陕西北元化工集团股份有限公司 陕西省榆林市 719319
摘要:在乙炔渣浆管道系统中,解决管内结垢问题是一个不可忽视的工作。本文以乙炔渣浆管道系统的结垢现状为切入点,分析了渣浆泵系统结垢原因及影响因素,提出相应的改进措施。
关键词:乙炔渣浆管道系统;除垢及清洗;影响因素
引言
陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司现有12台湿法发生器和16台干法发生器,采用渣浆处理装置对生产设备排放的电石渣进行处理,在生产过程中,渣浆管线和清渣线都发生了管道的结垢和堵塞,由于管道的结垢和堵塞,严重影响日常生产的安全。通过对渣浆泵管路结垢的形成机制和成因进行系统的研究,提出相应的预防措施。
1乙炔渣浆管道系统结垢现状
1.1渣浆管线结垢情况
在公用工程部分的渣浆管中,压滤清液回流管是最常见的结垢位置。目前压滤清液回流管堵塞比较严重,这就造成了压滤机运行中经常出现的下水不畅现象,影响了压滤机的正常工作。同时,由于压滤回水管中杂物较多,使压滤回水管的堵塞情况更加严重。
1.2湿法发生器溢流管线、渣浆捕集器结垢情况
湿法发生装置的污垢主要集中在渣浆捕集器。污垢的厚度为10厘米左右,并且具有很强的硬度,与设备内壁紧密贴合,很难清除。发生器溢流线的主要缺点是流速较慢,由于渣浆中存在大量的残渣,导致管道堵塞,结垢容易清除。
1.3干法发生装置渣浆管线结垢情况
生产过程中,由于乙炔气携带的氢氧化钙干渣在喷淋水的影响下,在50天左右的时间内,在干法发生装置渣浆管线结垢,污垢层的厚度约为10厘米,质地较为疏松,但清洗和维修相对容易。
清渣器运行1年左右就会出现结垢情况,污垢的厚度约为5~10 cm,质地较硬,虽然结垢速度很慢,但是清洗和维修比较困难。
1.4管线结垢垢层形态
渣浆管结垢按形成机理及条件可大致划分为硬垢与软垢。湿式炉渣捕集器、清渣集流管、压滤清液回流管等结垢层的硬度较大、粘着性强,属于难清除的硬质污垢;冷却塔干式清洗排渣管、湿法发生装置溢流管线形成了硬度较低的污垢,属于便于清理的软质污垢。
2渣浆泵系统结垢原因分析
渣浆捕集器在10%浓度的盐酸作用下,剥离下来的污垢层会形成气泡,所有的碳酸盐全部溶解。在渣浆管中,结垢的主要成分是氢氧化钙,通常都要经过成核和生长的过程。首先,少量的固态氢氧化钙在管壁上生成,粘附在管壁上,随后又有更多的水垢附着,形成较大的水垢。在水流的冲刷下,一些污垢被冲走了,但剩下的垢却在不断积累,造成堵塞情况。
①CO2浓度对结垢起重要作用。其形成原理为:
Ca2++2HCO3-→CaCO3↓+CO2↑+H2O
H++HCO3-→H2CO3
OH-+HCO3-→H2O+CO32-
压滤清液回水管路的结垢情况比较严重,这是因为这里的管路是开放的,与空气有更多的接触,由于含有大量的二氧化碳,所以形成了很大的水垢。管内水流阻力小,表现为间歇性,每个过滤后水管到主水管都有三个弯角,水流速度及流向的变化也将导致结垢的加重。
②在弱酸环境下条件下,水溶液难以解离为带负电的酸根,而易发生结垢的阳离子,却能在水合氢离子的影响下,以极高的溶解度存在。在酸性条件下,水体中的氢离子浓度降低,酸性极易发生解离,生成带电的酸根,当酸根与金属离子的浓度之比大于某一数值时,便会产生不可溶的析出。如图1所示,当 pH增加时,成垢率增加。
图1 不同钙离子浓度条件下的成垢率与 PH值的关系
从图2中可以看出,水体中HCO3-、CO32-与 PH值之间存在着紧密的联系, PH<10时,水体中主要是碱性HCO3-,而 PH>10时,HCO3-则快速降低,而CO32-则快速升高,当 PH>11时,HCO3-碱度碱性完全转变成CO32-碱度。随着 PH值的增加,溶液中HCO3-的含量减少,CO32-的含量增加,碳酸钙的形成倾向增加。
