绕过障碍物；但是相对不锈钢管最大缺点是不耐高温，化学清洗时对温度要求比较高，所以PE 管容易变形，冷却变硬后，影响清洗液流动。加热时一定要控制好温度。通过在临时管道上加装阀门的方式，氧气放空管道同时也应建立循环来保证化洗质量。

3 特殊设备的清洗

为避免在清洗过程中将氧气管道内的杂质带入氧气加热器中，由于换热管比较细，杂质容易堵在换热管，给化学清洗施工之后的管道吹扫带来影响，需在氧气加热器的进出口处加装过滤网或者加装短接，陕煤榆林化学的氧气预热器由于出厂时已经脱脂所以采用短接的方式。

氮气过滤器和蒸汽过滤器后与氧气管道相连接的中压氮气管道其材质为不锈钢，因此在氧气管道循环清洗时可将上述中压氮气管道作为氧气管道循环清洗系统的一部分，与氧气管道一起进行化学清洗。化学清洗所涉及的管道上所有的阀门、流量计都需拆除，防止化洗液对仪表造成腐蚀损坏，所以不参与氧气管道的化学清洗，拆除后的位置用临时短接和盲盖代替。

4 化学清洗步骤

第一步水冲洗，氧气管线清洗前应先进行水压实验，待合格后进行化学清洗。系统水冲洗和现场查漏的目的是除去系统中的灰尘、泥沙、焊接时产生的焊渣等杂质，同时保证在清洗时系统中没有泄漏及清洗循环系统的畅通。在循环系统高点设置排气点，定时排气。水冲洗至目测进水和出水的干净程度相近时结束。

第二步碱洗，当系统温度达到50 ℃时，可逐渐加入碱洗液至循环槽，加热的目的是加快反应速度，加速化学清洗速度和保证化学清洗质量，碱洗液选用质量浓度0.5%～0.8%的双氧水，双氧水的优势是可以分解成氧气和水，对环境没有影响，降低污水运输及处理成本。此时将蒸汽手阀开大，提升系统温度，当循环槽温度达到80 ℃～90 ℃时，开始计时，1 h 内连续两次取样检测的碱度基本不变时（绝对差值小于0.2%），则标志碱洗合格，碱洗一般持续6 h～8 h。碱洗结束后需要水冲洗，水冲洗的目的是冲去整个系统内的碱洗残液，也是防止和下一步的酸洗液发生反应，影响酸洗效果。先用脱盐水对循环槽进行建液，然后起泵冲洗，对当回水的pH 值接近中性时，就可以结束水冲洗。

第三部酸洗，酸洗前需进行预缓蚀，这一步的目的是防止设备及管道在酸洗时受到H+和Fe3+的腐蚀。预缓蚀时当温度升温至50 ℃加入缓蚀剂，溶液浓度为0.3%～0.5%（IS 系列缓蚀剂）。预缓蚀一小时后进行酸洗，酸洗前开启加热蒸汽，将水升温至70 ℃时加入3%柠檬酸，维持酸洗温度70 ℃～80 ℃之间，清洗时间6 h～8 h。酸洗废液排入中和槽，加入氢氧化钠中和至pH 值7 左右后，装车运送至污水处理厂。酸洗后水冲洗，用带有一定温度的除盐水冲洗，冲洗水至出水ρ（∑Fe）＜50 mg/L，结束水冲洗。水冲洗时先从高点进液，低点排放，以便冲洗出系统中的杂质。

第四步钝化，为防止酸洗后活化的金属表面产生二次锈蚀，使金属表面形成一层致密的保护膜，钝化过程中应注意定时排气和排污。冲洗结束后，加入双氧水钝化，控制温度：50 ℃～60 ℃，循环清洗4 h～6 h。每小时化验一次pH 值钝化结束后，钝化液排入污雨井。钟化液排出后，结束水冲洗。

第五步干燥，系统排空后，空分启动压缩机，压力升至3 MPa 将之前制作的短接拆掉，作为吹扫口，逐级吹扫，每个吹扫口打靶合格后回装阀门，然后继续下一个吹扫口吹扫，如果是流量计则加短接后进行。

