段付岗
（宁夏泰丰铂尊新材料科技有限公司，宁夏 灵武750411）
［摘 要］在煤化工装置中，诸多设备和管道会出现污渍、结垢和堵塞现象，当人工清理难度大、高压清洗效果差时，须采用化学洗涤（化洗），通常采用盐酸或柠檬酸作为化洗剂。以新型煤基甲醇装置为例，归纳气化灰水系统、脱盐水站板式换热器、锅炉/汽包结垢物与空冷塔填料堵塞物、甲醇中间储罐附着物的特征，分析与探讨柠檬酸化洗的可行性及其优势，分享柠檬酸化洗热力系统锅炉和汽包、脱盐水站板式换热器、空分装置空冷塔鲍尔环、甲醇合成系统甲醇中间储罐、气化灰水系统的作业经验及其注意事项，并总结柠檬酸化洗的适宜性、化洗方式、化洗效果等，认为柠檬酸作为化洗剂的应用行业和领域越来越广，值得进一步推广和普及。
［关键词］煤化工装置；结垢物特征；柠檬酸；化洗原理；可行性；化洗方式；化洗效果；注意事项
［中图分类号］TQ047.9 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）01-0001-04
0 引 言
在煤化工装置中，以新型煤基甲醇装置为例，无论是空分装置冷却塔还是气化灰水系统，无论是甲醇合成系统换热器还是甲醇中间储罐，无论是锅炉/汽包还是脱盐水站的板式换热器，无论是运转设备还是静止设备，无论是原水管道还是灰水/污水管道，均会出现污渍、结垢和堵塞现象。结垢物多呈白色、灰色或灰黑色，层状感强，致密度高，硬度大，一般不会自行脱落：轻者，会缩小管道的通径，降低换热器的换热效率，影响煤化工装置部分系统或全系统的生产负荷；重者，会堵塞设备、管道，造成机泵无法正常运转，换热器无法有效进行热交换，导致部分系统停车清理或全线停车处理。
设备、管道出现结垢堵塞时，通常的处理措施有人工清理、高压清洗和化学洗涤3种，当人工清理难度大、高压清洗效果差时，须采用化学洗涤（简称化洗）。在煤化工装置中，多采用柠檬酸化洗，可收到良好的洗涤效果，延长设备、管道的使用周期及寿命，利于系统的安、稳、长、满、优运行。以下对有关情况作一介绍。
1 柠檬酸化洗的可行性研究
1.1 结垢物特征
1.1.1 气化灰水系统的结垢物
气化灰水系统主要包括闪蒸系统、真闪系统、灰水澄清系统、细渣过滤系统、灰水除氧系统等子系统以及配套的灰水输送管道（如气化废水输送至污水站的管道）等，其结垢物均为钙盐、镁盐或钙镁复合盐，并会因灰水分散剂添加不足、灰水温度降低、碱度增大、pH升高等，结垢现象加重，设备、管道堵塞加剧，即使是DN250的管道，结垢物厚度也可达到200 mm，无法满足生产需要，直至造成系统停车或全线停车。这些结垢物表面以灰色和灰黑色为主，或二者相间分布，敲击下来的垢片断裂面有如树木的年轮，分层现象明显，坚硬无比，人工难以清理，借助高压清洗机清理难度同样大。钙镁盐结垢物自身很坚硬，而层状感强则与原料煤煤质及灰水水质变化有关——当原料煤煤质变化时，灰水中灰渣的沉降速率随之变化，若沉降速度变差、变缓，灰水的澄清效果不佳，其结垢物就会呈灰黑色，反之则呈灰白色。正常生产中灰水系统的结垢堵塞周期一般为6～12个月，非正常状态下其结垢堵塞周期甚至会缩短至不足1个月。
1.1.2 脱盐水站板式换热器的结垢物
