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磷酸浓缩系统石墨换热器离线清洗,离线清洗石墨换热器效果怎么样?

2020-05-27

磷酸浓缩系统石墨换热器离线清洗,离线清洗石墨换热器效果怎么样?磷酸浓缩石墨换热器在生产过程中因结垢堵塞,造成生产装置产能下降。介绍了石墨换热器除垢的方法及原理,并结合生产实践,总结了有效的石墨换热器离线清洗清理方法,采用酸洗、碱洗相结合的三次清垢法,以提高磷酸浓缩系统的生产负荷。

关键词:磷酸浓缩;石墨换热器;结垢;离线清洗;效果

1概述

利用石墨良好的导热性能和耐腐蚀性能,石墨换热器被广泛应用于医药、化工、磷酸、氯碱等行业。在湿法磷酸生产中,由于稀磷酸是一种混酸,杂质含量多,且具有腐蚀性,用于磷酸真空浓缩工序的换热设备多选用石墨换热器。稀磷酸在石墨换热器里经低压蒸汽间接加热后,进入闪蒸室急速蒸发水分,达到磷酸浓缩的目的。因此,石墨换热器是磷酸浓缩工序的关键设备,其运行效果直接影响到湿法磷酸

装置的生产能力。

贵阳开磷化肥有限公司有9套磷酸浓缩装置,设计生产能力达94 kt/a(P2O5计)。在磷酸浓缩生产过程中,随着磷酸浓度的升高,溶解于稀磷酸中的多种离子(K+、Na+)及其他酸不溶物的浓度急速下降,从而析出沉淀,并黏附在石墨管的管壁。随着磷酸装置的开机时间延长,石墨管管壁结垢越来越厚(达1~2 mm),越来越致密、坚硬,且为多层结垢,在短时间靠常规的在线清洗很难将结垢清洗干净,必须进行离线清理。笔者探讨了换热管结垢的清理清洗方法,通过查阅相关资料,总结了石墨换热器结垢严重时离线清理清洗的方法。

2石墨换热管结垢对磷酸生产的影响生产中,随着磷酸浓度的升高,溶解在磷酸中的金属离子和不溶物溶解度急速下降而析出沉淀,黏附在管壁上,形成坚硬的结垢,导致石墨换热器传热系数大大减小,换热面积也跟着减少,严重影响石墨换热器的换热效果。磷酸浓缩生产能力下降,严重时引起石墨管破裂,换热器泄漏。

虽然,在生产装置运行一段时间后进入在线清洗,通常配制w(H2 SO4)=5%~8%的稀硫酸清洗液进行升温清洗,但效果不是很好;加上清洗时间短,很难将坚硬、致密的结垢层清洗下来,无法对结垢进行彻底的清除。长期下来,换热器列管结垢越来越厚,装置产能一降再降。生产装置负荷下降,单位时间内产能降低,造成生产单耗增加。所以,要对生产一段时间且换热管结垢严重的换热器进行彻底的清理、清洗,以确保换热器恢复生产能力,在不影响磷酸装置正常生产情况下,对石墨换热器进行更换后进行离线清理、清洗显得尤为重要。3石墨换热器除垢的方法及原理

3.1除垢方法

湿法磷酸浓缩系统沉积在石墨换热管管壁的结垢主要化学成分为Na+、K+、Ca2+、Mg2+等金属盐,常规的清洗方法有酸洗、碱洗和机械除垢。石墨换热器结垢中的钠盐和钾盐通常以氟硅酸钾和氟硅酸钠的形态存在。根据不同温度下,氟硅酸钾和氟硅酸钠在磷酸溶液中溶解度的测定结果(见图1)可以看出:氟硅酸钾的溶解度随磷酸温度

的变化比较大,随磷酸浓度的变化不大;而氟硅酸钠的溶解度不仅随温度的变化比较大,而且随磷酸浓度的增加大幅度降低。因此,对于氟硅酸钾结垢,清洗时只要严格控制工艺指标,避免排酸或操作不平稳引起闪蒸室温度的变化,就能有效防止氟硅酸钾结垢;对于氟硅酸钠结垢,在石墨换热器壳层通入蒸汽,让清洗液保持一定温度,清洗液介质通过泵的强制循环和浸泡,让黏附在石墨管壁的氟硅酸钠结垢变得疏松,再通过高压清洗机进行梳理疏通,让石墨管壁的结垢掉落,达到除垢的目的。

