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冷凝系统和蒸发系统是浸出制油工艺中的重要组成部分。在浸出制油生产中,由于设计、操作以及一些客观因素,造成冷凝系统和蒸发系统的设备结垢,致使冷凝、蒸发设备的生产效率下降,并严重影响了企业的生产技术指标,成为企业溶耗、水耗、能耗增高的主要原因。
更有甚者,由于对生产设备结垢的原理,污垢对生产的影响程度认识不足,以及设备结垢后的处理措施不当,有时会出现被迫停机、停产,设备报废的严重后果。通过及时可靠的污垢清洗工作,可以达到恢复设备性能和效率,延长设备使用周期,节能降耗,减少经济损失和维持企业正常生产的作用。因此,清洗设备污垢是保证浸出制油正常生产的一项不可缺少的环节。有关此类清洗工作的研究报道已有不少,但是在实际运用中,还存在一些偏差或不足。现根据理论知识和实践经验,做进一步的探讨,以供同行参考。
1冷凝系统水垢的清洗
1.1冷凝系统的组成及水垢的形成
浸出制油的冷凝系统,主要用于回收溶剂。它一般由数个管壳式冷凝器、冷却塔、循环水泵、上下水管以及蓄水池组成。管壳式冷凝器是主要的换热设备,循环水一般走管程并采用低进高出的接管方式。
冷凝系统中的污垢分水垢和污泥两大类,其中水垢主要存在于换热设备中,而污泥主要存在于蓄水池中。天然水中含有各种盐类,常见的有钙、镁等金属离子的重碳酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硫酸盐、盐酸盐以及硅酸盐。其中以碳酸氢盐最不稳定,受热后分解成难溶的碳酸盐沉淀于设备表面形成水垢。
另外,由于水中的碳酸盐、硫酸盐具有反常的溶解特性,当水温升高时它们的溶解度降低,析出后沉淀在设备表面形成水垢,并且由于硫酸盐的溶解度远远大于碳酸盐,换热设备上形成的水垢又大多以碳酸钙(镁)为主。因此,水垢主要在温度较高的热交换器表面形成,而且在温度较高的冷却水出口端垢层更厚。
1.2冷凝系统的清洗方法
根据水垢的化学组成成分,冷凝系统水垢的清洗方法最好采用化学酸洗法,即利用无机酸或有机酸与水垢发生化学反应,使其从被清洗表面转化、脱离、溶解。由于酸性清洗介质尤其是强酸具有腐蚀性,因此应采取有效的缓蚀防范措施,并慎重选择清洗剂和清洗工艺。由于换热设备上形成的水垢以碳酸钙(镁)为主,易溶于强酸生成强酸盐并释放出二氧化碳；少量难溶的硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐水垢,会随着大量碳酸盐水垢的溶解而变成松散的垢渣自动脱落或被液体冲掉。
因此,对于碳钢换热设备,最好使用盐酸清洗碳酸盐水垢,浓度一般控制在5%～8%。对于铝合金换热设备,由于铝不耐无机酸腐蚀,工业上多用有机酸清洗。由于氨基磺酸的多数金属盐在水中的溶解度较高,并且氨基磺酸与钙镁碳酸盐垢反应剧烈并产生二氧化碳气体,同时对金属腐蚀性小,因此常被用来清洗铜、铝等材料制造的设备表面上的水垢,一般控制浓度在7%～10%,清洗时一定要控制温度不能超过60℃。
1.3清洗工艺
1.3.1清洗设备为了提高清洗效果和清洗效率,化学酸洗法一般采用循环清洗系统。循环清洗系统由配药罐、泵、阀、管、加热器组成。
