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氯气冷凝器的化学清洗

    氯气冷凝器是氯碱氯液生产的关键设备，主要通进冷冻盐水将氯气进行液化。设备的传热效果好坏，不仅仅是影响氯液的产量，而且还要浪费能源，影响安全生产。

1 问题的提出

    1992年巨化电化厂在10kt/a烧碱技改中，增加了4台立式氯气冷凝器冷凝器的主要技术参数见表1。

      　　

　　表1 冷凝器的主要技术参数

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                   管程                 壳程

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               介质           CL2(气)CL2（液）  冷冻盐水（CaCl+H2O）

              工作压力/MPa                   0.37                 0.294

              工作温度/℃                    3~-5                 -4~-5

              换热面积/m2                 　　209

              设备外形尺寸/mm        　　 ￠1800×5325

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     冷凝器管板材料为16MnR，换热管材料为20#钢管，管长为2800mm，规格为 ￠57×5mm，列管与管板的连接为焊接，冷冻盐水是下进上出。设备经过近8年的运行传热效果严重下降，近2年来5~10月份气温较高的季节，正常冷冻盐水温度条件下，4台氯气冷凝器全部投入运行，仍很难维持满负荷生产的要求。为保证全厂的安全生产，提高液氯产量，对冷凝器传热效果下降的原因进行分析，并提出相应的措施已成为迫切需要解决的问题。

2  传热效果下降的原因分析

    据资料介绍，传热系数K由下列公式计算

    1/K=1/α1+Rs1+b/λ×d1/dm+Rs2d1/d2+α2d1/d2

  式中  Rs1、Rs2---管壁外侧、内侧污垢热阻；

       α1、α1----管壁外侧、内侧的对流传热系数；

       d1、d2、dm--管子的外径、内径、平均直径；

       λ---------管材的传热系数；

        b-----------管壁厚度。

　

    由此可见，当设备一旦定型和工艺参数不变时，影响传热K的主要因素是管壁外侧和内侧污垢热阻。管子外垢主要是由于介质中Cl-、Ca2+、Mg2+、CO32-等长年累月形成的水垢、盐垢、铁锈等，牢固地吸附在钢管表面，管子内垢主要是铁锈等杂质。

3  技术措施及清洗方案确定

    要解决氯气冷凝器结垢严重问题，一般采用化学清洗、机械清洗、高压水射流几种方法解决，根据现场实际情况我们选择了管程用70MPa高压水枪冲洗每根列管内壁，壳程采用化学清洗方案除去污垢。利用化学清洗除垢最首要的条件是了解污垢的化学组成，以便筛选合适于快速溶解污垢而又不损坏设施的最佳清洗剂配方。针对设备壳程中主要介质是CaCl2，所以配方中我们选用氯基磺酸作为主清洗剂，Lan-826作为缓蚀剂进行除垢，整个项目由衢州万能达清洗有限公司实施。除垢反应式为

    CaCI3+2NH2SO3H=Ca(NH2SO3)2+H2O+CO2↑

    MgCO3+2NH2SO3H=Mg(NH2SO3)2+H2O+CO2↑

    Mg(OH)2+2NH2SO3H=Mg(NH2SO3)2+2H2O

    据资料介绍，氨基磺酸对金属的腐蚀作用小于硫酸和盐酸，氨基磺酸对某些金属的相对腐蚀数据见表2

　

表2 某些金属在3%酸液中的相对腐蚀率  g/m2h

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 金属类型    氨基磺酸    硫酸     盐酸

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  20# 钢      1.3       2.6      4.2

   锡         5.0       81.0     23.0

  304不锈钢     1.8       10.0    很快腐蚀

  铜          -        1.5      6.7

  铅          -        0.6      5.3

 铸铁        1.8       3.2      3.2

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 注：实验温度为（22±2）℃

　

4  清洗工艺流程

    1#~4#氯气冷凝器分别进行水冲洗→碱洗→酸洗→漂洗→钝化处理。

4.1  系统水冲洗

    系统内加足量的自来水，启动清洗泵以大流速冲洗设备壳程部分，以除去疏松杂质，减轻酸洗时负担。

4.2  碱洗

    配制2.5%Na3PO4碱洗液，加适量的高效乳化剂、渗透剂并用蒸汽直接加热到60℃左右，流速控制在0.35m/s左右，循环时间为4h，目的是除去列管表面上妨碍毒化酸洗缓蚀剂的油脂性污物，碱洗后用水冲洗，将残留在系统内的碱洗液除去，并使部分固体粒子脱离表面而被带走，直到冲洗水出口pH≤8.4,水质透明结束。

4.3 酸洗

    将清洗槽内注入足够的水，启动循环清洗泵进行自循环，缓慢加入规定量的多用高效缓蚀剂，采用边循环边加料的形式，使缓蚀剂在整个清洗系统中均匀分布，使各部位缓蚀剂均达到规定有效的浓度等缓蚀剂在整个清洗系统中均匀后，缓慢通入蒸汽使循环清洗液水温达到35℃左右，然后开始向清洗槽内加入氨基磺酸及酸洗添加剂，当取样测定酸洗液浓度为7%左右时，停止加酸。在酸洗循环过程中，按每30min一次测定酸浓度及温度，当测定酸浓度值基本达到稳定，其差值小于0.1%即达到清洗终点。

4.4  酸洗后水漂洗

    清洗达到终点后排尽酸洗液，在清洗系统中注入水，加入0.1%浓度的高效缓蚀剂，按酸洗步骤混合均匀配制漂洗液，往漂洗液中均匀加入漂洗剂，浓度控制在0.5%左右，用蒸汽直接加热到80℃左右，继续循环漂洗。漂洗过程中应测定Fe3+浓度（每15min一次），等Fe3+浓度基本稳定后即达到漂洗终点。

4.5  钝化

    经酸洗的金属表面接触大气或水中氧，极易被腐蚀，因此漂洗一结束，立即进行钝化处理，往清洗系统中加入钝化剂浓度为2.5%，温度控制在70~80℃，搅拌均匀进行循环8h，最后按环保要求排放。

5   实施效果

    2001年10月，按上述方案对4台氯气冷凝器进行化学清洗后，同样的工艺条件，液氯产量由每台50t/d增加到现在的60t/d，现场测定的挂片平均腐蚀率为1.8725g/m2h<6g/m2h( 工业设备化学清洗质量标准HG/T23878-92)，其腐蚀率大大低于用盐酸或硫酸作清洗剂所测定的挂片平均腐蚀率。

6   几点体会

    （1）选用氨基磺酸作清洗剂适用于氯冷凝器的化学清洗，既安全又能提高20%传热效果；

    （2）对于壳程走冷冻盐水的碳钢类换热设备，采用该清洗方案将明显地提高传热效果。

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