管道化學(xué)清洗除垢技術(shù)

化學(xué)清洗過程是以化學(xué)清洗劑為手段，對管道內(nèi)表面的污垢進(jìn)行清除的過程。
　　化學(xué)清洗劑的組成如下。
　　化學(xué)清洗主劑，它與固態(tài)污垢起化學(xué)反應(yīng)而達(dá)到溶解污垢的目的。又稱除垢劑。
　　緩蝕劑，既能除去管道表面污垢，又不腐蝕管道。清洗液中要加入緩蝕劑。
　　化學(xué)清洗輔劑，添加劑和鈍化劑。添加劑包括有助溶劑、還原劑、潤滑劑，乳化劑、分散劑、消泡劑、起泡劑、泡沫穩(wěn)定劑、三價(jià)鐵離子和二價(jià)銅離子的封閉劑等。鈍化劑是使因化學(xué)清洗被活化的管道表面，形成保護(hù)膜，常稱為鈍化。通常采用的鈍化劑有亞硝酸鈉、磷酸鈉和聯(lián)氨。
　　(1)火力發(fā)電排灰管道不停輸化學(xué)清洗。山西霍州發(fā)電廠的排灰管道φ159×6mm，2條均為11 km長，途中要翻越一座山。經(jīng)2年多的運(yùn)行，管內(nèi)平均垢厚達(dá)10mm。灰管中垢基本上是灰色，有灰白相間堅(jiān)硬而牢固的附著于管壁。因此，使沖灰水流量受到很大的影響，而當(dāng)它脫落時(shí)可卡塞于管道中，阻礙沖灰水的正常流通。
　　①排灰管道結(jié)垢的原理及成分 煤炭經(jīng)充分燃燒后所產(chǎn)生的煤灰含有一定量的氧化鈣，沖灰水在輸送粉煤灰時(shí)，使灰中所含氧化鈣部分析出，與水生成Ca(OH)₂，Ca(OH)₂又作為沉淀劑把灰水中的碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度中的鎂硬度沉淀出來。新生成的CaC0₃和Mg(OH)₂的結(jié)晶附著力很強(qiáng)，所以灰管道結(jié)垢速度相當(dāng)快，其反應(yīng)如下
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　　由以上分析可知，影響灰管結(jié)垢的因素是：煤灰中鈣的含量，沖灰水的pH值，硬度和沖灰水量等。一般而言，煤灰中鈣含量越高，結(jié)垢速度越快；沖灰水的硬度越高，水量越小，結(jié)垢傾向越大；沖灰水在堿性條件下，易結(jié)垢。總之，灰管結(jié)垢為碳酸鹽垢型，用酸洗方法清除。
　　②不停輸化學(xué)清洗方法 在灰管道正常輸灰水不停輸?shù)臓顟B(tài)下，連續(xù)注入一定流量30％HCl，同時(shí)注入一定量的緩蝕劑及清洗助劑，開始清洗。這種清洗助劑主要作用是在一定濃度及流速的酸液中，促進(jìn)酸液與垢的反應(yīng)，增加C0₂在水中的溶解度，減少氣阻的產(chǎn)生，保證灰管的清洗質(zhì)量。
　　清洗前按管道中的總垢量，估算出用酸、緩蝕劑及助劑的用量，再根據(jù)水灰流量及酸度，計(jì)算出加酸速度及緩蝕劑、助劑加入速度。每30min取樣測定一次酸度，并通過加酸速度來嚴(yán)格控制酸度。清洗后期，在灰管道末端每隔15min取樣測試pH值，當(dāng)pH值達(dá)到一定數(shù)值并保持30min不變時(shí)，可判斷清洗結(jié)束(清洗工藝見圖6—15)。
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　　經(jīng)48 h不停輸連續(xù)清洗后，兩條灰管道輸送水灰的水隔離泵的工作壓力由原來的4．3 MPa，降至3．4 MPa，開管道檢查，發(fā)現(xiàn)管壁均露出金屬基體，上部無殘留余垢，平均腐蝕率小于2．0 g/(m²·h)。不影響灰管道的正常運(yùn)行，無不良隱患等特點(diǎn)，適用于各種類型排灰管道的積垢清洗。
　　寶鋼火力發(fā)電廠輸灰管道用高壓水射流清洗。
