熱法處理溶出裝置管式換熱器的內管結疤

   摘 要：管道化溶出裝置的管式換熱器，經過一段時間運行后，必須對內管結疤進行清理，目前的清理方式是計劃停車清洗檢修，用清洗車高壓水沖洗內管結疤，這種方式必須有足夠的清洗時間，一般在4天左右，對管道化裝置運轉率影響很大。分析結疤的成分，主要是硅引起的水合鋁硅酸鈉和鈦引起的鈣鈦化合物。充分利用計劃檢修的機會，在裝置停車及開車過程中，利用高溫狀態下轉水及熱法來處理內管結疤的方法可行，使裝置的運轉周期達三個月以上。 
        關鍵詞：一水硬鋁石　溶出裝置　管式換熱器　內管結疤 

        一、一水硬鋁石換熱器內管結疤的成分（表1)

表1　

　
        二、結疤處理方式 
        根據結疤成分和性質的不同，以及設備大小形狀的差異，目前世界上各種清除結疤的方法有：機械法、流體力學法、化學法及熱法。 
        1．機械清除法 
        (1)用風動裝置經軟管驅動銑刀，穿過每根熱交換管破碎結疤，然后用水將其沖洗掉。(2)用風動裝置經組裝的空心鉆動硬質合金風鉆，空心鉆桿內通水，鉆頭往復運動清除結疤。(3)法國薩林德廠用氣動振打器清除熱交換管中的結疤。振動器由鋼索牽引移動（2-3m/min），振打錘直接擊碎結疤，然后用低壓風吹出。 
        機械清除法一般用于清除大容積設備中的結疤，用于清除熱交換管中的結疤很不徹底，同時由于一水硬鋁石在熱交換器內管上形成的結疤較硬，而內管直徑較小，因此銑刀和風鉆很容易被卡在管道中，此外，設備需要拆開，本身操作的勞動強度較大。因此機械清除法，不適用管道裝置管式換熱器內管結疤的處理。 
        2．化學清除法 
        化學清除法的基本過程是，對結疤先進行全部或部分化學溶解、隨溶劑流帶出。為了得到好的清除效果，除選擇合適的溶劑外，循環運行的溶劑還應具有較高的流速和溫度。
與機械清除法相比，化學清除法的主要優點是，不需要拆卸被清除結疤的設備，對難以觸及的地方也能清理，清除效率高、成本低、勞動強度小。缺點是常用酸作溶劑，這對堿法生產氧鋁工廠來說是個大忌，酸對設備的腐蝕也很嚴重。酸濃度以及停留時間較難掌握，因此會對內管造成一定損傷。 
        3．流體力學清除法 
        采用高壓清洗車，最大壓力可以達到15MPa，用特制的噴噴射高壓水流，達到清除結疤的目的。此法已廣泛應用于清除管式換熱器中的結疤。 
        4．熱法
熱法是將金屬壁或結疤加熱，利用二者膨脹系數不同，使結疤自然崩碎脫落。 
        三、結疤的熱法處理 
        1．結疤的脫落機理 
        (1）利用結疤與內管材料的膨脹系數不同，在裝置高溫時直接轉水，使結疤與管道同時收縮（內管與結疤收縮比約為25：1)，雖然內管的實際收縮量很小，但是由于收縮量不同，造成結疤脫落。 
        (2)裝置直接轉水后，由于壓力快速降低，裝置內水大量汽化，結疤中含有結晶水，由于水的汽化，從內部將結疤崩開，結疤脫落。同時形成蒸汽與水的混合物進入管式熱交換器，利用產生的高溫高速汽水混合物來沖洗結疤。 
        2．可行性研究 
        目前使用的內管材料為16Mn鋼，強度較高，具有良好的綜合機械性能，其馬氏體轉變溫度＞300℃。所以，在300℃以下對其進行的任何物理影響，均不會引起16Mn材料異常的變化。實際操作中，雖然裝置在高溫下直接轉入低溫的水，但是水還要經過乏汽加熱段加熱升溫，并非冷水直接與高溫管道接觸，因而不會對鋼材有不利的影響。 
        此外，如果要提高裝置的運轉率，既不能對運行產生影響，又要達到使結疤脫落的目的。經過研究，認為可以在管道化裝置需要計劃檢修的時候，在高溫下直接轉水實現除疤，而在檢修后的開車過程，通過在空管狀態下運行鹽泵達到處理結疤的目的。 
        3．試驗 
        為了進一步驗證溫度急劇升高及下降對管材及焊縫的影響，取一截內管（帶有一個焊口），放進熔鹽罐中利用熱熔鹽(300℃）進行加熱，l0min后取出，立即用冷水進行沖洗急劇降溫，然后再放進鹽罐中，如此反復進行100次，從試驗結果看，內管及焊縫沒有受到損傷，可以認為利用熱法及高溫狀態下轉水來處理結疤的方法是可行的。 
        四、運行情況 
        轉水前保證轉水用的熱水槽水量充足，水溫為常溫。當裝置到達正常運行的溫度時開始轉水，啟動隔膜泵，保持大排量300m3/h運行，停鹽泵時間視具體情況而定，當SWT4出口溫度降低到165℃時停隔膜泵，半個小時后啟動隔膜泵繼續轉水。當SWT4出口溫度降至130℃時停隔膜泵，從隔膜泵房放料，當SWT4出口溫度達到100℃時停止放料，開始拆卸彎管法蘭，視裝置情況確定拆卸法蘭位置，必須保證四條內管至少各拆卸一片法蘭。 
        采取以上方法，是因為結疤表面均呈現魚鱗狀，從魚鱗狀結疤的前端開始沖刷，更有利于結疤的脫落。此外，拆開法蘭后，由于內外壓差加大，汽水混合物的流速加快，效果會更好。根據裝置情況及時送電拌熱和烘爐，保證鹽泵在具備條件時，隨時可以啟動。檢修完成后，空管狀態下啟動鹽泵，回鹽溫度控制在260℃。鹽泵啟動1h后啟動隔膜泵注母液，開始母液循環，盡量大排量運行。主控室密切關注四條管的壓力變化，防止結疤堵塞管道。 
        在實際運行試驗中，由于是采用轉水流程進行試驗，因此可操作性很強。但在開車過程中，出現過注母液后由于結疤大量脫落造成堵管的現象。 
        五、效果 
        熔鹽爐出口溫度能夠降低多少，決定著這種處理方式的實用性，也決定著管道化裝置的運行周期能夠延長多長時間。

表2　　

        液降溫至240℃后再轉水，都可以達到降低熔鹽爐出口溫度的目的，但是直接轉水時的效果更好。可以得到以下結論： 
        1.轉水時間對處理結疤效果有很大的影響，裝置降溫速度越快，處理結疤的效果越好； 
        2.轉水時的裝置溫度越高，試驗后的效果也越好； 
        3.這種處理結疤的方式在實際生產中完全可行，并且處理效果很好； 
        4.每次處理結疤后，根據溫度降低情況，裝置運行周期都會有不同程度的延長，每次約延長半個月以上。每月安排1-2次計劃檢修，來處理隔膜泵及裝置中存在的問題，利用這種機會就可以處理內管結疤。
由于直接轉水，裝置降溫速度較快，停車過程縮短。在開車前采用熱法處理結疤，空管送電伴熱，可以減少送電伴熱時間，使裝置盡快開車，每次至少可以減少5h，每年節油價值9.6萬元，節約機械及人工費用約2萬元，節約新水2000t，增加氧化鋁11389t。