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冷凝系統和蒸發系統是浸出制油工藝中的重要組成部分。在浸出制油生產中,由于設計、操作以及一些客觀因素,造成冷凝系統和蒸發系統的設備結垢,致使冷凝、蒸發設備的生產效率下降,并嚴重影響了企業的生產技術指標,成為企業溶耗、水耗、能耗增高的主要原因。
更有甚者,由于對生產設備結垢的原理,污垢對生產的影響程度認識不足,以及設備結垢后的處理措施不當,有時會出現被迫停機、停產,設備報廢的嚴重后果。通過及時可靠的污垢清洗工作,可以達到恢復設備性能和效率,延長設備使用周期,節能降耗,減少經濟損失和維持企業正常生產的作用。因此,清洗設備污垢是保證浸出制油正常生產的一項不可缺少的環節。有關此類清洗工作的研究報道已有不少,但是在實際運用中,還存在一些偏差或不足。現根據理論知識和實踐經驗,做進一步的探討,以供同行參考。
1冷凝系統水垢的清洗
1.1冷凝系統的組成及水垢的形成
浸出制油的冷凝系統,主要用于回收溶劑。它一般由數個管殼式冷凝器、冷卻塔、循環水泵、上下水管以及蓄水池組成。管殼式冷凝器是主要的換熱設備,循環水一般走管程并采用低進高出的接管方式。
冷凝系統中的污垢分水垢和污泥兩大類,其中水垢主要存在于換熱設備中,而污泥主要存在于蓄水池中。天然水中含有各種鹽類,常見的有鈣、鎂等金屬離子的重碳酸鹽、碳酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽以及硅酸鹽。其中以碳酸氫鹽最不穩定,受熱后分解成難溶的碳酸鹽沉淀于設備表面形成水垢。
另外,由于水中的碳酸鹽、硫酸鹽具有反常的溶解特性,當水溫升高時它們的溶解度降低,析出后沉淀在設備表面形成水垢,并且由于硫酸鹽的溶解度遠遠大于碳酸鹽,換熱設備上形成的水垢又大多以碳酸鈣(鎂)為主。因此,水垢主要在溫度較高的熱交換器表面形成,而且在溫度較高的冷卻水出口端垢層更厚。
1.2冷凝系統的清洗方法
根據水垢的化學組成成分,冷凝系統水垢的清洗方法最好采用化學酸洗法,即利用無機酸或有機酸與水垢發生化學反應,使其從被清洗表面轉化、脫離、溶解。由于酸性清洗介質尤其是強酸具有腐蝕性,因此應采取有效的緩蝕防范措施,并慎重選擇清洗劑和清洗工藝。由于換熱設備上形成的水垢以碳酸鈣(鎂)為主,易溶于強酸生成強酸鹽并釋放出二氧化碳；少量難溶的硫酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽水垢,會隨著大量碳酸鹽水垢的溶解而變成松散的垢渣自動脫落或被液體沖掉。
因此,對于碳鋼換熱設備,最好使用鹽酸清洗碳酸鹽水垢,濃度一般控制在5%～8%。對于鋁合金換熱設備,由于鋁不耐無機酸腐蝕,工業上多用有機酸清洗。由于氨基磺酸的多數金屬鹽在水中的溶解度較高,并且氨基磺酸與鈣鎂碳酸鹽垢反應劇烈并產生二氧化碳氣體,同時對金屬腐蝕性小,因此常被用來清洗銅、鋁等材料制造的設備表面上的水垢,一般控制濃度在7%～10%,清洗時一定要控制溫度不能超過60℃。
1.3清洗工藝
1.3.1清洗設備為了提高清洗效果和清洗效率,化學酸洗法一般采用循環清洗系統。循環清洗系統由配藥罐、泵、閥、管、加熱器組成。
