换热器的化学清洗

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冶金动力

METALLURGICBLPOWER

2003年第5期总第99期

换热器的化学清洗

马克任1，汪海生1，王劲松2

（1.马鞍山钢铁股份有限公司煤焦化公司，安徽马鞍山2.马鞍山钢铁股份有限公司炉料公司，

243061）

【摘要】以马钢煤焦化公司精苯车间换热器几次成功的化学清洗实践为例，叙述了换热器的结垢原因、

机理和危害，及化学清洗的工艺、控制要点和效果评价。

【关键词】化学清洗；换热器；效果【中图分类号】TK172

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2003)05-0044-03

ChemicalCleaningofHeatExchangers

MAKe-ren1,WANGHai-sheng1,WANGJin-song2

(1.CokingDivision,MaanshanIron&SteelCo.Ltd.,

2.FurnaceBurdenDivision,MaanshanIron&SteelCo.Ltd.,Maanshan,Anhui243061,China)

【Abstract】Takingasanexamplethesuccessfulchemicalcleaningpracticesofheatexchang-ersintherefiningbenzeneworkshopofthecokingpisionofMaanshanIron&SteelCo.Ltd.,thecauses,mechanismandharmofscalingofheatexchangersarepresented.Theprocess,mainpointsofcontrolandevaluationofeffectofthechemicalcleaningaredescribed.

【Keywords】chemicalcleaning;heatexchanger;effect

1概论

马钢煤焦化公司精苯车间具有3万t/年的轻苯精加工能力，在生产过程中，考虑到工艺以及介质等多方面的因素，车间共拥有列管式、螺旋板式、浮头式等各类碳钢、不锈钢等材质的换热设备10余台。由于换热设备长时间的运行，加上冷却水的水质较差，换热设备结垢、腐蚀及污堵情况相当严重，传热效率下降，缩短了设备的使用寿命，增加了设备更新费用，甚至影响到生产的正常进行及产品的质量与收率。为此我车间自1999年开始对车间的各类换热器进行化学清洗，清洗后污垢清除率产品的产、质量有了明显的提高，换热设备100%，

寿命延长50%以上，化学清洗达到了预期的效果。

生物粘泥含量也相当高，再次为Si,P,S的含量，

Ca,Mg的含量较低。2.2

结垢原因

根据换热器使用的工艺条件和冷却水的水质，结合污垢成分分析，其结垢原因可归纳为：2.2.1冷却水的温度升高后，引起无机组分的浓缩，并在传热面上形成了无机盐垢层，如CaCO3、Ca3(PO4)2,Mg(OH)2、CaSO4,MgSiO3等结晶析出。2.2.2补充水带来的固体悬浮物及冷却塔蒸发降温时空气灰尘进入。

2.2.3水体中菌藻的繁殖和死亡形成的生物粘泥，含氮、磷等元素的缓蚀剂、阻垢剂等具有富营养化作用，加重了生物粘泥的污阻。

2.2.4系统中的腐蚀产物，包括电化学腐蚀和原电池腐蚀产物等，如氧化物、硫化物、水合物、氢氧化物等。2.2.52.3

生产过程中物料泄露造成的污垢等。结垢及腐蚀机理

2

2.1

结垢分析

污垢成分

我们利用停产检修的机会，采取有代表性的垢

样，并进行了分析，结果如下。

碳钢换热器污垢分析：Fe2O3 62.37%;P2O5 3.54%;MgO 1.14%;

SiO2 7.68%;CaO 1.68%;SO3 3.0%;

2.3.1结垢机理

表现为冷却水中无机组分的浓缩分解结晶析出或生成沉淀物。

Ca(HCO3)2→CaCO3+H2O+CO23Ca2++2PO43-→Ca3(PO4)2

IL 20.59%.

