随着输油工艺技术的发展,长输管线上各加热站的加热炉逐渐被热媒炉所取代。热媒炉安全可靠,便于自动化控制,但因输送的原油介质中杂质较多,同时因热媒工作温度较高在使用过程中易发生热裂解,在管壁内生成积碳,影响传热效率,加速热媒老化失效,会造成热媒炉系统中原油换热器的管程和壳程经常堵塞,轻度堵塞时可用水枪冲洗,但因管程直径较小,有时老化的热媒碳化后,堵塞管程,用水枪也不易清洗。为此,利用化学剂清洗金属设备是一种常见的方法。磷化作为常用的金属处理方法,其功能主要为耐蚀、提高有机涂层结合力、抗磨、电绝缘及在冷加工中润滑等,而金属表面上的油污和固体污垢的清除将直接影响其磷化质量,金属表面上的污垢是多相多组分混杂的,去污过程不是一种简单的胶体作用,而是复杂的很多简单胶体作用的聚集过程。在此过程中几种不同的胶体作用同时发生,表面活性剂之间相互作用也伴随出现,这样在选择清除多相多组分污垢的表面活性剂时,对表面活性剂的性能、相互组合以及外部条件的综合研究和考虑便是一个需要认真解决的问题。

一、表面活性剂的作用表面活性剂在清洗过程中起着一系列简单胶体作用,这些简单胶体作用概括为卷离作用、疏液作用和胶溶作用,而任何一种表面活性剂都具有普通表面活性剂所具有的一般性能,只是在不同的条件下倾向某种作用的程度不同。卷离作用选取与金属相及与污垢相有强烈吸引力的表面活性剂,它们能削弱污垢基质界面的黏附键,当液液固三相的界面形成的接触角在平衡状态时达到180℃时,在热流或布朗运动影响下发生分离,由洗液基质界面和洗液污垢界面代替污垢基质界面,以达到清洗目的,但这种作用并不能彻底清除污垢。胶溶作用是液体污垢去除的重要作用,它要求表面活性剂分子结构的碳链要长而属直链,亲油性好,即表面活度大的表面活性剂,当浓度高至一定值后才发生。疏液作用是固体污垢分散的重要机理,当表面活性剂的表面活度大,浓度低至一定值后,或表面活度小,不易形成胶粒,则表面活性剂的极性基团吸附于固体污垢表面生成憎水性,在外力作用下形成悬浮液或附于气泡上。当表面活性剂是两性时,则两性表面活性剂在固体污垢粒子上形成定性的定向吸附排列,其亲水基团朝向水中,产生强烈水合。若污粒上定性的定向吸附分子密度足够高且粒子本身足够小,即具有较高的表面与质量的比值,则该粒子是亲液的,原来疏液的悬浮液即产生和亲液胶体一样的作用,它们在含水介质中彼此充分排斥,以逗留在液态中。因此胶体作用需要表面活度大、浓度高的表面活性剂,疏液作用则要求表面活度大、浓度低或表面活度小或两溶性的表面活性剂。要达到固体污垢、液体污垢都能同时去除,则要选择:◇选取表面活度适当和浓度适当的表面活性剂。◇选取除油污垢较好的表面活度大、浓度适当的表面活性剂与两溶性表面剂组合。◇选取除固体污垢较好的表面活度小、浓度高至适当的表面活性剂与表面活度适当、浓度适当能去除油污垢的表面活性剂组合,但两种表面活性剂组合时要能相互协调。

二、各单一表面活性剂的测试结果及讨论实验采用的表面活性剂有6种,其中4种又经改性,加上105洗涤剂共有12种,每种都单独评测。评测时浓度由最小01%开始直至有明显的洗涤作用为止。

◇烷基苯磺酸盐:低浓度时疏液作用、胶溶作用都明显地表现出来,浓度增高时疏液作用降低,胶溶作用增强,明亮度降低,清洗速度增快。◇胺皂清洗效果最好,但有氨臭味,钾皂相对清洗效果较好。◇油酸盐:性能稳定,超过临界浓度后清洗效果明显表现出来。

其中油酸三乙醇胺除固污能力很强,具有两溶性,有很好的乳化作用。◇脂肪醇硫酸钠,泡沫太大而稳定,清洗效果差。◇多聚磷酸盐:除固污能力强,当浓度高时或加入不影响离解的表面活性剂时是理想的洗涤剂。但致命弱点是易水解产生低分子酸或盐能使金属极快腐蚀,加入二氯化锡只能短时间内抑制,但不是最终的解决方法。◇105清洗剂:超过临界浓度时清洗明显表现出来,如2%明显光亮,但滤纸擦拭后仍然有暗膜。

三、清洗剂配方的选择按理论和生产实际需要在选择配方时,应首先考虑以清除固污为主,在此基础上协调选择清除液体污垢的表面活性剂。结合评测单一表面活性剂结果,组成配方有三种方法。◇采用单一表面活性剂,比如低浓度的烷基苯磺酸胺(钾),高浓度的油酸三乙醇胺和聚磷酸盐,清洗效果是理想的,但生产使用工艺难控制,综合性能差。◇以油酸三乙醇胺为主皂,从除固污的最小浓度2%为基点,逐步添加不同浓度的除液污的表面活性剂。◇以聚磷酸盐为主皂,单独使用就比较理想,只是有腐蚀。为解决此问题可从缓蚀剂着眼解决或添加其它表面活性剂,以降低它的浓度。

总之,金属表面污垢的清洗与表面活性剂的性能密切相关,并将直接影响其磷化质量,生产应用时应根据污垢的种类选择合适的表面活性剂和配方及工艺条件。

四、原油换热器清洗施工工艺清洗工艺流程如下:将原油换热器与运行系统脱离———放空原油换热器→冲洗→除油污→冲洗→除水垢→冲洗→中和→冲洗———结束具体操作方法:◇脱离加热炉运行系统:将连接原油换热器的原油进出口阀门关上,热媒进出口阀门关上,使原油换热器与热媒炉运行系统脱离。◇打开原油换热器的封头及连接热媒管程的封盖,放空原油换热器中的原油和热媒,清除管程端头的杂质及积碳。◇将配置好的化学清洗剂放入预制的清洗罐中,将原油换热器与齿轮泵、清洗罐用临时管线连接起来。◇启动齿轮泵进行反复清洗约1～2h,观察清洗效果,直至达到要求。◇为防止酸性清洗剂中残留的硫酸根离子对热媒炉基体金属的侵蚀和清洗后裸露新鲜金属表面的氧化锈蚀,必须进行中和、钝化。将配置好的碱性水溶液进行冲洗中和。要随时分析中和钝化剂的pH值,当中和钝化剂的pH值显示为中性时即可,排出中和、钝化液。◇用清水反复冲洗。◇用空压机进行吹扫。

注意事项:◇在清洗过程中进行点炉、切换流程等操作,一定要按照操作规程进行,应严格控制温度,防止水汽化、喷出;防止热媒、清洗剂泄露,污染环境。◇水的存在会引起热媒炉开车及有关挥发性的问题,待原油换热器清洗完毕后,系统应通过蒸烘或干气体吹扫(例如氮气)干燥,吹扫系统所有部件和管道,包括仪表管线。