油气设备清洗技术及清洗技术发展
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摘要：分析了石油设备的污垢影响因素，应了解污垢的性质及其成因，以便预测合理的清洗周期和制订经济有效的清洗方案。阐述了设备定期清洗的方法，并提出了国内外石油设备清洗技术发展。对于不同的污垢类型和性质，以及设备结构和材料的特性，可以采用不同的清洗方法。
中图分类号：[TE121] 文献标识码：A 文章编号：
一、石油设备的污垢
1.1大气尘垢
这类污垢主要成份是尘灰、油污、带电离子等，较为松散，有一定细度，含油量高时有一定黏性，对传热的影响较大，当达到一定厚度时，必须清除。
1.2水垢
石油化工设备中，凡是工艺介质为水和汽的部位都会积结水垢。水垢的种类和物性随当地水质的变化而变化，主要成分为:Fe、Ca、Mg、Mn、Ba、Cu、Na等的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐、卤化物、磷酸盐、氧化物等无机化合物的组合体，有时夹杂有泥砂、煤粉和微生物泥、藻类。这类污垢分布量大、面广，是化学清洗中最为常见的垢类。
1.3化学反应生成的污垢
当化学反应过程物与加热面接触时，由于自氧化和聚合反应生成反应物污垢。例如单体烃类与温度足够高的壁面接触时，会进行聚合而生成聚合物，并牢固地附着于器壁上，若壁温过高，还会导致结焦。
1.4腐蚀产物生成的污垢
由于设备金属表面的化学或电化学腐蚀产生的污垢。例如通过金属表面的均匀腐蚀或孔蚀，腐蚀产物不仅会增加传热面的热阻，还会增加表面的粗糙度，进一步加剧污垢的沉积。如锅炉、换热器在传热面上产生腐蚀与氧化的积垢。
1.5生物污垢
滋生在水、土壤中的微生物在设备和管道的表面生成微生物泥垢。为了保证石油设备正常运转，从根本上来考虑，应设法避免或尽量减轻结垢。对于结垢的预防，目前主要从生产工艺、设备结构和操作方面着手。
工艺方面。应创造设备中最优的流动条件，借以减轻结垢。
设备方面。应使设备的结构能适合于或便于清洗，例如换热器应避免死区、缝隙和拐角，设置排污阀，对传热面或反应釜壁进行表面处理(如机械抛光或电解抛光等)，借以减轻污物的积聚和附着。
生产操作方面。为防止结垢可加除垢剂，如硫酸盐离子可用氯化钡，锅炉给水中的硅可用铝酸钠等；可以加入低浓度的抑制剂，可改变电解液的平衡，提高结垢物质的溶解度，如硫酸和柠檬酸，氢氧化钠和磷酸钠等。
设备定期清洗的方法
化学清洗技术包括除垢技术、金属缓蚀技术、钝化技术、检测技术以及其他相关技术。化学清洗的进行一般经过如下程序：化学清洗时机确定—垢样分析及设备调查—溶垢及缓蚀试验—洗前准备（包括水源、热源、电源、保护气、清洗装置等）—清洗（包括预处理、除垢、漂洗、钝化、废液处理等）—验收与评定。
2.1化学清洗时机的确定
工艺设备何时需要清洗是首先应该解决的问题。需要清洗时而不及时清洗，就会危及设备的安全和寿命、影响正常生产，甚至造成临时停工损失;清洗过早或过于频繁，也会增加不必要的腐蚀和清洗费开支。
2.2定期清洗的确定
定期清洗是在设备运行一段时间之后即进行清洗。具体的时间间隔应在总结设备运行周期和结垢之间的关系的基础上确定。
2.3根据结垢量决定清洗时机
采用这种办法时最好从设备中割取一段样管，根据管内结垢的量，决定清洗与否，割段割下以后，先称取重量，然后用缓蚀酸清洗干净，再次称重并量取管内表面尺寸按下式求得结垢量。
2.4根据设备运行参数决定清洗时机
对装有检测仪器的设备，设备内是否发生结垢和结垢的程度，都能从运行参数上反映出来。总结出运行参数的变化与结垢程度之间的关系，就可以判断设备是否应该清洗。对于水冷换热器来说，只要检测进、出水温度，就可根据温差减小的程度来判断结垢的程度，可确定清洗时机，又可以判断清洗效果。
2.5设备调查及垢样分析
调查设备结构。根据设备结构，才能设计清洗回路，才能选择循环用泵的扬程和流量。
