在线清洗技术（共7篇）
在线清洗技术 篇1
1 引言
中央空调冷水机组对用户来讲是一个耗能大户，所以冷水机组的制冷效率是用户最关心的问题，冷凝器是冷水机组的一个重要组成部分，它的换热效率直接影响到冷水机组的制冷效率。尽管循环冷却水系统普遍都采用了化学水质稳定剂或电子处理仪的水处理方法，但是在系统运行了一段时间后打开冷凝器或换热器的封头，我们总能看到列管的内表面附着有一层粘泥、水垢、锈蚀物等的混合物，该层混合物的热阻远大于中央空调冷凝器的设计极限阻值：0.044 m2·K/kW。而使冷水主机的Cop(制冷机效率)下降，进而增加能耗。
2 空调冷水机组制冷效率下降原因
循环冷却水与空气接触进行热交换、蒸发浓缩等因素，造成水质不稳定，产生大量水垢、污垢和微生物，在冷凝器表面沉积，产生污垢阻热，使冷凝器的传热效率大大降低。
传热学对流换热基本公式：Q=α·A(tf-tw）(1）式中，Q为换热量，W；α表面换热系数，W/(m2·K)；A为传热面积，m2;tf为流体温度，℃；tw为壁面温度，℃。
从传热学基本公式（1）和表1可以看出，污染物（水垢、生物污泥、腐蚀物）的表面换热系数远远小于母材的表面换热系数，污染物对传热效率的负面影响是显著的，其中生物污泥的影响更大。
3 提高冷机制冷效率的方案
3.1 传统的冷水主机冷凝器中污垢的解决方案：化学水处理+周期机械捅刷
循环冷却水系统普遍都采用了化学水质稳定剂或电子处理仪的水处理方法。在运行了一段时间后还是要打开冷凝器端盖进行人工捅刨，捅刷掉列管内表面的粘泥、水垢、锈蚀物等的混合物。
尽管此方法对防止管道内结垢有一定作用，但因运行环境和水质差别，加之操作方法及管理维护不当等因素，往往达不到理想的效果。清洗作业需周期性停机进行人工机械捅刷，而清洗周期会因生产而变动，且经常拆机会造成疲劳性损坏，冷凝器铜管壁也极易受损。
3.2 冷凝器自动在线清洗装置解决污垢的方案
工作原理：发球机将胶球发入冷凝器中，胶球依靠冷却水水压差擦洗掉换热管内壁的污垢，在冷却水出口端通过收球器回收胶球至发球机形成一个清洗循环，通过微电脑控制程序设置清洗频率和次数，达到自动在线清洗功能。始终保持冷凝器内壁洁净，始终保持冷凝器的换热效率处于最高设计值，克服由于污垢的产生而引起冷水主机制冷效率下降，从而降低能耗，节省能源，降低日常使用费用，并且能大大减少化学药剂的使用，使环境污染降到最低。
由表2、表3对比可知：未做处理的冷水机组小温差较大(冷却水回水温度和冷媒冷凝温度的差值)，加装在线清洗装置后小温差减小明显。
逆卡诺循环制冷系数为：
式中，ε0为逆卡循环的制冷系数；Q0为制冷量，W;W0为耗功率，W;T0为蒸发温度，K;Tk冷凝温度，K。
由此可见，自动在线清洗装置使中央空调主机得到更有效的利用和节能，并且可以减少人工捅刷的不便，延长冷机的寿命，减少服务费用，使冷机处于最高换热效率状态，保持更低的运行成本，并且减少了冷却水系统化学药剂的使用量，从而降低了环境污染。
4 安装在线冷凝器清洗装置节能分析
某机场的中央空调的总设计制冷量21 453.7kW(6 300RT），具体为3台制冷量7499.1kW(2 100RT）、单台电机输入功率为1359kW左右的水冷离心式冷水机组，制冷站主要是为厂房提供冷源,由于高标准的要求决定了冷水机组开机时间长、负荷大、单机年平均开机时间约为2 400h。
实际运行的中央空调冷水机组在使用中，从冷却水出口温度和冷媒的冷凝温度差看，冷凝器换热效率与新机相比都有不同的下降，即冷凝器换热管的污垢热阻比新机增大了许多，在两次捅刨期之间冷凝器的小温差（冷却水出口温度和冷媒的冷凝温度差）明显上升，增加值在2℃～3℃，也就是说冷水机组的制冷效率下降明显，与新机相比冷水机组的制冷效率已经有不同程度的下降。加装冷凝器在线清洗装置之后，冷水机组制冷效率明显提高，节电效果显著。在线清洗装置主机动力泵运行费用：
一个清洗周期6min主机运行耗电量为：5.5kW×0.1h=0.55kW·h;
一年主机运行耗电量为：
3台每年动力泵运行耗电量为6600kW·h。
（功率5.5kW间歇式工作每6h工作6min，年平均开机时间为2 400h/台）
根据国家标准GBJ 19-87采暖通风与空气调节设计规范-条文说明（2001年版）第6.2.3条：当蒸发温度一定时，冷凝温度每增加1℃，压缩机单位制冷量的功耗率约增加4%。
使用冷凝器清洗装置后，冷水主机在设计的额定工况及机组电流百分比为100%负荷情况下运行时，小温差（冷凝温度减去冷却水的出水温度）△T的增加量不大于0.3℃。相对不使用清洗装置的小温差可下降2℃，可节能7%～8%以上，按7%计算。
节省电=主机功率×运行时间×平均负荷%×平均节能率%-清洗装置耗电。
节能分析表见表5。
5 结语
冷凝器自动在线清洗装置始终保持冷凝器换热管清洁，使其始终处于最高换热效率状态，消除了腐蚀根源，延长冷凝器换热管的使用寿命，并且节能效果明显。
摘要：分析了空调冷水机组制冷效率下降的原因,对提高冷机效率的传统方案和冷凝器在线清洗装置的应用效果进行了对比。冷凝器在线清洗装置利用循环水系统的自身压力,实现了冷机正常运行工况下冷凝器的在线清洗,具有方便管理、运行稳定、节能降耗、减少污染的优点。最后以某工程为实例,计算分析了该装置的节能效果。
关键词：在线清洗装置,冷水机组,换热效率,节能
参考文献
[1]JGJ176-2009,公共建筑节能改造技术规范[S].
[2]GB50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].
