一种纤维素结焦产物化学清洗方法初探.pdf

Cleaning World2023年6 月试验研究第39 卷第6 期世洗清文章编号：16 7 1-8 9 0 9（2 0 2 3）6-0 0 54-0 0 3一种纤维素结焦产物化学清洗方法初探王鹏，杨建（北京蓝星清洗有限公司，北京101318)摘要：介绍了一种纤维素结焦产物的清洗方法，测试了该种清洗剂的溶垢率、腐蚀速率以及清洗过程对于不同类型垫片的影响。将该项技术应用于两个纤维素结焦产物化学清洗项目后的结果表明，清洗后的管壁表面清洁，基本无污垢残留，除垢率和腐蚀率均能满足要求。关键词：纤维素；结焦；化学清洗中图分类号：TB649.6文献标识码：B0引言凡是烷烃、烯烃、环烷烃、芳烃、纤维素等有机物参与的裂解、加氢、聚合、加成等反应过程，都不可避免的产生焦垢、积碳等难溶垢。该类垢生成后易强力吸附在设备和管道内壁，会增加管道阻力和物料流动压降，降低管径和流通面积，降低传热效率，缩短装置运行周期，并可能引起设备报废等重大安全事故，严重影响安全生产。纤维素是植物细胞壁的主要成分，自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。近年来，纤维已经在纺织、造纸、印刷、食品、医药、建筑、电子、日化、废水处理等众多领域获得了广泛应用。然而，纤维素在生产和使用过程中，易受温度、催化剂、金属离子等因素的影响，在设备和管道表面产生结焦。在垢生成前，需采取抑制垢生成措施；而在垢生成后，就必须采取垢处理措施，通常是清洗除垢。物理方法通常包括机械清洗、高压水射流清洗、PIG清洗、喷砂清洗、蒸汽/空气燃烧清洗等，但由于结焦类垢致密，柔韧性和粘附力强，物理方法所需清洗时间长，且不能完全去除内部结构复杂、管内弯曲部位以及死角的垢，仅可作为化学清洗的补充。化学清洗方法通常包括溶剂和水基清洗方法等。化学清洗涉及的内容包括垢组成分析、清洗剂配方设计、清洗工艺参数确定、清洗过程监测及控制、废液处理等多个方面，其中最核心的部分是清洗剂配方设计。为解决纤维素结焦问题，开发了一种专门针对纤维素及其结焦产物的水基清洗剂，该清洗剂主要包括清洗主剂、增溶剂、氧化剂、表面活性剂剂等多种组分。试验研究和应用结果表明，该清洗剂可以在8 0 的条件下，快速高效去除设备及管道内壁的纤维素及其结焦产物，可以满足清洗质量要求。1汽溶垢实验1.1主要仪器和设备仪器：旋转挂片腐蚀试验仪，电子天平，恒温水浴锅，干燥箱。试片：碳钢，不锈钢，紫铜。垫片：石棉垫片、橡胶垫片。纤维素垢：MVR蒸发器纤维素结焦产物1.2实验方法（1）重量法测定溶垢率。在50 0 mL烧杯中加入2 0 0 mL清洗剂，将10 g纤维素结焦产物放入烧杯中，置于不同温度的水浴锅中，静置2 4h后，用滤纸过滤未溶解部分，置于10 5干燥箱中4h，测定未溶解部分的质量，计算溶垢率。（2）重量法测定腐蚀速率。在10 0 0 mL烧杯中加入8 0 0 mL清洗剂，将旋转挂片腐蚀试验仪搅拌速度设置为12 0 r/min，温度设置为8 0，将试片用支架支撑在清洗剂的中间位置，试片上边沿距液面不小于30 mm，试片下边沿距杯底不小于作者简介：王鹏（19 8 3-），男，硕士研究生，研究方向：工业清洗。收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 955.种纤维素结焦产物化学清洗方法初探王鹏等第39 卷10mm。按照GB25147-2010工业设备化学清洗中金属腐蚀率及腐蚀总量的测试方法重量法处理清洗前后的试片，清洗2 4h后，将试片取出处理和称重，计算腐蚀速率。（3）清洗过程对垫片的影响。由于MVR蒸发器和清洗系统中使用了石棉垫片和橡胶垫片，为了防止清洗过程对垫片产生不良影响，需要对比清洗前后石棉垫片和橡胶垫片的尺寸、重量等参数变化情况。将石棉垫片和橡胶垫片用酒精和水清洗干净后，置于10 5干燥箱中4h，称重，然后将石棉垫片和橡胶垫片浸泡在8 0 清洗剂中，2 4h后，将垫片取出处理和称重，对比清洗前后垫片尺寸、重量等参数变化情况。2结果与讨论2.1纤维素结焦产物元素分析结果从表1结果可以看出，纤维素结焦产物碳含量为6 8.13%，而纤维素中碳含量为45%左右，这说表1元素分析结果元素名称百分含量/%C68.13Fe11.39Na2.2402.08S1.62N1.57Pb1.11Mg0.73A10.62Si0.51Px0.05CI0.03K0.02Ca0.01明结焦产物中可能含有积碳。所含金属元素包括Fe、Na、P b、M g、A l、Ca 等，在一定的温度条件下，会促进纤维素结焦反应的发生。2.2纤维素结焦产物溶垢率从表2 结果可以看出，常温清洗2 4h后，纤维素结焦产物的溶垢率很低，随着温度的升高，溶垢率逐渐增加，温度升至10 0 时，溶垢率可达85.55%，结合蒸发器表面结垢情况、升温条件和溶垢实验结果，初步确定清洗温度为8 0。2.3不同材质试片腐蚀速率从表3测试结果可以看出，8 0 清洗2 4h后，碳钢腐蚀率和腐蚀量小于6 g/mh和7 2 g/m，不锈钢和紫铜腐蚀率和腐蚀量小于2 g/mh和2 4g/m，均满足SH/T3547-2011石油化工设备和管道化学清洗施工及验收规范的要求。2.4垫片尺寸、质量变化情况从表4结果可以看出，8 0 清洗2 4h后，石棉垫片和橡胶垫片的尺寸、质量等参数变化很小，清洗过程对两种垫片基本无影响，可以应用于清洗项目中。