5 清洗质量控制

清洗前质量的控制，首先要对临时接头和短接的质量把控好，安装临时系统时，管道内应先检查并确认没有砂石和其它杂物，还要检查好焊口防止带来新的杂质，大的焊渣在化学清洗时由于流速限制有可能没法被化洗液带出。其次是对临时短接的法兰面清理好，防止对氧管线法兰造成损伤。对短接材质方面最好选择不锈钢。循环泵和临时管线用水冲洗干净后与氧气管线连接起来形成完整的循环清洗系统。化学清洗所用水必须要保证清洁，选用脱盐水。热源选用0.5 MPa 蒸汽，对于化工厂来说物美价廉。

5.1 清洗过程质量的控制，脱脂时控制监测的项目

1）清洗时间14 h～18 h，监测项目碱度、温度（1次/h），

2）药剂包括氢氧化钠（浓度1%）、金属油污清洗剂（质量浓度0.2%～0.3%）、磷酸三钠（质量浓度0.5%）、碳酸钠（质量浓度0.5%）及表面活性剂，可以通过质检取样分析后作为参考来调整浓度。通过循环从达到清洗系统内脱脂药剂均匀。

3）升温至清洗所需温度（65 ℃～75 ℃）保持循环。

4）循环清洗时每小时化验一次酸浓度、铁离子（Fe3+和Fe2+）浓度，注意定时排气和排污。当铁离子浓度浓度达到平衡时，即为酸洗结束。酸洗中应严格控制Fe3+的含量ρ（Fe3+）＜300 mg/L。当Fe3+的量ρ（Fe3+）＞300 m/L 应加入0.05%～0.1%高价铁离子腐蚀抑制剂。

5）清洗质量另一个保证就是试片法。将试片悬挂在循环槽及监视管内，开始计时清洗。酸洗结束后，取出循环槽中的腐蚀指示片，用干净的脱盐水冲洗。再用pH 值为9.5 的氨水浸泡3 min，取出后放入干燥器内，干燥两小时后称重并计算腐蚀速度，要求用腐蚀指示片测得氧气管道的金属平均腐蚀率≤1.5 g/（m2·h），无点蚀等局部腐蚀，腐蚀总量＜20 g/m2。

清洗后质量的控制，水冲洗结束后，排尽系统里的液体。对系统的死角部位进行人工处理，同时对可见部分进行检查，确定清洗效果。目测进回液的澄清度基本一致且pH 值6～8 时，脱脂验收时保证管道的内表面目视清洁，管道内表面应无金属粗晶析出的过洗现象，无残留物及污垢等。清洗后管道系统内的残液、残渣清除干净。除锈率和洗净率的检验对于清洗后的金属表面，可用视觉清洁法进行检验，若视觉除锈率不小于标准中要求即为合格。氧气管道的洗净率＞95%。

5.2 氧气管道内表面的油污应彻底清除，清洗质量验收标准

1）擦拭法油含量指标:用清洁干燥的白色滤纸擦拭被清洗金属表面，滤纸上应无油脂痕迹；

2）紫外光法油含量指标：用波长320 nm～380 nm的紫外光检查被清洗的金属表面，应无油脂荧光；

3）纯樟脑球法油含量指标：用无油蒸汽吹洗被清洗的金属表面，取吹洗蒸汽冷凝液，放入一小粒直径不大于1 mm 的纯樟脑球法，纯樟脑球应不停旋转；d四氯化碳法油含量指标：用脱脂棉萨；

4）用脱脂棉蘸取四氯化碳，擦拭规定面积的被清洗金属表面，其油含量（质量浓度）不应大于125 mg/m3。

陕煤榆林化学采用的是第二种紫外光法，检查时简单快速。

清洗后回装时质量的控制，管道上的阀门、仪表在回装前用丙酮擦拭干净，螺栓应在丙酮中浸泡脱脂后由专人用紫光灯逐个检查，拍照从档。如果是受限空间人工脱脂时，可以选用75%酒精作为脱脂剂，在榆林化学氧气预热器的脱脂过程应用效果比较好，从职业健康方面考虑可以用酒精替代丙酮。

6 结语

化学清洗是一种连续的，不可中断的工艺过程。整个清洗过程中酸洗为重点工序，各步骤间紧密相连，保证每一步的质量就是保证化学清洗最终质量，也是安全引氧以及下一步的投煤的重要保障。