[3]GB50050-2007,工业循环冷却水处理设计规范[S].
[4]廉乐明.工程热力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
在线清洗技术 篇2
关键词：工艺分析技术,在线清洗技术,GMP,PAT
PAT (Process Analytical Technology) 即过程分析技术, 是一个体系, 该体系通过在线工艺分析仪对原材料、在线物料 (处于加工中材料的物料) 以及工艺过程的关键质量参数和性能特征进行及时测量, 来设计、分析和控制生产加工过程, 以确保最终产品的质量[1]。在线工艺分析仪是PAT的核心工具, 它通过无破坏性的检测方法来提供正在处理的物料的生物、物理和化学性质信息, 主要包含近线 (at line) 、线上 (on line) 和线内 (in line) 3类。具体的应用工具箱中, 不仅包括运用传统技术的温度传感器、压力传感器、p H探头和物量流量表等, 而且更多的是一些应用了现代分析技术的工艺分析工具。尤其是应用在在线近红外光谱分析技术的工艺分析仪, 因其仪器较简单、分析速度快、非破坏性和样品制备量小、适合各类样品 (液体、粘稠体、涂层、粉末和固体) 分析、多组分多通道同时测定等特点[2], 因而得到了广泛应用, 如近红外原位实时光谱分析仪和近红外原位实时颗粒分析仪。
目前, 药品生产企业在线清洗质量保证手段主要由设备验证、清洁验证和生产现场GMP管理3方面组成, 这个系统虽比过去质量检验时代大大地提高了操作质量的可控性, 但是这仅是一种机械的防御性措施, 存在诸多缺陷和局限。在强调风险管理和持续改进的现代质量管理活动中, 在在线清洗过程中引入PAT技术, 可以解决这些问题。
1 当前在线清洗质量保证体系存在的局限性
1.1 清洁验证不可控因素多
根据风险管理的理论, 工艺可变性越少, 其质量就越可靠。而对工艺可变性的预测需通过对中间物料和成品的质量特性、可变性测量来实现。这种测量依赖完整测量系统, 具体包括符合GMP要求的取样、样品准备、分析方法、测量操作人员的培训等。而且测量系统自身的可变性就是整个工艺总可变性的重要组成部分。清洁验证作为在线清洗质量保证系统的核心, 取样是验证测量系统中的关键环节, 如何能够使样品具有良好的代表性并有效降低可变性一直是困扰人们的问题。在线清洗系统是一个相对封闭的、不便于拆卸的清洁系统, 多数情况下并不能采取代表性较高、可变性较少的擦拭取样, 但通常采用的最终淋洗取样易产生较多的可变性, 相应的可靠性也不强。因为当淋洗取样用水不能在设备表面形成湍流进而有效溶解残留物时, 或者残留物不溶于水或干结在设备表面时, 淋洗水就难以反映真实的情况[3]。不仅如此, 不论是擦拭取样还是最终淋洗取样, 不同的人员在不同环境中所进行的取样必然存在一定的差异性, 如取样回收率的差异, 进一步增强了取样的可变性。因此, 在线清洗系统清洁验证的取样存在过多可变性。而且, 在样品检测、准备等测量系统的其他方面同样存在不少可变性。由此可见, 当前在线清洗系统的清洁验证的过多可变性使其验证效果值得怀疑。
1.2 制约工艺的持续改进
一般而言, 经过验证的工艺被认为是稳定的工艺, 但经过验证的工艺并不一定是最优的工艺[4], 这种强调验证而忽略工艺优化的思维模式不利于工艺持续改进和忽视了不断应用新技术的重要性。目前, 以清洁验证为核心的在线清洗质量保证体系虽然已经在朝着“治本”的方向前进, 但是通过清洁验证来确保清洗效果正如对产品的最终检验一样, 只能证明设备清洁的效果已经达到预期效果, 是一种被动防御性措施, 而不是一种可以用于不断改进清洗操作的手段。这种在线清洗工艺是通过严格遵守标准操作规程以及对中间物料和成品特性的实验室检测来确保所生产药品的安全性和有效性, 处于一种静态生产的封闭状态, 并且容易产生被验证的工艺经过批准后, 不应进行改变的静态思维倾向。
但实际情况是, 虽然在线清洗设备和工艺均通过验证, 但是每次被清洗的物料和清洗环境等因素时刻都在发生变化, 清洗设备的各项运行参数也会不断发生飘移, 这种飘移的结果会由量变积累到发生质变, 影响预期的清洗效果, 因此在目前的GMP管理条件下, 即使严格执行标准清洗规程也未必能够始终保证清洗质量。鉴于上述原因, 制药企业应积极主动地发掘在线清洗技术中的不确定性, 加深对在线清洗工艺的理解, 不断进行调整和改进在线清洗工艺, 以便于适应变化, 实现清洗工艺不断优化的目标。
1.3 运行效率过低
在线清洗的日常放行主要依据有:检查设备的清洗是否按照事先经过验证的清洗规程进行, 是否有完整的记录;确认清洗后所取样品的检验结果符合既定标准。但是, 现实情况是运行效率过低, 主要体现在2个方面: (1) 通过严格按照清洗标准操作规程来确保清洗质量过于刚性, 缺乏灵活性和适应性, 同时其执行效率并不令人满意; (2) 进行样品的实验室测试本身就是一种低效率的行为, 因为不仅样品的检验结果难以真正代表清洗质量, 而且等待检验结果也浪费了不少时间。尤其是在需要频繁更换同品种不同批次和不同品种时, 运行效率过低的局限性变得更为明显。如果能够实现对清洗工艺的完全理解, 对与清洗相关的关键因素进行实时监测与控制, 最终实现对在线清洗效果的实时放行, 那么清洗后的样品检验没有存在的必要。除此之外, 当前这种样品检验也经常导致测试偏差 (Out of Specification, OOS) 调查[5], 企业不仅需要花费大量时间和资源去调查测试偏差, 而且找到根源的机率很低, 从而进一步导致运行效率的低下。
2 PAT在在线清洗技术中的应用可行性分析