调查设备材质。不同的设备材质要求用不同的清洗剂及相应的添加剂，尤其是缓蚀剂和钝化剂。
（3）调查设备状态。包括回路是否畅通，是否有流通死角，是否有泄漏现象，是否与其他设备相关联等。
（4）垢样分析。设备结垢是工收生产中常见的一种现象。弄清楚垢层的形成原因、条件和性质，是用化学清洗力一法有效去除垢层的前提，同时也有助于防止或减轻结垢。区分由各种小同原因形成的垢，即由于沉淀、结品、化学反应、腐蚀和微生物的生长而形成的垢层，主要是为研究其结垢的原因，在实际中很少是单一的一种结垢形式，而是一个复合和各种因素综合在一起形成的结垢过程，情况十分复杂。就垢本身的形成和变化的过程，按照BOhnet的观点，有5个重要阶段，即：引发—感应，品核生成和表面变化等内在因素的初始阶段；传送—扩散、沉淀等输送阶段；沉积—附着、粘结、生物增匕、结晶生成和聚合物等附着阶段；脱落—冲蚀、断裂和溶解等垢层被剥落的阶段；老化垢层内结构变化的时效阶段。
运行设备的清洗一般都是在设备的正常检修时进行，先检修好设备，待水压试验完成后再开始清洗。清洗时机确定都是积极的，是将化学清洗作为计划内的保障设备安全运行、维持设备门常生产和节能的重要措施。消极的、被动的化学清洗是当设备的使用状况无法满足工艺需求时才考虑进行化学清洗。
三、国内外石油设备清洗技术发展
3.1化学清洗技术
化学清洗是采用一种或几种化学药剂或其水溶液清除物体表面污垢的方法。它借助清洗剂对物体表面污染物或覆盖层进行化学转化、溶解、剥离以达到脱脂、除锈和去污的效果，因而化学清洗技术的发展与新型清洗剂研发和进步密不可分。清洗剂的发展主要经历了简单型、组合型以及傻瓜型三个发展阶段。简单型清洗剂主要是一些强酸和强碱(如盐酸、硝酸、氢氧化钠等)，由于这种清洗剂腐蚀性强、使用清洗范围窄、缓蚀性能差且极易由误操作而引发清洗事故，因而在实际应用中受到很大限制。组合型清洗剂是以Lan-826多用酸洗缓蚀剂为代表的多功能型酸洗缓蚀剂的出现为标志。其特点是同一种缓蚀剂对十几种酸和常见的多种金属材料及其组合件具有良好的缓蚀作用，不但能有效控制金属的均匀腐蚀，而且对点蚀、应力腐蚀、渗氢腐蚀也有较好的抑制作用。各种功能清洗助剂如渗透剂、剥离剂、三价铁离子还原剂和铜离子抑制剂等也逐渐加入清洗剂配方，使清洗剂的功能性更强、协同性能更好、除垢性能和缓蚀效果更佳。这使得金属材料品种多、结构复杂、污垢种类繁多的大型成套石化装置的化学清洗成为可能。简单傻瓜型清洗剂、特殊污垢专用清洗剂和低剂量不停车清洗剂在清洗行业的大量应用标志着清洗剂的发展已进入第三阶段。随着清洗主剂、缓蚀剂和清洗助剂的日益完善，研制出的清洗剂趋于使用方法简单化和功能多样化，即所谓的傻瓜型清洗剂，如国内蓝星公司研发的除油、防锈、钝化“三合一”系列清洗剂。石油生产中某些特定的生产工艺生成的污垢往往使常规清洗剂无能为力，如尿素的难溶垢、聚合物垢、硫磺垢等。
3.2物理清洗技术
物理清洗是借助各种机械外力和能量使污垢粉碎、分解并剥离离开物体表面，达到清洗的效果。物理清洗技术的发展经历了人工清洗、机械清洗到多元化和集成化清洗三个发展阶段。早在化学清洗以前，人们消除污垢的主要方法是捅、刷、磨、铲等原始的方法，这些方法清洗效率低，效果差，对管道或人不易到达的地方无法处理。随着科技发展，在清洗行业中机械力逐渐取代人力，先后出现了PIG清洗技术及射流清洗技术，如喷沙清洗、喷丸清洗、高压水射流清洗、干冰清洗等，这些清洗技术以其成本低、效率高、不受垢型限制，很快在生产中得到应用。传统的酸、碱、水洗技术虽然有效，但其产生的废液、废水若直接排放会造成环境污染，若进行处理后排放则要付出较高的代价。
3.3微生物清洗技术
微生物清洗是利用微生物将设备表面附着的油污分解，使之转化成为无毒无害的水活性物质的方法。这种清洗把污染物如油类和有机物彻底分解，是一种真正意义上的环保型清洗技术。
参考资料：
[1]王鸿勋，张琪等.采油工艺原理[M].石油工业出版社，1989.