3实际应用2021年9 月和11月，将该清洗剂应用于云南某烟厂和广西某造纸厂MVR蒸发器纤维素结焦产物清洗过程中，设备参数见表5。3.1待清洗设备参数及清洗要求待清洗设备参数及清洗要求详见表5。3.2清洗效果清洗后的蒸发器管壁清洁，基本无污垢残留，无明显锈蚀和点蚀。表2不同温度条件下清洗2 4h的溶垢率序号温度/C清洗前重量/g清洗后重量/g溶垢率/%1室温10.06326.768332.7424010.07964.941650.9726010.00933.163168.4038010.00121.893181.0749010.01531.678283.24510010.08731.457385.55表38 0 清洗2 4h后不同材质试片腐蚀速率编号表面积/m原始重量/g腐蚀后重量/g被腐蚀重量/g腐蚀时间/h腐蚀速率/gmh)腐蚀量/gm）13800.002819.342119.33790.0042240.06251.500013810.002819.464119.45770.0064240.09522.285750100.002818.564218.56090.0033240.04911.178650110.002818.671418.66970.0017240.02530.607132140.002820.157220.15390.0033240.04911.178632150.002820.359120.35510.004240.05951.4286上接53页）-+.+.+.-+-.-.+.+.+.+56第6 期清洗世界表480清洗2 4h后不同材质垫片尺寸、重量变化情况清洗前清洗后垫片外径/mm内径/mm厚度/mm质量/g外径/mm内径/mm厚度/mm质量/g140100394.7532140100394.7531石棉1601203112.45371601203112.45331401003119.41241401003119.4127橡胶1601203159.80751601203159.8070表5设备基本参数及清洗要求云南某烟厂广西某造纸厂设备名称MVR蒸发器MVR蒸发器介质及工艺纤维素，6 0，40 0 kPa纤维素，7 0，430 kPa结垢情况蒸发器管壁结垢严重，导热效果降低约1/3蒸发器管束堵塞严重清洗要求除垢率 7 5%，9 5%管束畅通表6云南和广西清洗过程中不同材质试片腐蚀速率编号表面积/m原始重量/g腐蚀后重量/g被腐蚀重量/g腐蚀时间/h腐蚀速率/gmh)腐蚀量/gm)云南碳钢0.002819.685219.67790.0073240.10862.6071广西碳钢0.002819.790419.78470.0057240.08482.0357云南不锈钢0.002818.484218.47880.0054240.08041.9286广西不锈钢0.0 0 2 818.966418.95890.0075240.11162.6786云南紫铜0.002820.109720.10140.0083240.12352.9643广西紫铜0.002820.094220.08760.0066240.09822.3571腐蚀速率见表6。碳钢腐蚀率和腐蚀量小于6 g/mh和7 2 g/m，不锈钢和紫铜腐蚀率和腐蚀量小于2 g/mh和2 4g/m，均满足SH/T35472011石油化工设备和管道化学清洗施工及验收规范要求。两台MVR蒸发器的除垢率均大于8 0%，固定设备上的阀门、仪表、垫片等未受到腐蚀损伤。4结论（1）石油化工生产中，由于结焦类产物生成反应的温度区间分布较广，从低温到高温都有可能发生，因此该类产物的生成几乎无法避免，由于其组成成分复杂，分析检测困难，加上通常含有大量只能溶胀不能溶解的聚合物等有机物，通常用单一的物理或者化学方法无法解决，需要物理和化学清洗方法相结合，甚至多次清洗才能达到清洗质量要求；（2）本次开发的纤维素结焦产物清洗剂，是在多种清洗药剂协同作用，特别是新型高性能溶剂的作用下，使其对纤维素及结焦产物的溶垢率达到了比较好的效果，满足客户要求，但除垢率 9 0%，13张岩.金属表面的激光清洗技术及应用 J.光机电信息，2 0 0 8,2 1(2):2 2-2 6.14俞鸿斌，王春明，张威，等.激光清洗应用发展现仍具有很大的改进空间。由于不同类型有机物的结焦产物组成差别较大，成分复杂，若想继续提升清洗效果，必须开发适用性广、性能强的溶剂和表面活性剂等药剂，才能从根本上解决结焦类垢的清洗难题。参考文献：1】余存烨.石化设备油垢焦垢的清洗 .石油化工腐蚀与防护，2 0 0 0,17(4):55-59.2罗成成，王晖，陈勇.纤维素的改性及应用研究进展 .化工进展，2 0 15,34(3):7 6 7-7 7 3.3行徐东耀，栗广宇，冯宇，等 .可再生能源，2014,32(12):1862-1868.4GB/T3929322020，工业清洗术语和分类 S.5白利松，赵勇.J.工业与公共设施清洁.2 0 15，37-41.6左理胜，肖礼祥，姜建平，等溶剂型重质油垢清洗剂性能的研究与应用 .清洗世界，2008,24(12):6-9.7余存烨，试论氧化剂在化学清洗中作用及其应用 J.化学清洗，2 0 0 0(0 4):10 4-110.状及展望 .焊接工艺，2 0 14,44(10):8 0-8 4.15韩红敏，韩建平，宋可为，等.铝合金的一种激光表面处理方法 J.固体火箭技术，2 0 17,40(6):7 7 6-779.