在线清洗技术中应用PAT可行性分析具体可分为以下过程: (1) 必须对生产清洗工艺进行深刻的分析与理解, 确认与药品有关的关键物料性质和工艺属性, 以此作为关键变量; (2) 进行实验室模拟研究, 通过合适的仪器设备测定所有关键变量的临界范围, 并确定这些变量与药品质量的相互关系, 建立模拟生产的模型; (3) 分析与控制, 设计能够对所有关键变量进行实时或接近实时监测和控制的工艺监控系统; (4) 知识管理, 综合所有与工艺相关的数据, 发掘工艺创新与改进的空间。
2.1 在线清洗技术的工艺分析
2.1.1 清洗液的温度
温度是在线清洗中非常关键的因素, 在清洗过程中需要严格控制。一方面, 清洗溶液温度升高, 一些与清洗速率成正比的物理量也会升高, 包括化学反应速率和溶解速率[6];还有一些与清洗速率成反比的物理量则会降低, 包括化学粘结张力和溶液粘性[6], 同样也有利于污物的去除。但过高的温度会增加供热成本, 可能使污物在容器或管道表面结焦, 同时会对被洗涤设备产生不利影响, 如高温会破坏锥型发酵罐内涂层材料以及橡胶垫圈等对温度敏感元件的密封性[7]。因此, 清洗溶液的温度应控制在既能有效清除污物, 又能保证清洗液不会对被清洗设备产生不利影响, 同时节约供热成本。
2.1.2 清洗液的浓度
清洗液的浓度同样是不可忽视的关键因素。随着清洗液浓度的升高, 设备清洗的化学反会不断加快, 因而高浓度会使清洁更加有效和彻底。但是高浓度在清洗过程中需要使用更多的清洁剂, 在淋洗过程中需要消耗更多的工艺用水以及花费更长的时间, 造成生产环境污染和资源的浪费, 增加清洗成本, 同时过高的清洗液浓度也会对被清洗设备产生危害。所以在控制清洗液的浓度时应当综合考虑清洗效果、冲洗时间、清洁剂的成本和效果等因素来确定一个可接受的清洗液浓度的范围。
2.1.3 清洗液与污物的接触时间
清洗液与污物的接触时间在在线清洗过程中是必须加以控制的关键因素。清洗液与污物的接触时间直接与清洗的效率成正比。一般来说, 清洗液与污物的接触时间越长, 循环清洗的效率越高, 污物的被清除率越高。但是时间是生产过程中的重要成本, 过长的接触时间会延长清洗周期, 从而延长整个生产周期, 降低生产效率。因此, 清洗液的接触时间不宜过长, 必须在能够保证清洗效果的基础上尽可能地缩短清洗液与污物的接触时间, 达到时间短而效果好的目的。
2.1.4 清洗液的冲击和波动
清洗液的冲击和波动对于污物残留量的影响非常大, 是一个关键因素。有数据表明, 当管道中流体的雷诺系数逐渐增加25 500附近 (属于湍流) 时, 清洗效率会急剧上升, 管路中的污物剥离最为彻底[8]。而如果在被清洗表面产生层流 (雷诺数小于2 300) 时, 所有质点均沿着与管轴平行的方向流动, 此时流体的速度在管道轴心处的速度最大, 自轴心至管壁速度逐渐减小以至等于零, 会很迅速地在残留物表面形成稳定的饱和溶液层, 残留物的溶解速度会急剧下降, 这与静止状态下的溶解过程非常相似, 清洁效率也随之明显下降[3]。因此在在线清洗系统中首先需要在系统设计时合理布置足够数量的清洗球, 确保被清洗设备的表面均能形成湍流。其次, 需要使清洗液具备一定的流量和压力, 确保能够产生足够的冲击和波动。同时需要认识到清洗液的能量是由外部电能转化而来, 要考虑电力成本的节约。
2.1.5 清洁剂的选择
清洁剂的选择是否适当对最终清洗效果会产生重要的影响。水是一种常用的清洁剂, 一般的有机、无机物都能溶解其中。因此在水中有一定溶解度的尽量选择水、热水、碱性或酸性水作为清洁剂。对于水不溶、极性小的产品组, 首选乙醇, 其次选择异丙醇等三级溶剂作清洁剂, 而乙氰、氯仿等一、二级溶剂不可用于药品生产。在确定适用的清洁剂的范围后进行具体选择时, 必须考虑到清洁剂及其挥发气体将与哪些材质直接接触, 以及对可能接触的材质所产生的影响, 须确认清洁剂及其挥发气体不与待清洁设备及其部件 (如密封圈、管口、喷嘴、泵等) 发生物理变化或化学反应。
2.2 实验室模拟研究
在全面分析与理解上述在线清洗过程工艺活动的基础上, 结合PAT理念与技术, 进行实验室模拟清洗研究, 识别上述所涉及的关键变量, 并确认它们与清洁效果以及内部之间的相互关系。其基本思路是将清洗过程中的污物沉积在与生产设备的材料和表面光漆相匹配的样品材料上, 建立一个与实际生产清洗过程相类似的模型, 目的在于通过不断地试验来确定在线清洗过程中的关键变量, 然后对在模拟中所采集的数据进行多变量分析, 而不是传统的单次单变量分析, 从而明确各关键变量与最终清洗效果的关系。
实验室模拟清洗研究的大体程序如下: (1) 选用与待清洗设备材质完全相同的平板或容器[9]; (2) 根据实际生产工艺过程对上述选定的平板或容器表面进行模拟处理, 制备残留物; (3) 在设计的模拟在线清洗系统中安装多种在线测量仪器, 实时测量各项清洗参数; (4) 加入事先配好的清洗液对处理过的样品进行模拟清洗; (5) 通过化学方法和物理方法对清洗效果和材质被腐蚀的程度进行评价[9]; (6) 按照以上步骤不断调整各种参数进行多次模拟清洗; (7) 根据多次模拟清洗的结果确定在线清洗中的关键参数或变量以及相应的临界范围, 同时确定清洁剂的最佳配方。
在实验室模拟清洗研究中, 根据实际生产工艺条件选定模拟研究的材质并进行相关模拟处理非常重要。在模拟研究过程中, 已制备残留物的平板或容器应处于与生产工艺相同的环境, 否则实验结果对生产设备的清洗就没有任何参考价值。
2.3 PAT实时监测及控制的系统设计
在确定上述关键变量的临界范围后, 要对这些关键变量进行实时监测, 同时控制这些关键变量始终处于临界范围之内。实现实时监控需要配套的设备, 要在在线清洗系统上安装传导率传感器、流量计、压力传感器等在线分析仪, 对关键变量进行实时监测, 并根据实时测量的结果及时调控这些关键变量, 保证清洗工艺处于预先设定的稳定状态。
