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（華陽新興科技（天津）集團有限公司，天津 300112）

摘 要：針對石油化工行業(yè)石化設備結(jié)焦嚴重，機械清焦方法效率低、效果差、勞動強度大及耗能高的現(xiàn)象，引進免拆解除焦、除碳清洗技術(shù)，該技術(shù)是利用高效有機復合清焦劑對相似結(jié)構(gòu)的非極性物質(zhì)可以互溶的除焦原理，在常溫條件下，通過浸泡、循環(huán)清洗的方式對附著在石化設備內(nèi)壁的結(jié)焦物進行溶化，并通過石化設備將溶化的結(jié)焦物排出，達到高效清膠的目的。清洗工藝環(huán)保性、有效性及可靠性。本免拆解除焦、除碳清洗技術(shù)溶焦速度快、對基材無影響、工藝簡單，適用于多種形式的工況，可有效提高工作效率，提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率，保障系統(tǒng)運行的質(zhì)量，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。

關(guān)鍵詞：除焦技術(shù)；安全徹底；環(huán)保

在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域，煉油生產(chǎn)常減壓蒸餾裝置及其后續(xù)深度加工裝置，如乙烯裂解、催化裂化、延遲焦化、芳烴聯(lián)合、加氫精制等裝置，在生產(chǎn)過程中，難免受到不同工藝環(huán)境因素的影響，在換熱器、管道、爐子及塔器等位置生成、積聚各種復雜、頑固的焦垢、碳垢及油垢等，特別是催化裂化生產(chǎn)過程中，原料中未被汽化的大分子物質(zhì)或轉(zhuǎn)化后生成的大分子物質(zhì)，伴隨高溫裂化生成的二烯烴類物質(zhì)，在石化設備內(nèi)壁上冷凝沉積，在相對高溫的狀況下，長時間停留而縮合生成焦塊。焦垢、碳垢嚴重制約了石化裝置的運行周期，增加了搶修頻次影響加工量，不僅可使管壁熱阻增加，生產(chǎn)過程中能耗增加，設備壽命縮短，而且垢層也會使設備內(nèi)徑變小，物料流動壓降增大，產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率降低，操作周期縮短，嚴重影響生產(chǎn)效率，并且污垢聚集處極易引發(fā)腐蝕，腐蝕的損傷會給設備及其裝置的性能和壽命帶來巨大的負面影響。所以在石化生產(chǎn)領(lǐng)域，定期對石化設備進行除焦、除碳是最基礎的控制措施和日常維護手段，對于提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率，保障系統(tǒng)運行的質(zhì)量、保證系統(tǒng)的安全性，延長其壽命起到非常重要的作用。

近年來，隨著石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對除焦、除碳技術(shù)的有效性、安全性、及節(jié)能性等方面不斷提出了新的要求，包括短期內(nèi)能垢達到高效徹底除焦、除碳及除油等，且在作業(yè)完畢后，不會對結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生任何不良影響，以及除焦、除碳技術(shù)應具有良好的安全性和環(huán)保性，保證不會對操作者的安全和環(huán)境造成危害。并具有良好的經(jīng)濟性，節(jié)約能耗，減少排放。目前的除焦技術(shù)大部分是采用機械除焦的方法，即對焦塊施加以機械外力，對焦塊進行破碎，最后將破碎后的焦塊清洗出去。其主要是通過一空心鉆頭、高壓噴出水流對焦塊施加外力進行除焦，以及通過專用的設備噴射一種專用的清焦球，這些清焦球一般為橡膠材質(zhì)并且外表面具有刺狀凸起，通過高速噴射，清焦球會撞擊焦塊將焦塊破碎，最后再將焦塊清洗出去。無論采用以上何種方式進行除焦，其共同的特點就是將石化設備先進行拆解，再通過對焦塊施加機械外力的方法進行除焦，這些方法都需要專用的大型清洗設備，而這些大型的清洗設備耗能巨大，由于結(jié)焦區(qū)塊差異性及結(jié)焦多樣化，結(jié)焦管路的復雜性，且焦垢附著牢固，管束間隱蔽部位難以完全清除，清洗過程復雜，清除效果不理想，操作難度大，耗時較長，且存在較高的操作安全性風險，拆卸過程中容易導致設備損壞，影響生產(chǎn)。因此，有必要提供一種溶焦、溶碳速度快、對基材無影響、工藝簡單，適用于多種形式的工況，可有效提高工作效率，提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率，保障系統(tǒng)運行的質(zhì)量，可實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。且對對操作人員和環(huán)境安全無危害的免拆解除焦、除碳清洗技術(shù)。