1.3.1.1配藥罐用來貯存清洗用液體,配藥罐要有足夠大的容積(主要防止停泵后,回液管回液溢流出罐外)和優良的耐腐蝕性,敞口(以利于酸洗時二氧化碳及時排出)。
1.3.1.2循環清洗泵泵功率要稍大,能夠為循環清洗提供足夠的流量和揚程,以保證循環清洗工藝條件要求,耐腐蝕性要高;最好是防爆電機,以適應生產車間不消溶情況下的清洗。
1.3.1.3循環清洗臨時管線臨時管線的作用是聯接待清洗裝置、配藥罐和循環清洗泵等清洗設備,組成完整的循環清洗回路,所用管線直徑大小要合適,要耐腐蝕。
1.3.1.4閥門閥門在循環清洗工程中起著控制循環清洗液流向、流量的作用。要求閥門有較好的耐腐蝕性和封閉性,保證啟、閉方便。
1.3.1.5加熱器循環清洗過程中清洗液需要加熱,所以應配置蒸汽加熱器。
1.3.1.6試片在循環流動的清洗系統中,為了解緩蝕劑的實際保護效果和基體的腐蝕情況,一般在清洗系統的回液管處掛一試驗金屬片,清洗過程中保持被回液沖刷。
1.3.2清洗工藝流程循環清洗能保持一定的溫度和濃度,有助于清除疏松但不溶解的垢層。其工藝流程為:水沖洗(水壓檢漏)-緩蝕劑涂布-酸洗-清洗-鈍化-水洗-檢查及人工處理。
1.3.2.1水沖洗將所需要的設備管路安裝好后,檢查閥門狀態,一切正常后,向配藥罐中加水,稍后啟動循環泵向系統供水,直至系統注滿水。同時檢查管路暢通和系統的密閉情況,并保持配藥罐低液位運行。
1.3.2.2緩蝕劑涂布在進行加酸酸洗前,一定要按清洗系統總容積0.25%～0.3%的量向系統內加入緩蝕劑Lan-826并循環均勻,以確保設備安全,同時逐漸加熱升溫。
1.3.2.3酸洗當設備運行正常,緩蝕劑涂布均勻后,按計算用量緩慢、逐漸、均勻地加入鹽酸(千萬不能一次全部加入,防止水垢多、鹽酸濃度高、化學反應劇烈、系統內二氧化碳量驟增,造成人身傷害、設備損壞等事故發生),且控制濃度在要求范圍(如果水垢量大,計算需要的鹽酸量大,可以根據清洗情況分期向系統內添加)。注意回液的流出狀況,防止回液傷人。待鹽酸加完運行正常后,保持循環酸洗系統內洗液的流速,控制酸洗溫度50～60℃(酸洗溫度越高,清洗效果越好;但是由于緩蝕劑的緩蝕效果隨著溫度的升高而降低,設備的腐蝕速度也隨之加快)。時刻觀察回液狀況、配藥罐液位和試片狀況,直至回液中泡沫大量減少后為止。
1.3.2.4清洗酸洗結束后,立即將清洗液排放,迅速向系統內注水進行清洗(目的是凈化設備表面,提高鈍化效果),直到回液干凈不混濁且pH6.5左右為止。
1.3.2.5鈍化經化學清洗后的金屬表面化學性質活潑很容易返銹,清洗結束后需要立即進行鈍化處理,使清洗金屬表面迅速形成致密的鈍化膜?？墒褂?%～2%、80～90℃的磷酸鈉溶液浸泡鈍化6～8h。
1.3.2.6水洗鈍化結束后將廢液排放,然后向系統注水清洗,同時檢查設備滲漏情況,直至回液pH7.5左右,停止水洗并將系統內的液體全部排放。
1.3.2.7檢查及人工處理逐臺打開換熱器進出水管聯接法蘭,檢查水垢清洗情況及沉渣存在狀況。若有沉渣存在(非碳酸鹽水垢),必須清理干凈。然后將臨時管道、泵等拆除,將設備恢復到生產狀況,待用。
1.3.3清洗劑用量計算
(1)清洗系統總容積V總指清洗過程中被清洗液充滿的空間容積。包括換熱器管程、封頭、管道和配藥罐的容積總和。
