尿素装置不锈钢设备难溶垢的化学清洗
尿素装置不锈钢设备难溶垢的化学清洗
摘要：介绍了尿素装置难溶垢的形成过程和我们采集的难溶垢的垢样分析，HuaRong-958尿素装置不锈钢设备难溶垢专用清洗剂的功能及清洗难溶垢的反应原理，HuaRong-958清洗剂清洗中石化九江分公司E102、E103中低压分解加热器和E113真空预浓缩器的实际清洗过程及效果。
关键词：清洗剂；尿素装置；难溶垢；分解加热器；真空预浓缩器；有机酸;
一 尿素装置难溶垢的形成过程
1.尿素装置难溶垢起因及形成过程：
尿素装置的腐蚀主要是由于在尿素生产过程中合成的氨基甲酸铵液（NH4C00NH2）简称甲铵液在高温高压下产生的，甲铵液在高温高压下是一种极强的腐蚀性介质它对尿素装置有着很强的腐蚀作用，腐蚀产物主要是铁、钛、铬、硅的氧化物等。下面是尿素的合成过程式：
尿素合成的反应[1]分两步进行：
第一步：2NH3(液)+CO2(气)→NH4C00NH2(液)
第二步：NH4C00NH2(液)→CO(NH2)2(液)+H20(液)
2.尿素装置难溶垢的垢样分析
下面是我们我们采集的中石化九江分公司中低压分解加热器垢样分析数据：
|
Fe |
Ti |
Al |
Cu |
Zn |
Cr |
Ni |
Si |
P |
|
57.35% |
3.90% |
0.0920% |
0.0420% |
0.0023% |
0.5100% |
0.0019% |
0.2193% |
0.0306% |
根据垢样分析数据得出中低压分解加热器难溶垢是由Fe、Ti、Cr、Ni、Al、Cu、Zn、Si、P等元素的化合物和有机物组成的混合物，铁的氧化物是尿素装置难溶垢的主要成分，含量占污垢重量的80%以上，污垢中的铁主要以高价氧化态存在，污垢中的有机物成分所占比例不超过污垢重量的5%。
二 HuaRong-958尿素装置不锈钢设备难溶垢专用清洗剂的功能
HuaRong-958尿素装置不锈钢设备难溶垢专用清洗剂（下面简称HuaRong-958清洗剂）是由兰州华荣清洗防腐工程有限公司为尿素装置中不锈钢设备难溶垢研制的专用化学清洗剂。该药剂为混合型有机酸络合清洗剂，由多种有机酸、缓蚀剂、渗透剂、表面活性剂、溶垢强化剂等按一定比例混合复配而成。该化学清洗剂主要是利用有机酸的酸性和有机酸的络合能力，加上渗透剂、表面活性剂、溶垢强化剂将垢层剥离、浸润、分散、溶解、络合至清洗液中。下面列举了三种有机酸清洗的化学反应原理[2]：
1. 柠檬酸清洗的化学反应原理
第一阶段反应，柠檬酸和氨水反应，生成柠檬酸单胺
H3C6H5O7+NH4OH→NH4H2C6H5O7+H2O
第二阶段反应，溶解反应
FeO+2H+→Fe2++H2O Fe2O3+6H+→2Fe3++3H2O Fe3O4+8H+→Fe2++2Fe3++4H2O
第三阶段，柠檬酸单胺络合反应：
Fe2++NH4H2C6H5O7→FeNH4C6H5O7+2H+ Fe3++NH4H2C6H5O7→FeC6H5O7+2H++NH4+
2. 草酸清洗的化学反应原理
第一阶段反应，草酸电离
H2C2O4→H++HC2O4-；HC2O4-→H++C2O42-
第二阶段反应，溶解反应
Fe2O3+6H+→2Fe3++3H2O
第三阶段反应，草酸络合反应
Fe3++3C2O42→[Fe（C2O4）3]3-
3. EDTA清洗的化学反应原理
EDTA，常用H4Y表示其分子式
第一阶段反应，EDTA电离
H4Y→H++H3Y- H3Y-→H++H2Y2- H2Y2-→H++HY3- HY3-→H++Y4-
第二阶段反应，溶解反应
Fe2O3+2H+→2Fe3++H2O
第三阶段反应，EDTA络合反应
Fe3++Y4-→[FeY]-
从上面可以看出有机酸对铁的氧化物有很好的清洗效果，同时有机酸对垢中的其它金属[3]也有很好的络合溶解能力，而尿素装置难溶垢的主要成分是铁的氧化物所以我们选择混合多种有机酸清洗尿素装置难溶垢。HuaRong-958清洗剂中添加了能有效抑制不锈钢腐蚀的缓蚀剂，对设备的腐蚀率非常小。
三 HuaRong-958清洗剂清洗尿素装置不锈钢设备难溶垢的实际应用及效果
