硫磺装置全焊接板式换热器清洗

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1 背景介绍概述
1.1 全焊接板式换热器
可拆式全焊接板式换热器是紧凑式换热器家族中的一种新产品，如图1、图2所示[1]，全焊接结构的板芯被放置在四根靠螺栓固定的立柱之间，上下部分别有维持压力的压板，四周有4块面板用以维持压力和密封流体。

4个面板上带有流体进出口的连接管嘴。

梁柱、顶底板、面板通过螺栓进行连接，全螺栓连接结构使得面板可以快速拆卸，进而对板束进行清理和维护。

由于板与板之间采用焊接连接，未采用垫片，使得它可以应用于高温高压的场合。

波纹板片结构使得流动湍流程度高，换热系数是常规管壳式换热器2~4倍。

相同工况下，此种换热器所需的换热面积仅为常规管壳
式的25%~50%。

图1 
可拆全焊接板式换热器照片
图2 可拆全焊接板式换热器结构
1.2 全焊接板式换热器在硫磺装置中的应用
某单位在新建15万t/a硫磺回收装置溶剂再生单元中贫富溶剂换热器（E-8401A、E-8401B/C，共3台）、贫溶剂冷却器（E-8403AB，2台）由于空间场地限制，均采用板式换热器。

其中贫富溶剂换热器E-8401B/C并联，贫溶剂从溶剂再生塔出来进入E-8401B/C，加热富溶剂，再进入E-8401A，流程见图3。

贫液
富液图3 贫溶剂流程图
通过市场调查咨询对比，最终确定中国船舶重工集团公司第七一一研究所的四面可拆全焊接板式换热器，体积小不仅经解决了空间小的问题，四面面板全螺栓连接，使得面板可以快速拆卸，对板芯的清洗维护非常方便。

2018年开车初期设备使用良好，设备换热性能均能达到设计使用要求。

运行一定周期后发现3台贫富溶剂换热器的换热效率降低，通过贫富溶剂取样，发现溶剂含有大量杂质。

于是打开3台贫富溶剂换热器面板，发现设备内已有大量污垢，严重堵塞了板片通道，见图4。

图4 设备内部污垢情况
于是进行机械清洗，清洗后换热效果有所提升。

大约一年时间，换热效率再次降低，且在开副线的情况下，整体流量下降，无法满足实际工况需求。

强行增加离心泵的出口阀门开度，则会产生抽空现象。

通过查看现场差压表，发现换热器单侧进出口的压差已经远远超过设计值，根据第一次的经验，表明换热器内部结垢，杂质已经堵塞流道，需要对其进行彻底的清洗维护。

2 清洗工艺的选择
打开换热器4块面板，由于系统内溶剂含有大量杂质，导致设备内有大量污垢，附着在换热器板片上，且严重堵塞了板片通道。

刮取部分垢样，外观检查其表观特征：颜色呈灰黑色，已产生焦化，质地较硬，含大量油污及焦粉。

根据第一次清洗经验，常规采用物理清洗方式，
硫磺装置全焊接板式换热器清洗
呼泽东1 严雄1 唐以林1 李凯1 宗田文磬2 张欣旸2
1. 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 上海 201108
2. 上海齐耀热能工程有限公司 上海 201108
摘要：硫磺装置板式换热器经过一段时间运行结垢，使得设备换热效率降低，对生产运行产生影响。

文章介绍一种化学清洗，详细介绍了清洗工艺及效果，为类似情况提供参考。

关键词：板式换热器 全焊接 化学清洗 机械清洗
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高压水射流冲洗，此类清洗对于焦粉、油泥等不附着在板片表面的清洗效果良好，但对于附着在板片表面，甚至堵塞通道的硬垢，无法有效冲洗，达不到清洗的效果，不能满足工艺要求。

本单位根据自身长期研究与实验，针对该情况，最终选择化学清洗的方法进行。

化学清洗剂的选择，是化学清洗的关键，既不能伤害换热板片，又要有效溶解清洗垢。

通过垢样分析，得知垢的主要成分为FeS 2。

通过浸泡垢样溶解试验，发现硫化亚铁钝化剂可有效将垢样软化溶解，利于清洗。

3 清洗工艺的确定
此次清洗选择与运行流程相反的清洗循环流程。

设备热侧进出管口为A1，A2，冷侧进出管口为B1，B2。

清洗流动方向为清洗槽→A2→A1→B2→B1→清洗槽。

且分为预处理；水清洗；除垢清洗；水清洗；水压试验5步。

第一步：预处理。

使用碱液作为预处理剂，温度常温，时间2~3h。

每1小时监测一次pH值，去除设备残留含硫溶剂以及漂浮杂质，为化学清洗垢创造条
件。

预处理水样见图5。

图5 碱液清洗
第二步：水清洗。

清水清洗设备，将预处理液清洗干净。

pH＜8即可。

第三步：除垢清洗（见图6）。

根据实际试验结果，将硫化亚铁钝化剂配置成标准清洗液进行循环清洗。

同时在清洗池通入蒸汽加热清洗溶液，使溶液温度控制在60~70℃之间。

清洗过程中，每隔1h对清洗剂浓度、铁离子浓度进行化验测定，清洗时间：10~12h。

当清洗剂浓度无明显变化时，即为除垢清洗
结束。

图6 除垢清洗
第四步：水清洗。

清水清洗设备，将钝化液清洗干净。

第五步：水压试验。

将设备管口密封，进行水压试验，根据设备资料，升压至操作压力，保持30min，压力保持无变化，即可投入生产使用。

4 清洗效果
以此次清洗E-8401A为例。

设备芯体以及与介质相接触的材质为316L，热侧介质为贫溶液，冷侧介质为富溶液。

换热面积为230.6㎡。

清洗前后对比见表1。

表1 清洗前后对比
项目流量t/h 热侧冷侧对数平均温差换热量/MW 换热系数W /（㎡· K）进口温度/℃出口温度/℃进口温度/℃出口温度/℃清洗前305.6101.787.28496636.98 4.53531.1清洗后
353.28
98.19
82.76
55.67
72.21
26.53
5.6
915.8
图7 
化学清洗前
图8 化学清洗后
清洗前后发现，整体设备通过流量可以通过调节离心泵增加，设备换热系数提升将近一倍，达到了清洗的效果，前后照片对比也非常明显。

5 结束语
此次设备没有吊装，直接在原地进行相关清洗作业，可以体现此产品易于清洗，后期维护简单的特点。

也通过本次清洗达到了清除换热器内部杂质以及板片附着垢的目的，使得换热器能够满足实际使用要求。

参考文献
[1]栾辉宝，陶文铨，朱国庆，等.全焊接板式换热器发展综述[J].中国科学：技术科学，2013，43（9）：1020-1033.
[2] 李珏，曾蔚然，卢浩.炼油厂可拆全焊板式换热器清洗技术的应用[J].清洗世界，2017，33（9）：1-3；40.。