(2)設備積垢量G碳酸鈣=清洗設備表面積×積垢厚度×1.5(1.5為碳酸鈣的密度)。
(3)鹽酸用量M鹽酸=G碳酸鈣×0.73÷C鹽酸(0.73為清洗每單位質量的碳酸鈣所需純鹽酸的質量數;C鹽酸為所購鹽酸的有效濃度)。
(4)氨基磺酸用量M氨基磺酸=G碳酸鈣×1.94÷C氨基磺酸(1.94為清洗每單位質量的碳酸鈣所需純氨基磺酸的質量數;C氨基磺酸為所購氨基磺酸清洗劑中氨基磺酸的含量)。
1.3.4清洗實例2003年10月3日,我們在某公司了解大豆一次性浸出設備的生產工藝情況時,發現生產中的冷凝器溫度異常。經了解得知:該套設備自2000年投產后,冷凝器溫度逐年升高。后經實際勘察,一蒸、二蒸、汽提和蒸脫冷凝器結垢嚴重,5臺冷凝器總換熱面積980m2,4072根Φ25×3.5mm的鋁合金換熱管幾乎全部堵死。為了達到既節省資金又快速恢復生產的目的,在生產車間不消溶的情況下,進行了化學循環清洗。
(1)安裝循環清洗系統。由于車間的鹽水罐(0.5m3)與冷凝器在同一平面,于是利用鹽水罐作為配藥罐,基本能滿足加水、加藥、加熱、排污等操作；用一合適的防爆離心泵,并做一U形管將泵的進口與鹽水罐連通;關閉冷凝系統進、回水總閥門以及不需要清洗的冷凝器的進、回水管;利用不需要清洗的冷凝器的一組進、回水接口,分別安裝臨時管線與冷凝系統進、回水總管相連,分別通向清洗循環泵的出口和鹽水罐的上方。并且要求泵的出口裝一閥門,回液管的管徑盡量選大一些;鹽水罐上方、回液管口處掛一鋁合金試片。
(2)清洗工藝采用上述氨基磺酸清洗工藝。
(3)清洗效果。除個別鋁合金換熱管由于徹底被水垢堵死而無法疏通外,其余換熱管內的水垢全部清洗干凈,換熱管鋁合金呈金屬本色,24h后即恢復生產能力。
(4)試片腐蝕情況。通過測量試片清洗前后的數據,可知道清洗過程中鋁合金試片的腐蝕率為1g/(m2·h),完全符合HG/T2387-1992《工業設備的化學清洗質量標準》中鋁及鋁合金腐蝕率≤2g/(m2·h)的規定[8]。
2蒸發系統油垢的清洗
2.1蒸發系統的組成及油垢的形成
浸出蒸發系統主要是使混合油中的溶劑和油脂分離并獲得符合標準的毛油,它一般由第一、二長管蒸發器和混合油層碟式汽提塔組成。長管蒸發器的加熱列管和層碟式汽提塔的分配碟盤是主要的換熱部位。由于種種原因混合油中含有一定數量的粕末懸浮物以及磷脂、蛋白質等物質,在生產過程中由于操作失誤,設備自身結構等原因,它們不斷沉積于設備表面并形成油垢,主要分布于第二長管蒸發器的加熱列管和層碟式汽提塔的分配碟盤上,嚴重影響正常生產。
2.2蒸發系統油垢的清洗方法
有資料表明,油垢主要由46.28%的油和33.58%的磷脂以及炭化的粕末和無機物組成。其中油和磷脂可以與強堿發生皂化反應生成金屬皂、甘油和磷酸鹽,反應的生成物均可溶于水,并且堿金屬皂還具有表面活性劑的濕潤性和表面活性,能促進油垢的分散和溶解。另外,蒸發系統設備材質全為碳鋼,它們在稀堿溶液中表面會發生鈍化,基本上不被腐蝕。因此,氫氧化鈉堿性循環清洗法是清洗蒸發系統油垢的主要方法。
2.3清洗工藝
2.3.1清洗設備清洗設備與化學循環酸洗法基本相同。
2.3.2清洗工藝流程水沖洗(水壓檢漏)-堿洗-水洗-檢查及人工處理