可见，碳钢系列换热器污垢以腐蚀产物为主，

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Mg(HCO3)2→MgCO3+H2O+CO2MgCO3+H2O→Mg(OH)2+CO2

2.3.2腐蚀机理

(1)O2的腐蚀

阳极反应Fe→Fe2++2e

阴极反应1/2O2+H2O+2e→2OH-Fe+H2O+1/2O2→Fe(OH)2→FeO+H2O2Fe(OH)2+H2O+1/2O2→2Fe(OH)3→Fe2O3+H2O生成物为FeO、Fe2O3和Fe3O4等(2)CO2的腐蚀

H2O+CO2→H2CO3

Fe+2H2CO3→Fe(HCO3)2+H2

2Fe(HCO3)2+1/2O2→Fe2O3+4CO2+2H2O3Fe(HCO3)2+1/2O2→Fe3O4+6CO2+3H2OCO2加速了O2对设备的腐蚀

(3)铁锈引起的腐蚀

（垢下腐蚀）Fe+Fe2O3 nH2O+1/2O2→Fe3O4+nH2O

(4)微生物的腐蚀

典型的有铁细菌通过下述反应获得所需的能量，同时分泌物易形成锈瘤结节，产生坑蚀：4FeCO3+6H2O+O2→Fe(OH)3+4CO2+能量。

其它的如硫酸盐还原菌还原生成的硫化氢会腐蚀钢铁，并产生硫化亚铁的沉积物，进一步引起氧的浓差电池腐蚀。硫细菌通过把硫、硫化物等氧化成硫酸，局部pH值降到1.0～1.4，从而对设备产生严重的腐蚀。

(5)电偶腐蚀

表现为设备有两种及以上材质间的电化学反应。2.4

结垢的危害

2.4.1降低了换热器的传热效率，工况恶化，传热面的传热情况显著变坏。这是因为污垢的导热系数随其成分、密度等有所不同，但一般仅为碳钢的1%。污垢的热阻往往成为不可忽视的、影响颇大的因素，例如1mm厚的水垢的热阻相当于40mm厚的钢板的热阻。

2.4.2减少通流截面，增加循环流动阻力，严重时还会发生堵塞，破坏循环回路的正常工作。2.4.3材质的腐蚀和损伤，缩短了换热设备的使用寿命。由于结垢对传热阻碍很大，基体材质在强度上有时承受不了内压和外压而发生破损和损伤。而且水中溶有的O2和CO2会对设备的受热面

产生腐蚀，以及铁锈引起的垢下腐蚀和不同材质间的电化学反应造成的电偶腐蚀。特别在循环水系统中，冷却水中的微生物如铁细菌、硫细菌、硫酸盐还原细菌等也会对换热设备管壁造成严重腐蚀。2.4.4增加了设备更新和维修费用。由于结垢造

成设备换热效果下降难以满足工艺要求，而且针对此污垢没有很好的处理方法，只有进行设备更新，这无形中增加了成本。

2.4.5结垢造成换热设备的效果下降，导致三苯收率下降,影响公司的综合效益。清洗的目的正是为了避免以上种种危害。因此从清洗的作用来看，它不应在结垢引起危害之后才进行，而应作为设备安全、经济、可靠运行的一种重要手段。

3换热器的清洗

清除换热器的污垢和腐蚀有很多方法。以前大

都采用机械除垢法，也就是用扁铲、钢丝刷和机械清洗器将水垢剥离而去。此法虽然简单，但劳动强度大，花费时间长，而且易使换热器的内壁遭受损伤，导致或加重换热器的腐蚀，给换热器的运行带来新的隐患。相对而言，加入药剂使污垢溶解剥离的化学清洗法，具有较为明显的优点。3.1

化学清洗的特点

3.1.1材质损失小。由于使用高效的缓蚀剂，清洗时换热设备钢材腐蚀率小于6g/m2 h,减少壁厚小于6µm，说明腐蚀率是很低的。

3.1.2一般可不将换热器打开，而临时采用清洗液的循环就可以清洗，短暂的间歇也可以清洗，这点机械清洗很难做到。

3.1.3由于清洗后采取钝化等防腐措施，可以防止设备清洗后的锈蚀，并对换热设备管内壁加强了保护功能。

3.1.4减轻劳动强度

当然化学清洗也存在一定的局限性。由于控制要求高，一般要求由专业清洗公司来进行；而且当换热器的管程或壳程已被污垢完全堵塞以及炭化了的污垢就难以进行清洗。另外化学清洗中的废液必须进行处理，否则将污染环境。3.2

化学清洗工艺

3.2.1清洗工艺流程

根据工艺要求及被清洗设备材质和污垢特点，我们筛选采用如下清洗工艺流程（可结合实际，省去部分流程）：

水冲洗→碱洗→水冲洗→酸洗→

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水冲洗→漂洗→中和钝化→检查验收→

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