图2 碱性对PH值的影响
③如图3所示,当温度增加时,清水中氢氧化钙的溶解度降低。随着环境温度的升高,水溶液中的离子平衡态发生变化,使渣浆的溶解性下降,产生结晶性沉淀物。结果表明,在清液温大于60℃时,结垢倾向明显,且随着温度升高,结垢倾向加剧。
图3 氢氧化钙溶解度曲线
重碳酸盐结垢发生于设备加热及生产体系中水分含量高的地方,加热强度越大,污染越严重。
3结垢的影响因素分析
在分析了渣浆管道结垢的成因之后,在后续的研究中,针对工厂的实际生产,从管道粗糙度、流速、温度、与空气接触等方面进行比较论证,得出以下结论。
3.1管道粗糙度对结垢的影响
2018年4月,排渣管由常规碳钢管改为 CPVC,进行清洗工作,结果显示该装置的结垢情况与一般碳管的结垢情况基本一致。新的洁净无缝钢管的绝对等效粗糙度为14微米,带内镀层的钢管为6~10微米。CPVC管道的绝度等效粗糙度与带内涂层的钢管基本相同,从设备的实际操作来看,在短时间内,内壁光滑的管道上很难附着结垢的物质,但管内壁结垢后,夹带在渣浆体系中的固相粒子又会继续堆积,导致污垢继续生长,从长远来看,管道糙率对管道结构的影响并不大。
3.2相对流速对结垢的影响
干式清洗塔的排渣管原管道为DN200,新增的备用管道为DN150,从一个月来看结垢情况分析,DN200的垢层厚度比DN150大2mm,在相同的排渣压力下,随着排渣管直径的减小,增加流动速度可以减轻渣浆管的结垢。
由于下槽中滤后水的流速很慢,所以在压滤回水管道中很容易出现液体溢出,这使得操作人员不能开启进料阀门,单台压滤机过滤后的水完全回流至清液管道需20分钟。
图4进给阀开度和槽面水平面调整
2018年7月完成了压滤装置DN80下水管的改造,在原来的底座上切去了三根DN80弯头,并在压滤机上增设了一条长方形的排泥槽及滤网,提高了压滤机的供料速度。通过对压
滤机的改造,使其进给阀开启20次以上,出水后无溢流现象。为提高压滤机的进料工作效率,减轻管路结垢,现已完成18个压滤机组的回水槽的改造。
图5 改进后的进料阀开度和槽内液面
已有研究发现,低流速条件下,成形垢核快速长大,通过增加清清回水管的流速,大量的水冲去垢核,防止垢核在管壁上生成,从而减轻结垢。
3.3完全与空气接触的清液对结垢的影响
为了使清液的温度更低,二期净化车间新冷却水塔于5月份投入使用,该装置投入运行后,炉内排渣主管线温度从70℃降至55℃。新的浓化池投入使用后,其气化管内的结垢物比投入使用前更坚硬,经分析,这是因为投入使用后,清液在冷却塔上被喷淋降温时,会与空气充分接触,洗涤后产生的碳酸钙增多。
4改进措施及应用效果
4.1做好预防措施
解决管内结垢问题的关键在于抑制碳酸钙生成。从增加喷水压力、增加管道速度、减小清灰与空气的充分接触等方面来看,可以有效地改善渣浆管的结垢状况。综合上述分析,渣浆管的结垢是不可避免的,所以需要及早防治。
4.2采用超声波除垢方法
针对该设备的工作特点,采用超声强声场对液体进行处理,使其在超声场下的物理化学性质发生一系列改变,使其分散松散,不容易粘附于管壁。
结语
乙炔渣浆管道系统的除垢与清洁是一项非常复杂、要求较高的工艺。本文通过对电石渣浆管路结垢的研究,找出造成管路堵塞的主要因素,并提出了相应的改进措施,以达到系统高效、安全、可持续发展的目的。
参考文献
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[3]刘延财,王奋中,曹国玉等.循环水电化学除垢技术在化工企业的研究与应用[J].中国氯碱,2021(04):20-23.
作者简介:付长江, 1986.12.29 , 男 ,汉族 , 陕西临潼 ,陕西北元化工集团股份有限公司 ,主要研究方向:乙炔装置生产,工艺、设备、安全管理。