2.3.2.1水沖洗將所需要的設備管路安裝好后,檢查閥門狀態,一切正常后,向配藥罐中加水,稍后啟動循環泵向系統供水,直至系統注滿水。同時檢查管路暢通和系統的密閉情況,并保持配藥罐低液位運行。
2.3.2.2堿洗當設備正常后,在循環泵正常運行情況下,按計算用堿量緩慢、逐漸、均勻地加入NaOH(千萬不能一次全部加入,否則會因為NaOH局部濃度過高,局部產熱過多使液體爆沸),且控制濃度在要求范圍(濃度不能過高。如果油垢量大,計算需要堿數量大時,可以根據清洗情況分期向系統內添加)。注意回液的流出狀況,防止回液傷人。待NaOH加完運行正常后,盡量保持循環堿洗系統內的流速,控制堿洗溫度80～90℃。時刻觀察回液、配藥罐液位狀況,直至回液pH不再變化為止(在穩定清洗過程中,pH應隨著油垢的清除而下降)。
2.3.2.3水洗堿洗結束后,立即用水沖洗至pH7.5左右。
2.3.2.4檢查及人工處理逐臺打開放空管和視鏡口,檢查油垢的清洗情況。然后將臨時管道、泵等拆除,將設備恢復到生產狀況,待用。
2.3.3清洗劑用量的計算
(1)清洗系統總容積V總指清洗過程中被清洗液充滿的空間容積。包括第一、二長管蒸發器和混合油層碟式汽提塔、管道和配藥罐的容積總和。
(2)設備積垢量G油垢=清洗設備表面積×積垢厚度。
(3)NaOH用量MNaOH=G油垢×0.135÷CNaOH(0.135為清洗每單位質量的油垢所需純氫氧化鈉的質量數；CNaOH為所購NaOH的有效濃度)。
2.3.4清洗實例①安裝循環清洗系統。由于車間內毛油暫存箱與蒸發系統處于同一平面,于是利用毛油暫存箱作為配藥罐。另接一蒸汽管道插入配藥罐；用一臺合適的防爆離心泵,并做一U形管將泵的進口與毛油暫存箱連通;將第一蒸發器進料管和汽提塔直接蒸汽管關閉;將3個溶劑蒸汽出口管封閉；將玻璃視鏡取下并將視鏡口封閉(NaOH會腐蝕玻璃,同時也為了加強施工安全)；安裝臨時管線將第一蒸發器放空管與循環泵出口相連。由上述部分組成完整的循環清洗回路,所用管線直徑大小要合適,要能耐一定的腐蝕。②清洗工藝采用上述NaOH堿性循環清洗工藝。③清洗效果。系統設備內表面油垢全部清洗干凈,裸露出金屬本色,24h后即可恢復生產能力。
3結束語
化學法循環清洗浸出制油設備具有工藝簡單,操作控制簡單,清洗所用藥劑易得,不需要特殊專用工具,勞動強度小,需要人員少,不必拆開熱交換器即可除污,清洗效率高,清洗效果好(尤其是設備死角的污垢),設備損壞程度極小,設備腐蝕程度小,對操作人員危險程度小(操作人員要有責任心,需穿戴防護工裝)等特點,特別適合中小型制油企業。另外,在使用中還應注意:
(1)企業需要主動、定期地進行污垢清除工作,不能等到管線被污垢完全堵塞時再進行化學清洗。
(2)盡量提高清洗液的流速(達到0.5m/s),以提高清洗效率和清洗效果。
(3)采用化學法循環清洗時,應加強環境通風，降低清洗過程中產生氣體的濃度。同時,現場不能有明火,防止酸和金屬反應放出的氫氣對車間環境安全產生影響。
(4)有些企業的鋁制設備目前仍在使用檸檬酸清洗水垢,檸檬酸雖然也是一種有機酸清洗劑,但它去除鐵氧化物的能力比較強,而對鈣鎂水垢的清洗能力卻很弱。同時它的價格較高,幾乎是氨基磺酸價格的兩倍,從這方面考慮,建議使用后者。
化學清洗浸出制油設備污垢的探討
來源：環球糧機網發布時間：2015-04-29 22:08:27