下面是HuaRong-958清洗剂清洗中石化九江分公司E102、E103中低压分解加热器和E113真空预浓缩器实际清洗过程及结果：
（1）E102、E103、E113设备简介
中石化九江分公司E102、E103中低压分解加热器和E113真空预浓缩器是尿素设备中的重要设备，设备经过多年运行，在管程内壁沉积了大量的复合型难溶垢。
E102、E103中低压分解加热器和E113真空预浓缩器的主要参数见表.1：
表.1 E102、E103中低压分解加热器和E113真空预浓缩器的主要参数表
|
位号 |
E102 （A/B） |
E103 |
E113 |
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|
设备名称 |
中压分解器 |
低压分解器 |
真空预浓缩器 |
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|
安装及结构形式 |
BEM固定管板 |
BEM |
BEM固定管板 |
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|
传热面积（㎡） |
443/213 |
512.7 |
843 |
|||
|
重量（t/台） |
3 |
25 |
15.2 |
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|
规 格 |
壳 |
内壁×壁厚×长（高度）㎜ |
1473×24×7460 |
1422×13×6210 |
2642×35×4800 |
|
|
管 |
外径×壁厚×长度根数（㎜） |
Φ1.5〞×14BWG×7460×782根 |
38×1.65×6000×715 |
Φ0.375〞×18BWG×4260×132根 Φ51〞×2.03×4260×1321 |
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|
设计温度 |
壳 |
230℃ |
180℃ |
165℃ |
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|
管 |
180℃ |
165℃ |
130℃ |
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|
设计压力 |
壳 |
2.74MPa |
0.54MPa |
2.16MPa |
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|
管 |
2.16MPa |
0.54MPa |
全真空（0.18MPa） |
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操作介质 |
壳 |
H20 |
H20 |
NH3.CO2 ; H20 |
||
|
管 |
NH3.CO2；Ur.H20 |
尿素 |
85﹪Ur液 |
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|
操作温度℃ 进/出 |
壳 |
151/158 219/160 |
147/147 |
124/107 |
||
|
管 |
140/150 150/180 |
126/138 |
90/102 |
|||
|
操作压力MPa 进/出 |
壳 |
1.66 |
0.49/2.22(B) |
NH3.CO2 ; H20 |
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|
管 |
0.03abs |
1.76/1.76(B) |
85﹪Ur液 |
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材质 |
壳 |
A516GR70 |
ASTMA516Gr60 |
A240TP.316L |
||
|
管 |
A249TP.316L |