图1是应用了PAT的在线清洗系统, 其中安装了用于监测关键变量的在线工艺分析仪, 可以为实时控制提供大量信息。图中HX是换热器;TET是温度传感器;AET是电导率传感器, 分别有高量程电导率传感器AET1和低量程电导率传感器AET2;FET是流量计;PET是压力传感器。
安装的以上在线工艺分析仪具有以下作用:
(1) 供应端和返回端温度传感器TET1和TET2确认清洗液的温度是否在预先在模拟研究中所获得的临界范围之内。其中供应端的温度传感器TET1主要用于控制热交换蒸汽的供应提供实时监测的信息, 确保即将用于清洗设备的清洗液的温度在临界范围内, 同时可以避免不必要的热能浪费;而返回端的TET2用来确认清洗液温度是否在允许的最低温度以上, 用以判断清洗液是否可以循环使用, 还是需要进一步加热后再用于设备清洗。
(2) 高量程电导率传感器AET1是典型的0～100 ms/cm的传感器, 用于确认清洗浓度是否在临界范围以内。使用电导率传感器而不是p H传感器, 因为电导率与目前常用在线清洗的清洗液的浓度和酸度呈线性相关, 此传感器安装在清洗系统供应端, 可以用于监测再循环和单通道的清理环路以确保清洗液的浓度在临界范围内。
(3) 供应端的流量计FET1和压力传感器PET1确保清洗液的冲击和波动在之前实验室模拟研究中确定的临界值范围内。流量计FET1所监测的信息用于实时调控供应泵速度, 泵的速度可以控制溶液在设备清洗时输入的流速。同时结合流速和压力传感器PET1的数据, 可以得到现有在线清洗系统的运行情况, 发现诸如阻塞、污物淤积等问题, 确定对在线清洗系统进行彻底清洗的周期。
(4) 低量程电导率传感器AET2是典型的0～100 ms/cm的传感器, 实时监测最终的淋洗水的电导率要与预先模拟研究所确定的临界范围的吻合程度, 最终判断是否达到工艺终点, 被清洗设备是否已经被清洗彻底, 而不是之前简单依靠测定清洗时间来判断是否达到工艺终点。
所有这些在线工艺分析仪均与在线清洗系统的可编程控制器 (PLC) 相连接形成一个在线清洗的实时监测与控制系统, 其结构如图2所示。控制系统能够对在线分析仪所输入的数据进行实时处理, 并根据处理结果通过智能调节器对换热器的蒸汽供应、供应泵的速度以及清洗罐中清洁剂的补充等进行实时调控, 确保所有关键参数在临界范围之内。当参数严重背离所规定的临界值范围并且系统不能自动调控时, 将会引发警报设备以提醒操作人员。如果出现泵、阀门、管道故障等意外情况, 可通过按下控制系统上的急停按钮来中止CIP系统的运行。同时, 控制系统与一台工控机 (指一种加固的增强型个人计算机, 可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行[10]) 相连, 对实时监测的数据进行保存以便进行知识管理, 根据知识管理的结果通过工控机对控制系统的程序进行修改, 从而实现对工艺的实时改进。在整个监测与控制系统当中, 所有的信息流都是双向的, 能够实现及时反馈和前馈。
最后, 关于在线清洗效果的放行, 只需要根据该次清洗在工控机中所存贮的数据, 并保证设备与在线分析仪已经过确认, 即可证明该次清洗的过程中的关键参数始终在预先设定的临界范围内, 就可以认为该次清洗的效果已经符合预期标准。此时, 清洁验证只是作为一种辅助手段来证明清洁效果已经符合预定标准。因此, PAT的应用可以大大提升清洗效果和运行效率。
3 结语
在在线清洗技术中应用PAT不仅能够取得巨大的应用收益, 解决现有质量保证体系中的局限性, 提升在线清洗的质量, 而且应用成本也相对较低, 因为大部分应用成本主要用于购买和安装数据采集和分析工具上, 并且安装和改造系统的成本和难度也比较低, 具有很强的普及性。因此, 在线清洗技术应用PAT具备较高的性价比, 可以作为企业全面应用PAT的突破点。近年来, PAT作为一种积极主动、具有进攻性的质量管理方法越来越受到发达国家的重视, 美国FDA于2004年发布了PAT的工业指南, 希望能扭转目前药品质量管理只能依靠严格和生硬的认证规范的现状。因此, 应用PAT更是我国药品生产企业开拓国际市场, 尤其是发达国家药品市场的有力保证。在不断强调变革和创新的21世纪, PAT的应用前景必将越来越广, 应用范围也会覆盖到药品生产全过程。
参考文献
[1]FDA.Guidance for Industry PAT—A Framework for In-novative Pharmaceutical Development, Manufac-turing, andQualityAssurance[EB/OL].http://www.fda.gov/cder/guidance/6419fnl.htm
[2]陆婉珍, 褚小立.近红外光谱 (NIR) 和过程分析技术 (PAT) [J].现代科学仪器, 2007 (4) :13～17
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[4]梁毅.GMP教程[M].北京:中国医药科技出版社, 2004.18～19
[5]FDA.InnovationandContinuousImprovementin Phar-maceutical Manufacturing[EB/OL].www.fda.gov/cder/gmp/gmp2004/manufSciWP.pdf
[6]John M.Hyde, Peter K.Watler, Ph.D., Keith Bader, JM Hyde Consulting, Inc.PAT技术用于制药上的清洗工作[J].行业聚焦, 2007 (6) :34～36