　　寶鋼自備電廠是火力發(fā)電廠，主要燃料為煤粉。為將粉煤灰渣集中輸送至長江岸邊的灰場，裝置有泵站，并設(shè)有3條長為2500m的濕灰輸送管交替使用。靠水壓輸送濕灰，在生產(chǎn)過程中因工藝物料和水系統(tǒng)在管道內(nèi)壁形成垢，厚度在20～60 mm，濕灰呈灰色，層狀結(jié)垢、堅(jiān)硬、致密，形似瓦筒，影響正常運(yùn)行，過去曾在日本專家指導(dǎo)下，采用整個(gè)管道系統(tǒng)加壓加酸清洗、浸泡、排氣、循環(huán)化學(xué)清洗。因空氣、管路走向復(fù)雜，過橋、過路又拐彎，管路忽高忽低，致使酸洗液很難充滿整個(gè)管腔，酸洗不徹底。現(xiàn)采用高壓水射流清洗，壓力100MPa，流量64 L／min，功率139kW。每30m一段，分段清洗效果良好。
　　(2)油氣田管道化學(xué)清洗除垢
　　①油氣田防垢與除垢 油氣田在進(jìn)入中高含水期生產(chǎn)后，因?yàn)榈貙涌紫督Y(jié)垢和地面集輸系統(tǒng)結(jié)垢而直接影響油氣生產(chǎn)的現(xiàn)象極為普遍為此，國內(nèi)外油氣生產(chǎn)行業(yè)都將油氣田結(jié)垢規(guī)律和相應(yīng)的除垢、防垢技術(shù)作為生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容來研究。
　　油氣田結(jié)垢的類型以硫酸鹽和碳酸鹽為主，且多為混合型垢，并夾雜有大量的烴類物質(zhì)，如南斯拉夫Kal—4井凝析氣田一口生產(chǎn)井，射孔段深3400～3455 m，位于古生代中生代碳酸鹽硬氯泥石和石英巖層位。油嘴幾乎被垢堵死，分析垢的主要成分為CaSO₄(91．6％)和少量的CaC0₃(8. 3％)，其來源是由于壓并重鹽水(高濃度Ca²⁺)同地層產(chǎn)出水(高黏度SO^2-₄)的嚴(yán)重不匹配所致。
　　油氣田結(jié)垢不但發(fā)生在地面集輸系統(tǒng)，給生產(chǎn)帶來困難，更重要的是發(fā)生在地層深部孔隙喉道中，直接影響油氣的導(dǎo)流能力。
　　對發(fā)生在地層深部孔喉道中的硫酸鹽結(jié)垢采用簡單酸化工藝消除時(shí)，有可能誘發(fā)成垢物質(zhì)的二次沉淀，對地層造成更嚴(yán)重的傷害。
　　對于發(fā)生在管道或地面系統(tǒng)中的硫酸鹽結(jié)垢，由于其垢體堅(jiān)硬，附著牢固，又難以用常規(guī)酸堿類物質(zhì)清除，往往導(dǎo)致采油設(shè)備或管道報(bào)廢。
　　因此，要根據(jù)垢型等情況，選用合適的除垢辦法。
　　a．碳酸鹽鈣垢 主要成分是CaCO₃，可以用5％～10％HCl溶解，同時(shí)要加緩蝕劑、鐵離子穩(wěn)定劑(檸檬酸或冰醋酸)，表面活性劑等。近年來，有機(jī)酸除垢也廣泛應(yīng)用于油田設(shè)備及管道中的除垢處理，如氨基磺酸、冰醋酸、聚馬來酸、氟硼酸等，再加入其他助劑，配成固體解堵酸或液體有機(jī)除垢劑。固體解堵酸集段塞、浸泡、酸化三種方法于一體，使用方便，成本低，無需酸設(shè)備，酸化后不排液。如果調(diào)節(jié)酸的成分，可使其成為緩速酸，延緩酸反應(yīng)速度，擴(kuò)大處理半徑。用氨羧絡(luò)合劑、EDTA亦能清除CaC0₃垢，生成可溶性絡(luò)合物，但EDTA對Ca²⁺離子絡(luò)合時(shí)的質(zhì)量比7.4：l，使用成本高。
　　b．硫酸鈣垢 鹽酸對CaS0₄溶解能力較差，在常溫常壓下，最大溶解量為1．8％(質(zhì)量)。若用27％HCl+15％NaCl絡(luò)合液(體積比1．5：1)，在油層溫度50℃下，則可用于CaSO₄的清除。NaOH溶液對CaSO₄垢具有良好的溶解效果。
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　　Na₂SO₄易溶于水，Ca(OH)₂為疏松狀物質(zhì)，可隨液流分散帶走。據(jù)資料介紹1gCaSO₄需20％NaOH溶液2．3ml，實(shí)際要高出5～10倍。對CaS0₄也可采用無機(jī)轉(zhuǎn)化劑，用過飽和碳酸鹽[(NH₄)2CO₃，Na₂CO₃等]使之轉(zhuǎn)化為可溶于鹽酸的CaCO₃，再用除CaC03垢的方法進(jìn)行處理。其反應(yīng)如下