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第三節 化學清洗時機確定與經濟評估分析

一、化工設備開車前化學清洗的必要性

新建設備進行化學清洗,不僅要進行除油脂處理,而且還要進行化學清洗。隨著緩蝕技術的發展,金屬設備在化學清洗過程中的腐蝕損失已降到了很小,最終的鈍化處理將有助于減小設備運行中的腐蝕。另外,同酸洗時的腐蝕相比,軋制鱗片、氧化鐵銹皮、泥沙、焊渣、防銹油及涂層等引起的設備運行事故更加具有危險性。由于化學清洗之后,得到了干凈的金屬表面,因而能更快的生產出合格的產品,工廠由此獲得的經濟效益將大大超過清洗的投資費用。

目前,各種新建裝置尤其是高溫、高壓設備、大型設備和生產工藝要求比較高的設備和管線,再投產前都要進行化學清洗。不僅要清洗設備本體,而且要清洗那些與設備連接有可能把污物帶入的其他管道和設備。

近年來,我國陸續從國外引進了許多套大型化工裝置,外商規定這些裝置在開車前都要進行化學清洗。國內多家清洗公司曾承接過多套大型化工裝置的化學清洗,都非常成功。同樣,大、中型化工裝置的化學清洗也是十分必要的。

二、化學清洗時機的確定

近30多年來我國化學清洗技術有了長足的進步,目前除了少量難題之外各種工業設備內的污垢都能用化學清洗法除去。一旦有清洗需要,工廠主管人員只要和專業清洗組織取得聯系就能完成設備清洗作業。

一般設備清洗的質量通常由承擔清洗工程的組織負責,工廠主管人員最重要的職責是知道和決定這個一旦所指的具體時間:即知道和決定他所管轄的設備是否需要清洗,什么時候清洗和隔多長時間清洗一次;也就是要懂得有關化學清洗時機的知識,時機確定得不合適或需要清洗時不及時清洗就會危及設備安全和壽命,影響正常生產甚至造成臨時停工損失,若清洗過早或過于頻繁也會增加不必要的腐蝕損失和清洗費開支。

少數部門或企業對化學清洗的時機已有規定,主管人員只要熟悉這些規定到時候照章辦事就可以了。可惜的是對于大部分工廠來說,既無章可循又缺乏這方面的專門資料,決定清洗時機就成了主管人員的一大難題。

為了解決工廠常遇到的對設備進行化學清洗時機難以確定的問題,從設備安全正常生產和節能的角度考慮,筆者提出新裝設備的清洗與定期清洗,應根據結垢量決定清洗時機,根據運行參數決定清洗時機,從經濟上考慮確定清洗時機,并推導出有關的計算公式。據此,工廠可從化學清洗獲得更大效益。

三、新裝設備的化學清洗

20世紀60年代以前,人們對投產前的新裝設備是否應進行化學清洗,存在著爭論。一種意見認為,新裝設備僅進行除油處理就可以了。酸清洗會使設備金屬造成不必要的腐蝕損失;同時要花費數目龐大的清洗開支。另一種意見認為,新裝設備必須進行化學清洗,不僅要進行除油處理,而且要進行酸清洗。隨著緩蝕劑技術的發展設備,金屬在酸清洗過程中的腐蝕損失很小,最終的鈍化處理將有助于減小設備運行中的腐蝕。同酸清洗時的金屬腐蝕損失相比,由軋制鐵鱗等污物引起的設備運行中的腐蝕則是危險的,化學清洗后得到干凈的金屬表面,因而能更快地得到合格的產品,由此獲得的好處大大超過清洗費投資。生產實踐證明,后一種意見是正確的。目前各種新裝設備尤其是高壓設備大型設備和生產工藝要求比較嚴格。設備在投產前都要進行化學清洗,不僅要清洗設備本體,而且要清洗那些與設備連接有可能把污物帶入的其他設備和管道。

新建設備的清洗最好在開工前的水壓試驗之后進行,完成后應當采用妥善的方法把設備保護起來。清洗時間過早,清洗干凈的金屬表面有可能生銹和重新被污染,有時甚至需要在開工時進行補充清洗。清洗時間也不宜太靠后,以免影響正常的開工期或工廠的整體計劃。

四、定期化學清洗

定期化學清洗是在設備運行一段時間之后,即進行一次清洗。具體的時間間隔應在總結設備運行周期和結垢之間的關系的基礎上確定。由于擔心腐蝕問題,一些國家曾規定了運行設備的允許清洗次數,例如規定鍋爐在其使用年限內最多允許清洗兩次。我國有關部門也曾引用過這一規定,但是化學清洗技術的發展已經證明,在清洗20多次以后,鍋爐金屬的機械性能仍然沒有受到多大影響,不及時清洗鍋爐金屬表面結垢會引起垢層腐蝕并妨礙傳熱,輕則造成燃料的浪費,重則導致鍋爐管爆裂事故的發生。因此在一些新的規定中,不再出現對設備清洗次數的限制,代之以定期清洗等方法。