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[8]冯庆, 孙成杰.在位清洗技术 (CIP) 简介[J].医药工程设计, 2001, 22 (4) :11～14
[9]李月波.清洁验证中的清洁剂选择和实验室研究[J].上海医药, 2004, 25 (2) :86～87
汽轮机在线清洗的应用 篇3
二重催车间气压机组是公司A类特护机组。气压机机组是由沈阳鼓风机厂制造的2MCL606-9两段离心式压缩机和杭州汽轮机厂制造的NK40/32背压式汽轮机组成。在2010年3月12日装置停工时, 对气压机组进行了大修。2010年3月26日开机后汽轮机轮室压力为1.7MPa。运行至2010年底, 汽轮机轮室压力持续升高, 到本次清洗前轮室压力曾多次出现3.0 MPa, 汽轮机主汽门开度100%, 蒸汽耗量从开工的39t/h增大到48t/h。当需要通过提高气压机转速, 降低反应压力时, 气压机转速却提不上去。只能降低处理量来降低反应压力, 影响了我装置正常运行。
二、故障原因分析
车间设备管理人员收集相关数据, 与厂家给的汽轮机性能曲线做对比, 发现汽轮明显效率下降, 并且在2008年检修汽轮机时, 发现汽轮机动叶片上附着薄薄一层白色结晶体, 送到化验进行分析后, 结果显示主要成份是Na盐和二氧化硅。2010年汽轮机大修仍然发现汽轮机动叶片上附着薄薄一层白色结晶体, 鉴于以上因素, 怀疑汽轮机动叶片再次结盐, 导致汽轮机做功效率降低, 进而影响了轮室压力和气压机升速。
经厂领导和相关部门共同研究决定, 于2011年5月11日在线处理汽轮机结盐问题。
三、前期工作
一是确定汽轮在线清洗温度及可靠性方案
二是在汽轮机蒸汽出口排凝处安装采样冷却器, 用于对汽轮机出口采样蒸汽进行冷凝。采得的水样送水质车间进行分析, 化验数据作为汽轮机清洗效果的依据。10日, 采3个水样送水质车间分析, 作为清洗前的参照。
四、清洗过程
5月11日8:27气压机开始降转速, 富气入口放火炬, 直至降到1400RPM。停凝缩油泵, 监控中间罐液位。将汽轮机出口蒸汽切除系统, 通过出口放空控制汽轮机出口压力。
水质车间化验组到车间主控室餐厅进行化验, 车间派专人从9:30开始, 每5分钟采样, 一直到16:35结束, 化验数据见图2
5月11日9:30气压机开始低转速运行, 旋转启动手轮控制机组转速在1400rpm左右。汽轮机蒸汽入口来的3.3-3.5MPa, 240℃饱和蒸汽对汽轮清洗。在汽轮机在线清洗期间, 除了每隔5分钟对背压蒸汽冷凝水采样分析, 同时对机组的振值、轴位移和相关的参数进行详细的记录, 没有大的变化, 趋势见图3
当冷凝水化验数据中, 各项参数含量趋于稳定时, 汽轮机在线清洗结束。16:10气压机开始升速, 17:00气压机转速升至正常转速6700rpm, 轮室压力1.6MPa。
五、结论分析
根据上述分析结果可以看出, 此次在线清洗效果较为明显。钠离子含量从10日清洗前的0.0752mg/L, 在清洗过程中上升到峰值12时20分含量为18500mg/L, 清洗后钠离子含量恢复到4.47
m g/L。电导率从清洗前8.3μs/c m, 上升到峰值超过仪表量程, 后稀释2倍数值为19600μs/cm, 清洗后数值为130μs/cm。
智能化石英坩埚在线清洗系统 篇4
关键词：石英坩埚,在线清洗,智能化
作为拉制单晶硅的主要耗材石英坩埚, 如果其内表面杂质过多的话将会极大的影响拉晶的成晶率[1]。在熔制、搬运的过程中难免有粉尘, 灰尘等杂质落入石英坩埚的内壁中, 这就影响拉晶工序的效果, 另外在检测过程中也存在一定的污染, 所以在对石英坩埚进行真空包装前会有很多因素对石英坩埚进行二次污染。这样就需要在包装工序前的清洗工序尽量洗净坩埚[2]。
目前的清洗工艺采用浸酸、超声波清洗、和纯水喷淋相结合的方法[3], 存在以下缺陷: (1) 目前石英坩埚生产工艺流程中, 坩埚清洗前往往有浸酸工艺, 人为直接操作安全系数不高, 工作效率低下。 (2) 目前浸酸工艺中坩埚酸洗用酸均为人工配制, 配酸过程中酸浓度监控困难, 配酸完成后浸酸工艺中酸浓度损失不能有效监控、也不能进行自动调节。 (3) 石英坩埚上有酸残留, 传统的喷淋清洗方法清洗过程中存有死角, 现有工艺并不能全部喷洗到坩埚的每一个部位, 不能彻底除酸。 (4) 清洗力道不足, 尤其是坩埚内壁当喷头内部冲击内壁时往往是一点力道很强随后水顺内壁流淌时杂质还是会粘黏在坩埚上, 达不到清洗效果。
本文介绍了一种智能化石英坩埚在线清洗系统, 可以实现自动配酸、自动酸洗、纯水清洗, 实现石英坩埚的连续化、自动化在线生产。
1 智能化石英坩埚在线清洗系统
智能化石英坩埚在线清洗系统由配酸系统、酸液循环喷淋系统、纯水喷淋系统、PLC控制系统构成。配酸系统按照预定的酸液与纯水配比配置一定浓度的酸。将配好的酸液导入酸池用于石英坩埚的酸液喷淋, 酸洗系统中的酸液可以循环利用, 配酸系统在石英坩埚酸洗过程中对酸洗池的酸液用量和浓度进行监控, 并对酸洗池中的酸液品质进行改善和补充。酸洗完成后, 石英坩埚进入纯水冲淋系统进行纯水冲洗, 去除酸洗过程中坩埚表面残留的杂质。整套系统由PLC控制系统进行控制, 实现石英坩埚自动化智能化在线清洗。
1.1 配酸系统
