摘要管道化溶出装置的管式换热器,经过一段时间运行后,必须对内管结疤进行清理,目前的清理方式是计划停车清洗检修,用清洗车高压水冲洗内管结疤,这种方式必须有足够的清洗时间,一般在4天左右,对管道化装置运转率影响很大。分析结疤的成分,主要是硅引起的水合铝硅酸钠和钛引起的钙钛化合物。充分利用计划检修的机会,在装置停车及开车过程中,利用高温状态下转水及热法来处理内管结疤的方法可行,使装置的运转周期达三个月以上。
一、一水硬铝石换热器内管结疤的成分(表1)
二、结疤处理方式
根据结疤成分和性质的不同,以及设备大小形状的差异,目前世界上各种清除结疤的方法有:机械法、流体力学法、化学法及热法。
1.机械清除法
(1)用风动装置经软管驱动铣刀,穿过每根热交换管破碎结疤,然后用水将其冲洗掉。(2)用风动装置经组装的空心钻杆驱动硬质合金风钻,空心钻杆内通水,钻头往复运动清除结疤。(3)法国萨林德厂用气动振打器清除热交换管中的结疤。振动器由钢索牵引移动(2～3ｍ
ｍｉｎ),振打锤直接击碎结疤,然后用低压风吹出。
机械清除法一般用于清除大容积设备中的结疤,用于清除热交换管中的结疤很不彻底,同时由于一水硬铝石在热交换器内管上形成的结疤较硬,而内管直径较小,因此铣刀和风钻很容易被卡在管道中,此外,设备需要拆开,本身操作的劳动强度也较大。因此机械清除法,不适用管道化装置管式换热器内管结疤的处理。
2.化学清除法
化学清除法的基本过程是,对结疤先进行全部或部分化学溶解、随溶剂流带出。为了得到好的清除效果,除选择合适的溶剂外,循环运行的溶剂还应具有较高的流速和温度。
与机械清除法相比,化学清除法的主要优点是,不需要拆卸被清除结疤的设备,对难以触及的地方也能清理,清除效率高、成本低、劳动强度小。缺点是常用酸作溶剂,这对碱法生产氧化铝工厂来说是个大忌,酸对设备的腐蚀也很严重。酸浓度以及停留时间较难掌握,因此会对内管造成一定损伤。
3.流体力学清除法
采用高压清洗车,最大压力可以达到15ＭＰａ,用特制的喷头喷射高压水流,达到清除结疤的目的。此法已广泛用于清除管式换热器中的结疤。
4.热法
热法是将金属壁或结疤加热,利用二者膨胀系数不同,使结疤自然崩碎脱落。
三、结疤的热法处理
1.结疤的脱落机理
(1)利用结疤与内管材料的膨胀系数不同,在装置高温时直接转水,使结疤与管道同时收缩(内管与结疤收缩比约为25∶1),虽然内管的实际收缩量很小,但是由于收缩量不同,造成结疤脱落。
(2)装置直接转水后,由于压力快速降低,装置内水大量汽化,结疤中含有结晶水,由于水的汽化,从内部将结疤崩开,造成结疤脱落。同时形成蒸汽与水的混合物进入管式热交换器,利用产生的高温高速汽水混合物来冲洗结疤。
2.可行性
研究目前使用的内管材料为16Ｍｎ钢,强度较高,具有良好的综合机械性能,其马氏体转变温度>300℃。所以,在300℃以下对其进行的任何物理影响,均不会引起16Ｍｎ材料异常的变化。实际操作中,虽然装置在高温下直接转入低温的水,但是水还要经过乏汽加热段加热升温,并非冷水直接与高温管道接触,因而不会对钢材有不利的影响。此外,如果要提高装置的运转率,既不能对运行产生影响,又要达到使结疤脱落的目的。经过研究,认为可以在管道化装置需要计划检修的时候,在高温下直接转水实现除疤,而在检修后的开车过程,通过在空管状态下运行盐泵达到处理结疤的目的。
3.试验
为了进一步验证温度急剧升高及下降对管材及焊缝的影响,取一截内管(带有一个焊口),放进熔盐罐中利用热熔盐(300℃)进行加热,10ｍｉｎ后取出,立即用冷水进行冲洗急剧降温,然后再放进盐罐中,如此反复进行100次,从试验结果看,内管及焊缝没有受到损伤,可以认为利用热法及高温状态下转水来处理结疤的方法是可行的。
四、运行情况
转水前保证转水用的热水槽水量充足,水温为常温。当装置到达正常运行的温度时开始转水,启动隔膜泵,保持大排量300ｍ3
ｈ运行,停盐泵时间视具体情况而定,当ＳＷＴ4出口温度降低到165℃时停隔膜泵,半个小时后启动隔膜泵继续转水。当ＳＷＴ4出口温度降至130℃时停隔膜泵,从隔膜泵房放料,当ＳＷＴ4出口温度达到100℃时停止放料,开始拆卸弯管法兰,视装置情况确定拆卸法兰位置,必须保证四条内管至少各拆卸一片法兰。
采取以上方法,是因为结疤表面均呈现鱼鳞状,从鱼鳞状结疤的前端开始冲刷,更有利于结疤的脱落。此外,拆开法兰后,由于内外压差加大,汽水混合物的流速加快,效果会更好。根据装置情况及时送电拌热和烘炉,保证盐泵在具备条件时,随时可以启动。检修完成后,空管状态下启动盐泵,回盐温度控制在260℃。盐泵启动1ｈ后启动隔膜泵注母液,开始母液循环,尽量大排量运行。主控室密切关注四条管的压力变化,防止结疤堵塞管道。
在实际运行试验中,由于是采用转水流程进行试验,因此可操作性很强。但在开车过程中,出现过注母液后由于结疤大量脱落造成堵管的现象。
五、效果
熔盐炉出口温度能够降低多少,决定着这种处理方式的实用性,也决定着管道化装置的运行周期能够延长多长时间。
从表2数据看,在高温情况下直接转水或者先将装置转母液降温至240℃后再转水,都可以达到降低熔盐炉出口温度的目的,但是直接转水时的效果更好。可以得到以下结论:
1.转水时间对处理结疤效果有很大的影响,装置降温速度越快,处理结疤的效果越好;
2.转水时的装置温度越高,试验后的效果也越好;
3.这种处理结疤的方式在实际生产中完全可行,并且处理效果很好;
4.每次处理结疤后,根据温度降低情况,装置运行周期都会有不同程度的延长,每次约延长半个月以上。每月安排1～2次计划检修,来处理隔膜泵及装置中存在的问题,利用这种机会就可以处理内管结疤。
由于直接转水,装置降温速度较快,停车过程缩短。在开车前采用热法处理结疤,空管送电伴热,可以减少送电伴热时间,使装置尽快开车,每次至少可以减少5ｈ,每年节油价值9.6万元,节约机械及人工费用约2万元,节约新水2000ｔ,增加氧化铝11389ｔ。
