武汉江夏区展台保洁聚合釜换热盘管清洗技术探索

武汉江夏区展台保洁聚合釜换热盘管清洗技术探索

　　1引言我公司聚氯乙烯厂1988年引进美国BF古德里奇（ Goodrich）悬浮法聚氯乙烯生产专利技术，建设年产1. 5万吨聚氯乙烯生产装置，使用70. 5m聚合釜，聚合釜内筒材质为不锈钢，釜内壁经刨光处理，镀有特殊涂层聚合釜冷却夹套为半圆管盘管式夹套（见图1） ，材质为碳钢，该半圆管夹套分为9段，各段并联在冷却水总管上，因为氯乙烯聚合是放热反应，反应需要恒温，要求聚合反应的温度波动范围在0. 5 e ，采用分段并联夹套有利于釜内轴向温度分布均匀。

　　该装置是在美国BF古德里奇年产4万吨装置技术基础上重新设计的，原装置设计要求冷却水密闭循环，水质经过处理。由于我公司当时只增加1.

　　5万吨/年PVC生产能力，重新设计时冷却循环水系并入企业的大循环水系统，水质比较差，致使聚合釜的夹套在常年累月运行后结垢，直接影响了聚合釜的换热。自1989年开车生产以来，聚合釜的产量逐年下降，到1996年只有1. 2万多吨，大大低于1.

　　5万吨/年的设计能力。尤其在夏季循环冷却水水温较高时，聚合釜换热能力降低后产量下降，并常常引起聚合釜生产超温超压（见图4） ，不仅给生产带来安全隐患，而且为了强制降温降压，需要往正在反应的聚合釜内打入终止剂终止聚合反应，严重影响聚合树脂的质量。为此，公司提出解决聚合釜夹套结垢的课题，要求选择清洗方案，设计一套循环清洗工艺，确定清洗剂用量，在大修停产期间组织清洗。

　　2清洗方案及配方研究根据企业给水水源及循环水质界定分析，聚合釜半圆管盘式冷却夹套结垢来自天然水库水中的钙、镁、硅、铁等，由于传热过程水温升高，水中游离二氧化碳散失，使在水中与CO平衡溶存的碳酸氢钙、碳酸氢镁分别以碳酸钙、氢氧化镁形式析出：并夹杂有硅酸盐、氧化铁等成份沉积。

　　聚合釜环形冷却夹套是用碳钢半管焊接在聚合釜外壁上形成的，材质有一半是L特殊合金钢，另一半是碳钢，而结垢的主体是碳酸钙、氢氧化镁、碳酸镁等，根据这些特定条件，宜采取化学循环清洗方法。对主清洗剂的选择，在比较了盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、氨基磺酸和多种络合清洗剂后，确定采用稀盐酸为主清洗剂， ，在常温或不超过50 e的温热条件下，使碳酸钙、氢氧化镁与碳酸镁等分别生成可溶解的氯化钙、氯化镁，从而清除夹套内的垢层：福建化工在酸洗过程中，盐酸不仅和垢的表层起溶解反应，还能渗入垢中与内层的垢起溶解反应。因此，用盐酸清洗碳酸盐垢时，反应进行激烈，清洗时间短，通常可在2 ） 4h内结束清洗反应过程中产生的有使垢层松散、崩解的作用，使垢与酸的接触面增大而加快清洗过程。

　　为了防止金属材料腐蚀、增强清洗效果以及改善环境，都要在清洗剂中加入一些缓蚀剂、隐蔽剂、消泡剂、表面活性剂等助剂，其中最重要的是缓蚀剂，它是化学清洗中腐蚀过程的抑制剂，不仅降低清洗过程的均匀腐蚀速度，还能防止产生局部腐蚀、晶间腐蚀及金属脱氢。传统的酸洗缓蚀剂是乌洛托平（六次甲基四胺） ，吡啶、苯胺、硫脲衍生物等也是较常用的缓蚀剂。