1.3.1.1配药罐用来贮存清洗用液体,配药罐要有足够大的容积(主要防止停泵后,回液管回液溢流出罐外)和优良的耐腐蚀性,敞口(以利于酸洗时二氧化碳及时排出)。
1.3.1.2循环清洗泵泵功率要稍大,能够为循环清洗提供足够的流量和扬程,以保证循环清洗工艺条件要求,耐腐蚀性要高;最好是防爆电机,以适应生产车间不消溶情况下的清洗。
1.3.1.3循环清洗临时管线临时管线的作用是联接待清洗装置、配药罐和循环清洗泵等清洗设备,组成完整的循环清洗回路,所用管线直径大小要合适,要耐腐蚀。
1.3.1.4阀门阀门在循环清洗工程中起着控制循环清洗液流向、流量的作用。要求阀门有较好的耐腐蚀性和封闭性,保证启、闭方便。
1.3.1.5加热器循环清洗过程中清洗液需要加热,所以应配置蒸汽加热器。
1.3.1.6试片在循环流动的清洗系统中,为了解缓蚀剂的实际保护效果和基体的腐蚀情况,一般在清洗系统的回液管处挂一试验金属片,清洗过程中保持被回液冲刷。
1.3.2清洗工艺流程循环清洗能保持一定的温度和浓度,有助于清除疏松但不溶解的垢层。其工艺流程为:水冲洗(水压检漏)-缓蚀剂涂布-酸洗-清洗-钝化-水洗-检查及人工处理。
1.3.2.1水冲洗将所需要的设备管路安装好后,检查阀门状态,一切正常后,向配药罐中加水,稍后启动循环泵向系统供水,直至系统注满水。同时检查管路畅通和系统的密闭情况,并保持配药罐低液位运行。
1.3.2.2缓蚀剂涂布在进行加酸酸洗前,一定要按清洗系统总容积0.25%～0.3%的量向系统内加入缓蚀剂Lan-826并循环均匀,以确保设备安全,同时逐渐加热升温。
1.3.2.3酸洗当设备运行正常,缓蚀剂涂布均匀后,按计算用量缓慢、逐渐、均匀地加入盐酸(千万不能一次全部加入,防止水垢多、盐酸浓度高、化学反应剧烈、系统内二氧化碳量骤增,造成人身伤害、设备损坏等事故发生),且控制浓度在要求范围(如果水垢量大,计算需要的盐酸量大,可以根据清洗情况分期向系统内添加)。注意回液的流出状况,防止回液伤人。待盐酸加完运行正常后,保持循环酸洗系统内洗液的流速,控制酸洗温度50～60℃(酸洗温度越高,清洗效果越好;但是由于缓蚀剂的缓蚀效果随着温度的升高而降低,设备的腐蚀速度也随之加快)。时刻观察回液状况、配药罐液位和试片状况,直至回液中泡沫大量减少后为止。
1.3.2.4清洗酸洗结束后,立即将清洗液排放,迅速向系统内注水进行清洗(目的是净化设备表面,提高钝化效果),直到回液干净不混浊且pH6.5左右为止。
1.3.2.5钝化经化学清洗后的金属表面化学性质活泼很容易返锈,清洗结束后需要立即进行钝化处理,使清洗金属表面迅速形成致密的钝化膜。可使用1%～2%、80～90℃的磷酸钠溶液浸泡钝化6～8h。
1.3.2.6水洗钝化结束后将废液排放,然后向系统注水清洗,同时检查设备渗漏情况,直至回液pH7.5左右,停止水洗并将系统内的液体全部排放。
1.3.2.7检查及人工处理逐台打开换热器进出水管联接法兰,检查水垢清洗情况及沉渣存在状况。若有沉渣存在(非碳酸盐水垢),必须清理干净。然后将临时管道、泵等拆除,将设备恢复到生产状况,待用。
1.3.3清洗剂用量计算
(1)清洗系统总容积V总指清洗过程中被清洗液充满的空间容积。包括换热器管程、封头、管道和配药罐的容积总和。
