乙炔渣浆管道系统的除垢及清洗

乙炔渣浆管道系统的除垢及清洗

付长江

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。