　　钝化是化学清洗中最关键的环节，它是在用水置换清洗液并中和之后进行的保护性措施，因为清洗后的金属是处于活化状态，需要在其表面建立起钝化膜。钝化通常是在碱性环境中进行的，氢氧化钠是最好的钝化剂，碳酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐等均是常用的钝化剂。

　　根据有关资料和换热器清洗剂的配方分析比较，分别选择了本课题的酸洗剂、中和剂和钝化剂配方，酸洗剂主配方为4. 5 5的稀盐酸，防腐蚀剂为乌洛托品、二苯胺、二甲基乙酰胺等化学品，同时加入适量的氯化亚铁，提高酸洗液中Fe的浓度，以减缓Fe和稀盐酸以及Fe和Fe反应生成Fe的速度，减少腐蚀酸洗结束后的残酸中和剂为适量的NaOH钝化剂则以硅酸钠为主，配有磷酸三钠和碳酸钠。主要配方如下：酸洗配方：乌洛托品：二苯胺：二甲基乙酰胺：氯化亚铁：钝化配方：硅酸钠：碳酸钠：磷酸三钠：中和剂：氢氧化钠：适量3酸洗参数设定及工艺流程3. 1参数设定使用上述酸洗配方，要保障夹套垢层得到有效清洗，设定酸洗温度为40 60 e ，每段夹套内酸洗流速不小于2m/ s，循环酸洗所需的时间约2小时。

　　温度低于40 e效果较差，酸洗时间延长或温度高于60 e夹套腐蚀加重，而且氯化氢容易从盐酸中挥发，对操作人员也有一定伤害流速低于2m/ s，清洗效果不佳，流速高于2m/ s夹套腐蚀加重。

　　3. 2工艺流程简述往酸洗槽中加入清水，用酸洗循环泵循环并加入稀盐酸和各种化学品，循环均匀后开始分组清洗，9段夹套分3组，每组循环2小时，全部9段夹套清洗结束后用氢氧化钠中和残液，防止残酸对环境产生污染。酸洗后往夹套打满清水，加入各种钝化剂进行钝化，每组夹套各循环半小时。工艺流程简图见图1.

　　4酸洗步骤4. 1关闭夹套循环水总管进出口阀，切断夹套与工厂大循环水系统的连接4. 2往酸洗槽中加入清水，开酸洗泵循环，直至聚合夹套内充满清水，酸洗槽控制一定液位，加入盐酸和其他各种化学品。根据配方要求，往聚合釜内加入31的稀盐酸0Kg、防腐蚀剂乌洛托品10.

　　5Kg、二苯胺7Kg、二甲基乙酰胺3. 5Kg、氯化亚铁3. 2Kg，充分溶解后循环半小时使之均匀4. 3打开聚合釜顶部的蒸汽阀，往聚合釜内通蒸汽，直至聚合釜温度到50 e ，并且间歇开启蒸汽阀使聚合釜内的温度维持在40 60 e之间4. 4开始分组清洗， 9段夹套分3组，关闭循环水总管与其中2组夹套之间的阀门，只打开1组夹套阀门，调节泵的回流阀门，控制流量，使夹套内的管道流速达到2m/ s左右，每循环半小时后从酸洗槽中取样分析盐酸浓度，如果盐酸低于4. 5 ，根据所检测盐酸浓度补充适当的稀盐酸福建化工4. 5连续循环2小时后，该组夹套清洗结束4. 6开启另外一组夹套阀门，关闭清洗结束的夹套阀门，直至3组夹套清洗完毕4. 7清洗结束后，开启所有各段夹套跟循环水总管的连接阀门，接着从酸洗槽中取样分析PH值，根据PH值加入适量氢氧化钠中和残酸，连续循环半小时后，用PH试纸分析酸洗槽中混合液的PH值，直到PH值在7 8之间时停止循环4. 8把夹套和酸洗槽内中和后的酸洗残液排放，往酸洗槽中加入清水，开酸洗泵循环，直至聚合夹套内充满清水，往酸洗槽中加入碳酸钠10. 5Kg、硅酸钠70Kg、磷酸三钠10. 5Kg，循环溶解后对酸洗后的夹套进行分组钝化，夹套同样分为3组，每组夹套循环半小时4. 9钝化结束后，停酸洗循环泵并排放钝化液，夹套及循环水总管各个阀门恢复到正常生产时状态，酸洗结束。