脱盐水站常用板式换热器给原水加热，以降低生产系统回收的工艺凝液和汽轮机组凝液的温度。通常，板式换热器的运行周期为1 a，原水侧的不锈钢板面上会附着一层薄薄的白色结垢物。此结垢物为典型的水垢，同样以钙镁盐为主要成分，看似很薄，但其附着力较强，即使将板式换热器拆开解体后，因其不锈钢板更薄，若用铁锤敲击使垢物脱落则易致不锈钢板变形，只有采取浸泡式化洗方可有效清除其表面的垢物。
1.1.3 锅炉和汽包的结垢物
正常运行中锅炉（或汽包）通过添加磷酸三钠以防锅炉水冷壁管、联箱和汽包结垢。当锅炉给水水质变差、杂质含量较高、磷酸三钠添加量不足或不稳定时，易造成锅炉结垢，锅炉产汽量降低，影响锅炉的正常运行；当结垢严重时，会堵塞及致使水冷壁管烧穿，造成锅炉爆管泄漏而不得不停车处理，甚至导致主生产装置全线停车。锅炉和汽包结垢物的主要成分依然是钙镁盐，只是其颜色呈白色。
当然，在大型锅炉投用前，须对其汽包、下降管、联箱、水冷壁、过热器、再热器等进行化洗，以除去其内壁的铁锈、污渍等附着物，这些附着物的主要成分为Fe2O3。
1.1.4 空分装置空冷塔填料的堵塞物
空分装置空冷塔为填料塔，填料为鲍尔环，其塔底进气管处仅1 m高填充的是不锈钢鲍尔环，其余部位均填充着大量的塑料鲍尔环。通常，每年均会利用系统停车大修之机检查填料的堵塞情况，但随着运行时间的延长，空冷塔内自上而下鲍尔环表面附着的黏泥量会逐渐增多，每2 a需掏出并清洗1次，否则空冷塔内阻力会增大而影响空分装置的生产能力；尤其是空冷塔塔底不锈钢鲍尔环上的附着物，通常用压力为1.0 MPa的消防水也无法将其冲洗干净。
1.1.5 甲醇中间储罐的附着物
甲醇中间储罐运行过程中，储罐内表面会附着油脂、污渍等，还会出现生锈现象，这样在其内浮盘安装施工时，一方面会影响作业安全，存在火灾、爆炸、中毒的风险，另一方面会污染储存介质即中间产品粗甲醇，最终影响精甲醇产品质量。因此，在安装内浮盘时，必须对甲醇中间储罐进行化洗，以达到要求的清洁度。
1.2 柠檬酸的特性
柠檬酸（CA）分子式为C6H8O7，是一种重要的有机酸，为无色晶体，无臭，有很强的酸味，易溶于水，是天然防腐剂和食品添加剂。室温下，柠檬酸为白色结晶状粉末，密度为1 542 kg/m3，熔点153～159 ℃，175 ℃以上会分解为水和CO2。柠檬酸易溶于水和乙醇，20 ℃时其溶解度为59%，其2%水溶液的pH为2.1。
柠檬酸结晶体在干燥空气中微有风化性，在潮湿空气中有吸湿性，加热可以分解成多种产物，可与酸、碱和甘油等发生反应。柠檬酸是通过微生物发酵生产的有机酸，在洗涤剂生产中应用比较广泛，其自身的特性和螯合性发挥了积极作用。实际使用过程中，柠檬酸在安全性方面表现突出，不易对环境造成影响，在高温和存在微生物的条件下易降解；柠檬酸的螯合能力较强，主要对锰、铁、钙、镁离子等具有较强的螯合能力，使用效果较好。
酸洗作为煤化工装置中设备、管道化学清洗中的一个重要环节，通常采用盐酸或柠檬酸作为化洗剂：利用盐酸化洗煤化工装置时，因盐酸为强酸，易灼伤人体皮肤，腐蚀金属设备和管道，即使是不锈钢材质，盐酸中的Cl-也会造成不锈钢点状和蜂窝状晶间腐蚀和应力腐蚀，进而易致设备、管道泄漏损坏［1］；而以柠檬酸作为化洗剂，因其缓蚀性较为突出，与盐酸等无机酸相比，酸性较弱，对设备、管道的腐蚀性较小，安全可靠性较高，化洗废液也容易处理，对人体不会造成危害，更加安全、环保。
1.3 化洗原理
更多内容详见《中氮肥》2024年第1期