(2)设备积垢量G碳酸钙=清洗设备表面积×积垢厚度×1.5(1.5为碳酸钙的密度)。
(3)盐酸用量M盐酸=G碳酸钙×0.73÷C盐酸(0.73为清洗每单位质量的碳酸钙所需纯盐酸的质量数;C盐酸为所购盐酸的有效浓度)。
(4)氨基磺酸用量M氨基磺酸=G碳酸钙×1.94÷C氨基磺酸(1.94为清洗每单位质量的碳酸钙所需纯氨基磺酸的质量数;C氨基磺酸为所购氨基磺酸清洗剂中氨基磺酸的含量)。
1.3.4清洗实例2003年10月3日,我们在某公司了解大豆一次性浸出设备的生产工艺情况时,发现生产中的冷凝器温度异常。经了解得知:该套设备自2000年投产后,冷凝器温度逐年升高。后经实际勘察,一蒸、二蒸、汽提和蒸脱冷凝器结垢严重,5台冷凝器总换热面积980m2,4072根Φ25×3.5mm的铝合金换热管几乎全部堵死。为了达到既节省资金又快速恢复生产的目的,在生产车间不消溶的情况下,进行了化学循环清洗。
(1)安装循环清洗系统。由于车间的盐水罐(0.5m3)与冷凝器在同一平面,于是利用盐水罐作为配药罐,基本能满足加水、加药、加热、排污等操作；用一合适的防爆离心泵,并做一U形管将泵的进口与盐水罐连通;关闭冷凝系统进、回水总阀门以及不需要清洗的冷凝器的进、回水管;利用不需要清洗的冷凝器的一组进、回水接口,分别安装临时管线与冷凝系统进、回水总管相连,分别通向清洗循环泵的出口和盐水罐的上方。并且要求泵的出口装一阀门,回液管的管径尽量选大一些;盐水罐上方、回液管口处挂一铝合金试片。
(2)清洗工艺采用上述氨基磺酸清洗工艺。
(3)清洗效果。除个别铝合金换热管由于彻底被水垢堵死而无法疏通外,其余换热管内的水垢全部清洗干净,换热管铝合金呈金属本色,24h后即恢复生产能力。
(4)试片腐蚀情况。通过测量试片清洗前后的数据,可知道清洗过程中铝合金试片的腐蚀率为1g/(m2·h),完全符合HG/T2387-1992《工业设备的化学清洗质量标准》中铝及铝合金腐蚀率≤2g/(m2·h)的规定[8]。
2蒸发系统油垢的清洗
2.1蒸发系统的组成及油垢的形成
浸出蒸发系统主要是使混合油中的溶剂和油脂分离并获得符合标准的毛油,它一般由第一、二长管蒸发器和混合油层碟式汽提塔组成。长管蒸发器的加热列管和层碟式汽提塔的分配碟盘是主要的换热部位。由于种种原因混合油中含有一定数量的粕末悬浮物以及磷脂、蛋白质等物质,在生产过程中由于操作失误,设备自身结构等原因,它们不断沉积于设备表面并形成油垢,主要分布于第二长管蒸发器的加热列管和层碟式汽提塔的分配碟盘上,严重影响正常生产。
2.2蒸发系统油垢的清洗方法
有资料表明,油垢主要由46.28%的油和33.58%的磷脂以及炭化的粕末和无机物组成。其中油和磷脂可以与强碱发生皂化反应生成金属皂、甘油和磷酸盐,反应的生成物均可溶于水,并且碱金属皂还具有表面活性剂的湿润性和表面活性,能促进油垢的分散和溶解。另外,蒸发系统设备材质全为碳钢,它们在稀碱溶液中表面会发生钝化,基本上不被腐蚀。因此,氢氧化钠碱性循环清洗法是清洗蒸发系统油垢的主要方法。
2.3清洗工艺
2.3.1清洗设备清洗设备与化学循环酸洗法基本相同。
2.3.2清洗工艺流程水冲洗(水压检漏)-碱洗-水洗-检查及人工处理