　　5酸洗效果5. 1聚合反应是间歇生产放热反应，反应温度波动范围要求控制在0. 5 e ，聚合釜采用大流量、低温差冷却方式。一个聚合周期中反应前、中、后期的反应速度不一样，各时期所放出的热量不一样，因此各时期的冷却水流量也不一样。夹套清洗前，在中期反应剧烈时，往往夹套冷却水调节阀开到最大，冷却水达到最大的350m / h还不能带走反应热，结果引起超温超压。夹套清洗后，夹套冷却水进出口温差从酸洗前的1. 5 2 e提高到酸洗后的2. 5 3 e （冷却水最大流量时） ，反应剧烈期约为1. 5 2小时，温差提高后可多带走热量约2 3　10 KJ.清洗以后，聚合釜的产量有了较大幅度提高， 1998年3月正常满负荷生产的产量达到1399吨，基本达到设计能力，比1996年4月份正常满负荷生产的产量1255吨高出144吨。夹套清洗前后的产量对比见福建化工1月2月3月4月5月6月7月8月9月注： 1996年产量为酸洗前， 1997、1998年均在1月份进行酸洗洗前，其中有几个月的产量下降是设备其它故障所致。

　　5. 2聚合反应平稳，不出现超温超压现象，消除了安全隐患，保证了产品质量的稳定，夹套清洗前后聚合反应温度压力曲线图见图4福建化工注：夹套清洗前由于超温超压，反应剧烈期打入终止剂，导致反应后期温度快速下降。

　　5. 3清洗后每年增加产量约1500吨，增加产值约6对策与建议从图2的产量曲线可以看出，夹套年初清洗后头几个月产量较高，生产运行一段时间后，产量又有所减少，夏季由于冷却水温度高，产量下降幅度较大，到冬季冷却水温度降低，产量比夏季有所提高，但与刚清洗后的产量相比仍有所减少，说明循环冷却水的水质没有经过处理，夹套仍然会产生结垢。

　　目前为了提高产量、稳定生产及保证产品质量，只在每年大修停产期间清洗一次以达到较好的传热效果。建议在以后有条件或扩建时上一套密闭循环水系统，并进行水质稳定处理，以彻底解决夹套结垢问题。

　　1窦照英编著5实用化学清洗技术6，化学工业出版社2陈旭俊等编5工业清洗剂及清洗技术6，化学工业出版社3李东光等编5实用洗涤剂配方手册6，化学工业出版社我们简单计算退潮排放和连续排放排海管线的直径。退潮排放的流量是连续排放的2倍，假定流速一定，那么排海管线的面积比为： S连续退潮015，排海管线的管径比为： D连续退潮计算连续排放排海管线的直径为600MM ，比800M M的排海管线节省投资270万元。

　　4. 2. 连续排放不需改变排海管线的路线退潮排放的管线要从海里上岸后再入海，而连续排放可直接由鲤鱼尾到峰尾，可缩短约1公里管线，节省投资300万元。

　　4. 2. 连续排放不候潮，便于管理，从而降低管理费用退潮排放除要建设调节池外，还需要专人管理。

　　按4人计算，连续排放可节省人工费用10万元，况且连续排放不必候潮，便于管理。

　　由上分析可知，采用连续排放可节省工程投资约1000万元，且便于管理。

　　5结论与建设综上所述，福建炼化一体化合资企业排污口选择在峰尾，不论采用连续排放还是退潮排放，对整个湄洲湾内海水水质的影响差别不大由于连续排放具有工程造价低且便于管理的优点，因此建议宜采用连续排海的方式。

　　1福建炼化一体化合资项目炼油工程环境影响评价报告书，福建省2福建炼化一体化合资项目乙烯工程环境影响评价报告书，中石化环评中心， 2000 3福建炼化一体化合资项目可研报告厂外供排水分册，福建省水利水电勘察院， 2001， 11 4给排水概算手册，，福建化工