1 實驗部分

采用定性和定量分析的方法對不同石油化工裝置的結(jié)焦物進行了分析、軟化及溶解，依據(jù)分析結(jié)果,對高效有機復合清焦劑的各項性能進行測試。

1.1 溶解性能

為驗證測定高效有機復合清焦劑對的除焦性能，選取石油化工生產(chǎn)裝置不同介質(zhì)（包含急冷油、柴油、裂解汽油）的結(jié)焦物（包含焦質(zhì)、積碳、炸蠟及油質(zhì)）進行溶解效果測試，步驟如下：

在(15±2）℃條件下，量取10ml相同質(zhì)量的高效有機復合清焦劑分別置于3個比色管中，然后分別稱取0.5g結(jié)焦物，將結(jié)焦物置于比色管中，靜置觀察，按規(guī)定的時間檢查結(jié)焦物溶解、軟化及分散的情況，記錄完全溶解所需時間。并拍照記錄試板的溶解效果。

表1結(jié)焦物溶解試驗結(jié)果

從表1試驗結(jié)果可以看出：在(15±2）℃條件下，3種結(jié)焦物浸泡相應時間后，均能夠徹底溶解、分散，說明高效有機復合清焦劑對不同介質(zhì)的結(jié)焦物，均能溶解、分散。

1.2 對金屬的腐蝕性

為驗證高效有機復合清焦劑是否對金屬基體材料產(chǎn)生腐蝕，選取45#鋼、304不銹鋼試片進行腐蝕性測試，通過浸泡試驗考察清焦劑與基體的適應性。步驟如下：

將金屬試片浸入清焦劑中，經(jīng)規(guī)定的時間后，以金屬試片的外觀變化和腐蝕量來評定清洗劑對金屬的腐蝕性。將規(guī)定準備好的試片（連試片架）置于40℃±2℃干燥箱中干燥30min，冷卻至室溫，稱量（M1）。將盛有400ml試液的燒杯或藥物缸放入恒溫水浴鍋孔中，使試液恒溫在25℃±2℃。然后將稱量好的試片吊掛于橫放在藥物缸或燒杯口的橫梁上，并讓試片全浸在試液中（下不觸底上不露面）。在藥物缸或每個燒杯中，只放2片相同材質(zhì)的試片，經(jīng)24h后，取出試片。在丙酮中漂洗（擺洗10次），檢查外觀。再將試片(連掛鉤)置于40℃±2℃干燥箱中干燥0.5h，于干燥器中冷卻至室溫，稱量（M2）。

試片的腐蝕量X2，以其質(zhì)量變化的毫克數(shù)表示，按式（2）計算： 

 X2=（M1-M2）×1000 … … … … … … … … … …（2）                                                                 

式（2）中：

X2  — 試片腐蝕量，mg；

M1  — 試片浸泡前的質(zhì)量，g；

M2 — 試片浸泡后的質(zhì)量，g。

結(jié)果評定：按技術(shù)要求，根據(jù)腐蝕量和外觀變化進行評判。每個標準試片的腐蝕量用算術(shù)平均法計算的數(shù)值作為金屬材料的腐蝕量，腐蝕試驗后的試片表面，按表1進行評級。

表2腐蝕外觀評級標準  

表3腐蝕性試驗結(jié)果

從表3試驗結(jié)果可以看出：浸泡45#鋼、304不銹鋼試片表面外觀均沒有發(fā)生變化?？紤]到誤差影響，可以認為浸泡前、后試片的質(zhì)量均沒有發(fā)生明顯變化。說明高效有機復合清焦劑對45#鋼、304不銹鋼試片沒有腐蝕性。

1.3 高低溫穩(wěn)定性

將50ml清焦劑倒入潔凈試管中，加塞后放入40℃±2℃恒溫水浴中或放入冰箱里于-18℃±2℃冰箱中，水面高于試管液面20mm，48h后取出，待恢復至室溫后，觀察外觀是否有分層和沉淀等現(xiàn)象。

表4浸泡試驗結(jié)果

從表4試驗結(jié)果可以看出：清焦劑在43℃±2℃和-18℃±2℃存放48 h后，均未出現(xiàn)沉淀、分層現(xiàn)象，并能夠恢復到原始狀態(tài)。說明高效有機復合清焦劑具有較好的高低溫穩(wěn)定性。

2.4 安全環(huán)保性

按照規(guī)定的測試方法， 從表5理化性能指標可以看出：高效有機復合清焦劑為均一透明液體；中性產(chǎn)品；化學構(gòu)成具有優(yōu)良的穩(wěn)定性；無閃點；不含ODS、酚、丙酮、強堿及歐盟RoHS 指令等禁用或限制使用的有害物質(zhì),不破壞臭氧層，對環(huán)境友好。