3.2除垢原理

3.2.1酸洗除垢

石墨换热器列管在线循环酸洗时,清洗液在酸循环槽、闪蒸室、加热器和轴流泵间循环,考虑到盐酸对不锈钢的腐蚀较强,清洗液通常选用稀硫酸。清洗液配制通常用硫酸加水按照一定比例稀释成稀硫酸,采用酸泵强制循环,避免因局部温度过高造成石墨管爆裂。硫酸与钙镁盐、硅酸盐结垢主要发生以下化学反应:Ca3(PO4)2+3H2 SO4→3CaSO4+2H3PO4 K2 SiF6+H2 SO4→K2 SO4+H2 SiF6 Na2 SiF6+H2 SO4→Na2 SO4+H2 SiF6 3.

2.2碱洗除垢

石墨换热器列管在线碱洗,通常采用氢氧化钠和碳酸钠按照一定的比例进行配制,通过泵的强制循环流动、浸泡,让酸洗过程不能除去的氟硅酸盐、硫酸盐结垢等,与碱液发生下列化学反应,使结垢变得疏松或脱落:CaSiO3+2NaOH Na2 SiO3+Ca(OH)2 K2 SO4+2NaOHNa2 SO4+2KOH而且随着碱液温度的升高,上述化学反应愈容易进行。

3.2.3机械除垢

石墨换热器石墨管经过酸洗、碱洗后,管层结垢变得疏松,部分掉落的结垢会堵住石墨管,部分疏松结垢还黏附在石墨管管壁上。若不采用高压清洗机进行水冲洗,掉落的结垢和管壁上的结垢会在生产中再次形成结垢,加剧石墨管的堵塞。磷酸浓缩系统采用的清洗机的压力在25~30 MPa。

4石墨换热器离线清理清洗实践

4.1清理清洗流程的选择

石墨换热器运行一段时间后,虽然定期进行了清洗、清理,但由于管壁的结垢比较坚硬和致密,不管是酸洗、碱洗或机械除垢,都很难在短时间除掉。而且石墨换热器都是垂直安装,系统在线清洗时采用从上向下的方式来清洗石墨管道,也很难将结垢除去。随着管壁上的结垢变厚、变硬,管道堵塞,换热器换热能力下降,必须停车更换石墨换热器,将结垢彻底清理掉。由于换热器的石墨列管是脆性材料,清理结垢严重的石墨管时,禁止用金属钎子用力进行机械疏通,也禁止用高压清洗机用力捅石墨管道。因此,选择合理、有效的离线清理清洗方式显得十分重要。

笔者结合本公司的生产实践,总结了一套有效的石墨换热器离线清洗清理方法,即采用酸洗、碱洗、机械除垢相结合的三次清垢法,可以达到最佳清洗效果。

4.2离线清理清洗实践

以车间C1套装置中石墨换热器的结垢清洗清理为例,本操作采取离线清洗,一是可以保障岗位人员的操作安全;二是有时间根据需要配制清洗液,并对石墨管进行长时间的浸泡、清洗、清理。

1.清洗液的选择清洗液可选择硫酸洗和碱洗相结合;也可以采用盐酸清洗,由于换器拆除下来后换热器两端为衬胶设备,可以耐盐酸,且两端安装了盲板,可有效避免盐酸对不锈钢的腐蚀。

2.基本步骤

石墨换热器离线清洗清理的基本步骤如下。①清洗前的准备:石墨换热器吊装→换热器装盲板;②第一次清洗清理:第一次酸洗→清洗液升温→换热器拆盲板→第一次高压冲洗→试压;③第二次清洗清理:换热器装盲板→第二次碱洗→清洗液升温→换热器拆盲板→第二次高压冲洗

→试压;④第三次清洗清理:换热器装盲板→第三次酸洗→清洗液升温→换热器拆盲板→第三次高压冲洗→试压。

3.注意事项

石墨换热器离线清洗清理的注意事项如下。

1.对结垢严重的石墨换热器进行离线清洗、清理前,先将其拆除后吊装到预先浇筑的混凝土基础上,将换热器两端采用事先预制好的盲板进行封堵,并在换热器壳体仪表口安装阀门,用于定期排除冷凝水和不凝性气体。

2.对其进行离线清洗、清理时,清洗液用泵打到管程进行强制循环;石墨换热器壳层通入蒸汽,用于提高清洗液温度,以利于管壁上的结垢与清洗液发生化学反应。