A249TP.304L |
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|
保温（保冷）厚度㎜ |
100 |
70 |
70 |
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（2）清洗工艺的选择和介绍
根据E102、E103、E113设备参数及垢型特点，确定了采用循环与浸泡相结合的清洗工艺。具体清洗工艺为：
水冲洗试压→碱洗→水冲洗→HuaRong-958洗清剂清洗（温度130℃[4]，压力4kg∕cm²）→漂洗钝化→水冲洗（pH=8）→检查验收→系统恢复
现场查看了生产工艺流程和受洗设备的布局并结合清洗工艺确定了清洗流程，确定了临时管线的连接和清洗药剂的走向。
（3）化学清洗的实施
1. 水冲洗试压
用水冲洗试压其目的是：
1水冲洗试压检测临时管线连接情况。
2水冲洗除去系统内表面疏松的污脏物。
水冲洗用水应满足浊度不大于20ppm，Cl－不大于50mg／L。冲洗时水流速度不低于1.5m／s，当冲洗水进出口浊度差小于5ppm时，则水力冲洗结束。
2.碱洗及碱洗后的水冲洗
1碱洗的主要目的除去被清洗系统内的油污和表面疏松的污脏物同时对垢起到疏松的作用为下一步清洗做好准备。
2碱洗后的水冲洗的主要目的是冲洗残留碱液及疏松的污脏物。
3、HuaRong-958清洗剂清洗
加入HuaRong-958清洗剂清洗
检测项目：
温度 130℃ 30分钟∕次
压力 4kg∕cm² 30分钟∕次
铁离子含量 15000～30000ppm 45分钟∕次
清洗终点判断：
以铁离子含量在二次内变化接近及超过15000 ppm为准。
4、水冲洗：
目的是清除残余在系统内的清洗液，冲洗至PH值为4－4.5，含铁量小于50mg／L时为止。
5、漂洗：
本次漂洗拟利用漂洗剂与残存于系统中游离子进行络合，降低系统内铁离子含量，为钝化过程打好基础。
使用药物：
0.5％漂洗剂、0.3％缓蚀剂等。
测试项目：
铁离子含量：1次／15分钟；漂洗液的浓度: 1次／30分钟；
PH值:1次／15分钟；温度:1次／15分钟；
6、钝化：
经酸洗和漂洗后的金属表面接触大气或在水中氧份时极易受到腐蚀，因此应立即进行钝化处理，使得清洗表面产生完整的钝化膜。
使用药品配比浓度：
1.5－2.5％钝化液、PH值调节剂适量。
调PH值为9－9.5;温度：40－50℃;钝化时间6小时。
测试项目：
铁离子：1次／30分钟；PH值：1次／15分钟；
（4）清洗效果
在经过HuaRong-958清洗剂清洗后，双方在对现场对E102、E103、E113清洗质量进行了评定。打开设备上部的人孔后，进入设备用肉眼目测E102、E103、E113设备内已完全恢复不锈钢本色，无污垢附着，除垢率达到99% 。取出悬挂的不锈钢标准腐蚀试片，试片表面完整、光洁，无点蚀、冲刷的痕迹。称重后计算腐蚀率，E102腐蚀率为0.078g/(m2·h), E103腐蚀率为0.0001g/(m2·h)，E113腐蚀率为0.0095g/(m2·h)优于《工业设备化学清洗质量标准》中规定的小于6g/(m2·h)的要求达到了预期的目的。
四 讨论和结论
HuaRong-958清洗剂清曾分别用于渭河煤化集团化肥厂高低压分解器的化学清洗，河南省骏马化工集团洛阳西平化肥厂E102、E103中低压分解加热器的化学清洗，中石化九江分公司E102、E103中低压分解加热器和E113真空预浓缩器的化学清洗，镇海炼化公司化肥厂E101汽提塔（316L尿素级不锈钢）化学清洗中，从清洗结果上看达到了《工业设备化学清洗质量标准》HG∕T2387—2007的规定。HuaRong-958尿素装置不锈钢设备专用清洗剂适用于尿素装置中的高中低压分解加热器和真空预浓缩器等一系列不锈钢设备的清洗，HuaRong-958清洗剂具有对尿素难溶垢溶解力强、对设备的腐蚀率非常小，对人体无害、使用安全、性能稳定等特点。
参考文献：
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