配酸系统如图1所示, 由水箱、酸箱、循环泵、液位传感器、流量计、气动阀等组成。开始配酸前, 根据需要配置的酸液浓度和容量计算出酸和水的用量。点击开始按钮, 配酸过程开始, 泵1、阀1和泵2、阀2打开, 分别向配酸箱内加水和浓酸, 水和酸的量通过流量计设定, 当流量计1检测到加水量达到设定值, 阀1和泵1关闭。同理, 当流量计2检测到加酸量达到设定值, 阀2和泵2关闭。在配酸过程中泵3和阀4打开, 混合溶液, 通过浓度检测传感器监控配酸箱的浓度;配酸过程结束后, 将阀4关闭, 打开阀3, 向外供应配好的酸溶液, 供应量可以通过流量计监控。
1.2 酸液循环喷淋系统
图2为酸液循环喷淋系统, 系统主体外壳 (包括喷淋房、酸池、喷淋管道、排湿管道、传动系统等) 材质均采用P V C或P F A材质, 能有效的防酸, 耐腐蚀。
传动系统由伺服马达、联轴器、锥齿轮、P V C辊筒、P V C轴承等机构构成。传动系统带动石英坩埚平稳向前运动, 喷淋房内部有若干光电传感器, 当石英坩埚到达喷嘴区域时, 传动系统停止运转, 喷淋管道打开对石英坩埚进行喷酸。喷酸过程中, 传动系统来回晃动使坩埚表面各个部位与酸充分接触, 通过喷淋房内部的光电传感器对石英坩埚进行定位, 使其始终保持在喷嘴区域内。喷淋房侧壁上端接入P V C管道, 外接排气装置, 将喷淋房内的酸雾及时抽离, 并通过酸雾分离器将液化的酸液通过回流管回流至酸液池中。同时, 清洗完的酸液经回流管道回流至酸池, 回流中酸液经过滤网将清洗过程中的带入酸液中的杂质过滤, 循环利用。酸池中配有浓度仪, 在浓度过低时通过浓酸池向喷酸池内注入浓酸对酸品质进行改善。酸池内还配有加热器, 使喷出的酸溶液为温热状态, 利于杂质的去除。
1.酸池2.等待缓冲区3.石英坩埚4.酸喷淋入口门5.上方喷嘴6.排湿系统7.酸喷淋房8:下方喷嘴9:传动系统
1.3 纯水喷淋系统
图3为纯水喷淋系统, 主要由三部分组成, 分别为预喷淋系统、中间喷淋系统、后道喷淋系统。系统主体外壳 (包括预喷淋房、中间喷淋房、后道喷淋房、喷淋管道、排湿管道、传动系统等) 材质均采用P V C或P F A材质, 能有效的防酸, 耐腐蚀。
1.水喷淋入口门2.预喷淋房3.上方喷嘴4.排湿系统5.传动系统6.下方喷嘴7.中间喷淋房8.后道喷淋房9.石英坩埚10.水喷淋出口门
系统的传动系统和排湿系统与上述酸液循环喷淋系统相同。预喷淋系统采用加热过的纯水对经酸清洗的石英坩埚进行初次喷淋, 清洗过的纯水中含有酸液, 不能再次利用, 经酸水排出管道直接排出。中间喷淋系统对预喷淋后的石英坩埚再次喷淋, 由于中间喷淋后的纯水较预喷淋系统纯水纯净, 为了节约用水, 喷淋后纯水经管道回流至预喷淋系统。后道喷淋系统的纯水直接来自制纯水设备, 对中间喷淋后的石英坩埚进行喷淋, 喷淋后纯水经管道回流至中间喷淋系统。经过三道纯水喷淋系统后石英坩埚得到彻底的清洗。
1.4 PLC控制系统
图4为PLC控制系统主画面, 控制过程如下: (1) 先打开雾气处理系统, 点击除雾按钮即为打开除雾系统, fan图标显示为绿色即为运行, 红色为停止。 (2) 将石英坩埚倒置放在入口1号传送电机的辊道上, 即1号光电开关位置处, 1号光电开关亮, 代表检测到有坩埚, 1号传送电机开始运行, 将坩埚运至2号光电开关处, 2号光电开关亮1号隔离门开始打开直至上限位, 同时启动2号传送电机, 将坩埚运到喷酸间。 (3) 当PLC检测到3号光电开关信号下降沿时, 表示坩埚已经过3号光电开关, 关闭1号隔离门并停止1号传送电机, 同时开始喷酸, 喷酸时间和喷酸时2号传送电机正反转速度由PLC程序给定, 喷酸时上下喷嘴同时打开进行喷酸。 (4) 喷酸完成后, 2号传送电机将坩埚运送到4号光电开关处, 4号光电开关亮, 开启2号隔离门至最上位, 同时开启3号传送电机, 将坩埚运送至5号光电开关, PLC检测到其信号下降沿时, 关闭2号隔离门, 同时停止2号传送电机。 (5) 当坩埚到达6号光电开关时, 3号隔离门至最上位, 同时启动纯水喷淋房4号传送电机, 将坩埚运送至纯水喷淋房。 (6) 当坩埚经过7号光电开关, PLC检测到其下降沿信号, 关闭2号隔离门和3号传送电机, 开始喷淋, 喷淋的时间控制和传动速度也都是PLC给定, 喷淋也是设计为上下喷淋。 (7) 经过喷淋到达8号光电开关处, 开启4号隔离门, 同时启动出口5号传送电机, 当坩埚经过9号光电开关, PLC检测其下降沿信号, 关闭4号隔离门和4号传送电机, 10号光电开关主要是负责计数, 统计一共处理了多少坩埚。
1.雾气处理风机2.喷酸嘴3.1号光电开关 (共有10个检测光电开关) 4.1号隔离门5.1号传送电机 (带动入口舱一组辊道) 6.喷水嘴7.2号隔离门8.3号隔离门9.4号隔离门10.2号传送电机 (带动喷酸间一组辊道) 11.3号传送电机 (带动过渡舱一组电机) 12.4号传送电机 (带动喷水间一组电机) 13.5号传送电机 (带动出口舱一组电机)
图4画面下部的按钮主要是用来单击控制对应的设备和进入相应的控制子画面, 如单击1#门按钮可打开一号门, 触摸屏画面上1号门将相应的升到上位。单击酸状态可进入酸的监控画面, 如图5所示。
2 试验分析
为了验证石英坩埚在线清洗系统的清洗效果, 本研究对不同尺寸的石英坩埚采用上述系统进行了清洗, 清洗后的石英坩埚进行拉单晶试验。结果显示, 采用在线清洗系统清洗后的石英坩埚拉晶成功率为100%, 清洗效果显著。
3 结论
本研究设计了一种智能化石英坩埚在线清洗设备, 包括配酸系统、酸洗系统、纯水冲淋系统、PLC控制系统。该系统能够实现石英坩埚连续化、自动化清洗, 清洗后的石英坩埚品质良好、获得好的拉晶成功率。
参考文献
[1]徐昌型.高纯涂层石英坩埚拉晶工艺[J].稀有金属.1985, (01)
[2]刘立新, 罗平, 李春, 林海, 张学建, 张莹.单晶硅生长原理及工艺[J].长春理工大学学报 (自然科学版) .2009, (04)