表5理化性能指標

3  實際使用情況

3.1 應用案例

選取石油化工行業(yè)乙烯裂解裝置的急冷油換熱器進行除焦維護清洗。該換熱器急冷區(qū)域的稀釋蒸汽發(fā)生器由于長期使用，殼程結(jié)焦、積碳嚴重，傳統(tǒng)的清洗方式無法將管束間的急冷油、焦質(zhì)物等徹底倒空清洗，易損傷設備，造成使用壽命縮短。在不拆卸蒸汽發(fā)生器的情況下，建立安全高效清洗系統(tǒng)，配合使用高效有機復合清焦劑對殼程進行浸泡、滲透、沖刷交替清焦，共交替清洗二次，除焦結(jié)束后，采用壓縮空氣或氮氣吹掃，采用抽芯進行驗收檢驗，抽芯后列管上無殘留的急冷油、焦質(zhì)料等，基材表面無損傷。清洗過程中裝置現(xiàn)場的污水和異味明顯減少，面貌得到了較大改善，不僅保證了員工的身心健康，取得了較好的環(huán)保效益，而且還節(jié)省了裝置現(xiàn)場清理費用。清洗完投用后換熱器效果佳，使用周期長，在使用該清洗技術(shù)后，換熱器的除焦次數(shù)從5次/年降低到2次/年，有效減少了除焦頻次，無其它任何檢修作業(yè)，為裝置更是節(jié)省了檢修費用。

3.2 應用效果

圖4 為蒸汽發(fā)生器除焦前后的現(xiàn)場照片，本免拆解除焦、除碳清洗技術(shù)可在常溫條件下，且不影響生產(chǎn)負荷的情況下,實現(xiàn)了蒸汽發(fā)生器的免拆卸高效清洗。應用過程中可高效清除積附在換熱器內(nèi)壁和列管間隙中的結(jié)焦物,無殘留，使換熱器管程介質(zhì)進出口的溫度差從除焦前的10℃恢復到30℃（設計參數(shù)），使換熱器恢復正常運行狀態(tài)，使換熱器的能耗明顯下降，確保了換熱器生產(chǎn)稀釋蒸汽量，確保裝置平穩(wěn)運行，并且減少了換熱器年度除焦頻次。有效提高了急冷油的循環(huán)效率、產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率及生產(chǎn)能力,保證烯烴產(chǎn)品的收率,保障系統(tǒng)運行的質(zhì)量。對換熱器材料安全可靠；使用簡單,便于操作，無需拆卸；安全環(huán)保,無毒無害，無燃爆危險；節(jié)能降耗,經(jīng)濟性高。常溫使用,能大幅度地降低除焦費用,節(jié)省能源。且對操作人員和環(huán)境無危害，高效有機復合清焦劑可反復使用，節(jié)能降耗，經(jīng)濟性高。實際的應用證明：環(huán)保安全型免拆解除焦、除碳清洗技術(shù)可理想替代效率低、效果差、勞動強度大及耗能高的蒸汽-空燒焦法、水力除焦法及機械除焦法等傳統(tǒng)除焦方法,廣泛應用于石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域石化設備的除焦、除碳及除油清洗維護。

圖4 除焦前、后的蒸汽發(fā)生器照片

4 結(jié)論

   本文通過多個方面的性能及應用研究發(fā)現(xiàn)，石化設備免拆解除焦、除碳清洗技術(shù)可以替代機械除焦的方法對石油化工領(lǐng)域的設備進行除焦、除碳及除油清洗，且清洗效果優(yōu)良,經(jīng)清洗后的石化設備完全滿足使用要求。另外,目前該技術(shù)已應用于石油化工領(lǐng)域。實踐證明,清洗質(zhì)量能夠較好地滿足要求,清洗質(zhì)量和效率高，清焦徹底，無殘留，提高經(jīng)濟性能，節(jié)能降耗，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，提高產(chǎn)品收率；安全可靠，無腐蝕，對設備材料無損傷，不產(chǎn)生腐蝕穿孔；安全環(huán)保，無毒害，無燃爆危險，對人體的安全性高；使用簡單，易操作，無需抽芯，節(jié)能降耗。清焦劑不含ODS、三氯乙烯、四氯化碳、苯系物、重鉻酸鹽及重金屬等有害物質(zhì)，符合歐盟RoHS指令，且性能穩(wěn)定，廢液可反復使用，可大幅度降低維護成本。替代傳統(tǒng)的機械除焦方法后,不僅能夠較好地滿足石化設備除焦、除碳清洗的要求，還降低了對操作人員和環(huán)境安全危害的風險。該技術(shù)可推廣至其它的除焦、除碳等過程,而且有望大規(guī)模推廣至其它的除焦、除碳過程。這對于石油化工領(lǐng)域的常減壓蒸餾裝置及其后續(xù)深度加工裝置的安全除焦、除碳清洗具有重要的意義。

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作者簡介：馮俠（1980-），女，天津人，本科，主要從事工業(yè)清洗劑、防護劑的研究開發(fā)與管理工作。