2.3.2.1水冲洗将所需要的设备管路安装好后,检查阀门状态,一切正常后,向配药罐中加水,稍后启动循环泵向系统供水,直至系统注满水。同时检查管路畅通和系统的密闭情况,并保持配药罐低液位运行。
2.3.2.2碱洗当设备正常后,在循环泵正常运行情况下,按计算用碱量缓慢、逐渐、均匀地加入NaOH(千万不能一次全部加入,否则会因为NaOH局部浓度过高,局部产热过多使液体爆沸),且控制浓度在要求范围(浓度不能过高。如果油垢量大,计算需要碱数量大时,可以根据清洗情况分期向系统内添加)。注意回液的流出状况,防止回液伤人。待NaOH加完运行正常后,尽量保持循环碱洗系统内的流速,控制碱洗温度80～90℃。时刻观察回液、配药罐液位状况,直至回液pH不再变化为止(在稳定清洗过程中,pH应随着油垢的清除而下降)。
2.3.2.3水洗碱洗结束后,立即用水冲洗至pH7.5左右。
2.3.2.4检查及人工处理逐台打开放空管和视镜口,检查油垢的清洗情况。然后将临时管道、泵等拆除,将设备恢复到生产状况,待用。
2.3.3清洗剂用量的计算
(1)清洗系统总容积V总指清洗过程中被清洗液充满的空间容积。包括第一、二长管蒸发器和混合油层碟式汽提塔、管道和配药罐的容积总和。
(2)设备积垢量G油垢=清洗设备表面积×积垢厚度。
(3)NaOH用量MNaOH=G油垢×0.135÷CNaOH(0.135为清洗每单位质量的油垢所需纯氢氧化钠的质量数；CNaOH为所购NaOH的有效浓度)。
2.3.4清洗实例①安装循环清洗系统。由于车间内毛油暂存箱与蒸发系统处于同一平面,于是利用毛油暂存箱作为配药罐。另接一蒸汽管道插入配药罐；用一台合适的防爆离心泵,并做一U形管将泵的进口与毛油暂存箱连通;将第一蒸发器进料管和汽提塔直接蒸汽管关闭;将3个溶剂蒸汽出口管封闭；将玻璃视镜取下并将视镜口封闭(NaOH会腐蚀玻璃,同时也为了加强施工安全)；安装临时管线将第一蒸发器放空管与循环泵出口相连。由上述部分组成完整的循环清洗回路,所用管线直径大小要合适,要能耐一定的腐蚀。②清洗工艺采用上述NaOH碱性循环清洗工艺。③清洗效果。系统设备内表面油垢全部清洗干净,裸露出金属本色,24h后即可恢复生产能力。
3结束语
化学法循环清洗浸出制油设备具有工艺简单,操作控制简单,清洗所用药剂易得,不需要特殊专用工具,劳动强度小,需要人员少,不必拆开热交换器即可除污,清洗效率高,清洗效果好(尤其是设备死角的污垢),设备损坏程度极小,设备腐蚀程度小,对操作人员危险程度小(操作人员要有责任心,需穿戴防护工装)等特点,特别适合中小型制油企业。另外,在使用中还应注意:
(1)企业需要主动、定期地进行污垢清除工作,不能等到管线被污垢完全堵塞时再进行化学清洗。
(2)尽量提高清洗液的流速(达到0.5m/s),以提高清洗效率和清洗效果。
(3)采用化学法循环清洗时,应加强环境通风，降低清洗过程中产生气体的浓度。同时,现场不能有明火,防止酸和金属反应放出的氢气对车间环境安全产生影响。
(4)有些企业的铝制设备目前仍在使用柠檬酸清洗水垢,柠檬酸虽然也是一种有机酸清洗剂,但它去除铁氧化物的能力比较强,而对钙镁水垢的清洗能力却很弱。同时它的价格较高,几乎是氨基磺酸价格的两倍,从这方面考虑,建议使用后者。
化学清洗浸出制油设备污垢的探讨
来源：环球粮机网发布时间：2015-04-29 22:08:27