在线清洗技术 篇5
1 建模
本文首先在三维设计软件Solidworks的环境中, 分别建立了批量式等离子清洗机和在线式等离子清洗机的模型, 如图1、2所示。
图1所示的批量式等离子清洗机的主要结构包括:反应仓、壳体、控制系统、气路系统、电源以及真空系统等。
图2所示的在线式等离子清洗机的主要结构包括:上下料推料机构、上下料置取料平台、上下料提升系统、上下料传输系统、上下料拨料机构、反应仓、设备主体框架和电气控制系统等。
在线式等离子清洗机是在批量式等离子清洗设备基础上为了尽量减少生产工艺中的人工参与而设计的一种设备, 主要针对集成电路IC封装工艺中引线键合前进行引线框架芯片、基板的等离子清洗, 彻底去除其表面的氧化物、微颗粒污染物, 达到改善材料表面性质, 提高引线键合强度, 降低焊不上、虚焊的可能性。
本文主要对两种清洗机共有的结构———反应仓的特性进行对比, 其三维模型如图3、4所示。通过使用ANSYS有限元分析软件进行仿真, 对两种清洗机反应仓的气流密度和电磁场特性进行了模拟。
2 ANSYS简介
ANSYS是世界上著名的大型通用有限元计算软件, 它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块, 具有强大的求解器和前、后处理功能, 同时也为用户自己进行二次开发提供了友好的开发环境, 可为我们解决复杂、庞大的工程项目和致力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境, 广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等行业[2]。
本文在ANSYS中建立了两种反应仓的等效模型, 对其定义材料属性、划分网格、施加载荷及设定边界约束条件, 最后进行求解, 分别求解了两种反应仓中气流密度及其电磁场的分布情况。
3 气流密度模拟结果
通过模拟分析, 得到了两种反应仓内部气流分布图。图5是批量式等离子清洗机反应仓使用ANSYS分析后所得的气流分布图。图6是在线式等离子清洗机反应仓使用AN-SYS分析后所得的气流分布图。其中图中底部的颜色条代表速度, 从左到右依次增大, 图中箭头代表气流方向和密度。
将两种反应仓内部气流速度具体的模拟结果列于表1。
从表格中的数据可知, 在线式等离子清洗机反应仓中气流运行的速度非常快, 最大值是0.614e10, 大约是批量式等离子清洗机反应仓中气流运行速度的106倍。从模拟图中也可看出, 在线式等离子清洗机反应仓中气流密度较大, 且比较均匀, 对于电子元器件的清洗效果更好。
4 电磁场模拟结果
通过模拟分析, 得到了两种反应仓内部电流密度和磁感应强度分布图。图7和图8是批量式等离子清洗机反应仓内部的电流密度值和磁感应强度B值;图9和图10是在线式等离子清洗机反应仓内部的电流密度值和磁感应强度B值。
将两种反应仓内部电磁场具体的模拟结果列于表2。
通过对比表格中的数据可知:在线式等离子清洗机反应仓内的电流密度值和磁感应强度值较大, 等离子体分布更加均匀, 具有更好的清洗效果。从分布图中也可以看到, 在线式等离子清洗机反应仓内中央部分的电流密度值比两边的值大, 这样当把清洗物品放入反应仓中央时, 也可使清洗更彻底。
5 结束语
随着工业和电子类消费产品市场的发展, 电子设备变得更加轻薄, 更加紧凑。这种市场需求推动了微电子封装的小型化, 也对封装的可靠性提出了相应的要求, 高质量的封装技术可以提高电子产品的寿命。封装过程中的芯片粘结空隙、较低的引线键合强度、焊球分层或脱落等问题成为制约封装可靠性的重要因素, 必须在不破坏材料表面特性及电特性的前提下, 有效地清除各种玷污, 将等离子体清洗引入电子封装中, 能够显著改善封装质量和可靠性[3]。本文通过对两种等离子清洗机反应仓内部的气流密度和电磁场对比分析可知, 在线式等离子清洗机清洗效果更好, 它具有高的生产效率, 优良的均匀性和一致性, 无人为二次污染, 无静电损伤, 无溅射及过热损伤, 且非常有利于环境保护, 清洗后不会产生有害污染物, 在这全球高度关注环保意识的情况下越发显示出它的重要性。
参考文献
[1]王大伟.微波等离子清洗控制系统及工艺的研究与设计[D].西安:西安电子科技大学, 2011.
[2]曾攀.有限元分析及应用[M].北京:清华大学出版社, 2004.
在线清洗技术 篇6
1 一级反渗透系统介绍
1.1 运行状况分析
2011年3月16日,一级#1反渗透系统进水压力比正常运行时上升了18%,一段压差偏高,达到了0.3MPA,二段压差升高,达到了0.2MPA,脱盐率偏低,已低于99.5%,系统出力下降了21%,实际运行参数与设计参数见表2。该厂化学运行规程规定:进水压力比正常运行时上升了15%,产水量下降了20%,应对反渗透进行化学清洗。
1.2 污染物的确定
根据现场实际和实践经验,分析一级#1反渗透系统受污染的原因主要为以下四个方面:
1.2.1 从系统运行状况来看,一级#1反渗透系统进水压力升高,一段压差偏高,二段压差升高,系统的出力下降,说明一段可能存在微生物、胶体、有机物的污染,二段可能存在钙、镁等无机盐垢的污染。
1.2.2 3月5日～15日,测定#1超滤产水SDI值时,测试膜上出现了一层绿色粘稠状物质,说明超滤系统无法完全去除原水中的有机物,导致一级#1反渗透膜存在有机物污堵。
1.2.3 3月10日,拆开一级#1反渗透膜一段端盖观察,端盖内表面附着一层粘稠的透明胶状物质,并有腥臭味,说明膜主要受有机物污染为主,钙、镁等无机盐垢较少。
1.2.4 2010年12月前,一级反渗透系统没有安装保安过滤器,一级反渗透的供水直接来自超滤水箱,水箱内滋生的微生物、胶体物质和管路中破碎杂质未经过滤直接进入一级反渗透系统,影响了一级反渗透膜正常安全运行。