鍋爐壓力越低給水品質越差,也就越容易結垢,特別是低壓鍋爐給水品質差別很大,有的甚至沒有進行給水化學處理,因而清洗時間間隔不能一概而論,應該根據結垢速度和運行周期的關系確定不同的時間間隔。

在換熱器的定期清洗方面,這不僅保證了設備長周期安全運行而且創造了同類設備的最長使用壽命記錄,相反未采用化學清洗的工廠同類設備因嚴重的垢層腐蝕而發生泄漏和進行更換的較多。

五、根據結垢量決定化學清洗時機

采用這種方法時最好是從設備中割取一段管樣,根據管內結垢的量決定清洗與否,割管的部位應挑選最易結垢的地方,以后先稱取重量,然后用緩蝕酸清洗干凈,再次稱重并量取管內表面尺寸,可按下式求得結垢量

P=(W-W 0/A

式中,P為結垢量,g/m2W為帶垢管重,g;W 0為清潔管重,g;A為管段內表面積,m2

六、根據設備運行參數決定化學清洗時機

一般對裝有監測儀器的設備來說,設備內是否發生結垢和結垢的程度都能從運行參數上反映出來,這時只要總結出運行參數的變化與結垢程度之間的關系就可以判斷設備是否應該清洗。對鍋爐來說,若產汽量降低,排煙溫度升高,燃料消耗增大,在沒有發現其他故障時,就可斷定內部結垢。對水冷換熱器來說,只要監測進出水溫度,就可根據溫差減小的程度來確定清洗時機又可以用來判斷清洗效果。

七、從經濟上考慮化學清洗

以上幾種清洗時機的確定方法,主要考慮了設備安全和正常生產,在保證安全和生產的基礎上,也可以從經濟上考慮,按照能量的節約價值大于化學清洗投資的原則,來決定化學清洗的時機。能量節約價值對鍋爐來說,可以是燃料的節約價值,對換熱器來說,可以是水電費的節約價值。如某臺設備經過一段時間的運行后已經結垢,設此設備帶垢繼續運行T個月比清洗干凈后運行T個月多消耗動力費ΔE元,結垢是個逐漸積累的過程,影響因素較多,為了簡化計算我們不妨近似地認為,設備帶垢繼續運行時和清洗干凈后運行時其動力費消耗隨時間增加的趨勢相同,則

ΔE=(E 1-E 0

式中,E 0為清洗干凈后的月動力費,元/月;E 1為未清洗時的月動力費,元/月。

從經濟上考慮,清洗的條件是 TE 1-E 0)>C+D

式中,C為清洗投資,元;D為清洗期間的生產損失費,元。

若清洗是在設備檢修期限內完成,則D為零,于是

TE 1-E 0)>C

T>C/E 1-E 0

該公式的實際意義是,清洗干凈的設備運行T個月以后,工廠的清洗投資即可由能量節約價值收回。換言之,工廠主管人員可以從清洗投資回收的期限來考慮是否合算,從而決定設備是否應當清洗。

在大多數情況下,運行設備的清洗都在工廠的正常大檢修期內進行,這時應當先檢修好設備,待水壓試驗完成后再開始清洗,若工廠沒有停工計劃即需要計劃外清洗時,應提前做好準備,一旦設備停運立即開始清洗,盡量減小停工損失甚至可考慮不停工清洗。

八、化學清洗計劃評估

以上所述的清洗時機確定方法都是積極的,都是將化學清洗作為計劃內的、保障設備安全運行、維持設備正常生產和節能的重要措施,所要確定的只是時間問題。

但是,在實際遇到的很多例子中,化學清洗常常被看作迫不得已的應急手段。當鍋爐結垢達到使金屬過熱而發生脹管爆管的時候,當結垢使蒸氣壓力和產量不能符合生產要求而被迫停工的時候,當換熱器的效率降低到生產工藝無法繼續的時候,才被迫考慮進行化學清洗,因此這種清洗時機沒有選擇的余地,是消極被動的化學清洗。消極的化學清洗本身的花費較大,這是由于結垢過于嚴重再加上檢修費、材料費,特別是臨時停工造成工廠的經濟損失將是巨大的,難以由清洗后能量的節約彌補。積極的化學清洗當然也要一定費用,但清洗后取得的節能效益往往比清洗費用大得多。

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