2 一级反渗透系统膜的清洗
2.1 清洗方案及药剂的选择
根据膜的污染物类型,综合分析各种反渗透膜清洗剂的优缺点,决定采用碱洗与酸洗相结合的在线清洗方案,碱洗使用欧美化学的反渗透膜专用碱洗药剂CLN751,配合使用氢氧化钠(分析纯);酸洗使用欧美化学的反渗透膜专用酸洗药剂CLN711,配合使用浓盐酸(分析纯)。清洗顺序为:先碱洗后酸洗。
2.2 在线清洗及过程控制
2.2.1 在线清洗系统清洗流程图(见图1)
清洗流程:清洗水箱→清洗水泵→清洗保安过滤器→一级#1反渗透清洗水进口阀→一级#1反渗透本体系统→一级#1反渗透清洗浓(产)水手动阀→清洗水箱
2.2.2 清洗前准备
a.记录清洗前系统运行数据;b.用超滤产水冲洗系统管路;c.检查清洗系统:清洗水箱,清洗水泵,保安过滤器,清洗阀门等,保证系统清洁,通畅。d.使用EDI产水模拟系统清洗,以保证清洗系统正常工作下尽量减少用水量。
2.2.3 清洗过程
2011年3月17日,对一级#1反渗透系统进行化学在线清洗,实施过程如下:
碱洗:
a.清洗水箱注入12吨EDI产水,20千克CLN751,配成PH为12,药液浓度为1.67%的碱性清洗液。
b.第一个2h低流量循环,时刻监测清洗液PH为12左右,清洗流量约为35m3/h,出口压力约为0.25MPA。
c.采用动态循环与静态浸泡相结合方式,先清洗一段,同时浸泡二段;半小时后,清洗二段,浸泡一段,监测清洗液PH值为12左右,若PH值下降超过05,则适当加入氢氧化钠。
d.系统浸泡12小时,浸泡过夜。
e.重复c.项的步骤,并时刻监测清洗液PH值为12左右,若PH值下降超过0.5,则适当加入氢氧化钠。
f.最后一个2h高流量循环,时刻监测清洗液PH为12左右,清洗流量约为35m3/h,出口压力约为0.25MPA,根据清洗液颜色的变化,酌情延长清洗时间。
g.排放碱性清洗液,启动一级#1反渗透系统低压冲洗系统,使冲洗时进、出水电导率、PH值一样或接近。
酸洗:
h.清洗箱注入1.2吨EDI产水,20千克CLN711,配成PH为2,药液浓度为1.67%的酸性清洗液。
i.酸性过程与碱洗过程相同,酸洗过程中PH值变化要适当添加浓盐酸,重复b.～g.项,清洗系统。
j.恢复系统到运行状态,系统正常运行后记录相关数据。
2.2.4 清洗效果
由表3可知,一级#1反渗透系统清洗后出力比清洗前上升了2 2.4%,一段压差下降了50%,二段压差下降了50%,脱盐率上升为97.6%。清洗效果良好,系统恢复正常制水功能。
结论
实践证明,采用碱洗-酸洗的复合清洗技术,同时结合静态浸泡与动态循环交替的分段清洗方式,收到了良好的效果,有效的提高反渗透膜的使用性能,延长使用寿命。清洗过程中也取得了一些经验,发现了一些需要改进的设计细节以及日常维护的注意事项,总结如下:a.本次清洗是在3月左右,气温只有22℃,清洗未能达到最佳效果。后继实验证明清洗液温度在30。℃～35℃时清洗效果最佳。因此建议清洗水箱加装加热器,便于清洗液的温度能够精确控制。b.清洗液的压力和流量对于清洗效果影响较大,建议在清洗水泵出口加装压力表和流速计,便于准确调节。c.定期检查保安过滤器前后压差,一旦压差升高超过规定值,必须及时更换过滤器滤芯。同时定期检查超滤系统,调整凝聚剂的投加量和检测超滤膜丝的完整性,保证一级反渗透进水SDI值小于4。d.为防止清洗液从一级#1反渗透渗漏到一级#2反渗透,影响产水水质,建议清洗一级#1反渗透期间停运一級#2反渗透。e.清洗过程可取部分清洗液,以便分析沉积在膜系统上的钙、镁等无机盐垢含量。
摘要：本文介绍了前湾燃机电厂化学水处理系统流程及运行状况,分析膜系统受污染的原因,通过采用在线化学清洗的措施,使系统恢复了良好的透水和除盐性能,保证了反渗透膜安全、稳定运行。
关键词：反渗透膜,化学在线清洗
参考文献
[1]化学分册.前湾燃机电厂培训资料.
[2]前湾燃机电厂燃气蒸汽联合循环机组运行规程.
在线清洗技术 篇7
乌海热电厂2×200MW燃煤机组锅炉制粉系统为中储式制粉系统。每台炉配备两台西安电力机械厂生产的DTM380/720筒式钢球磨煤机。经过多年的运行, 磨煤机的钨金轴瓦瓦胎内部的换热管内结垢严重, 由于结垢, 轴瓦的换热效果逐步下降, 目前轴瓦的在线监测温度已经均超过40℃, 大多在40-48℃之间, 通过观察, 轴承冷却器出口管内的冷却水流量已经很小、压力低至0.1MPa以下, 频繁发生堵塞现象。近两年在夏季常发生磨煤机由于瓦温高被迫停运事件 (DCS报警与故障停机温度保护定值为50℃“跳机”) , 平均每个夏季有13次/炉。如果不及时处理, 轴瓦的换热管内结垢会越来越严重, 最终会堵死换热管, 或者当冷却水的流量小到一定的程度, 轴瓦不能冷却, 造成跳机或者烧瓦被迫停运直接影响磨煤机的出力、锅炉出力的严重后果。磨煤机主轴承及其底衬设计参数如下:
2 现状
目前磨煤机轴承衬冷却器堵塞、瓦温高时, 采取的唯一办法是用瓶装氧气接至冷却器的入口、出口管反复疏通直到流量明显增大为止, 这种方法是不得已的方法, 长期疏通会将轴承衬冷却器的蛇形管、与蛇形管的接头、软管在高压下损坏, 导致冷却水泄漏到稀油中的恶果。
3 原因分析
现在的管路结垢是因为长期的运行, 开放式的冷却塔中的水中进入大量的灰尘, 包括沙尘、煤灰、灰渣等各种难以去除的细微颗粒而积淀形成的。在管道内形成结垢与结疤, 长期以来, 越来越多, 越来越厚, 致管道的内径越来越细, 换热的效果越来越差。
通过厂化验部门对水管内的结垢进行化学分析, 得出结垢的化学组成:硅酸盐的比例为81%;碳酸盐为9%;铁氧化物为5%;硫酸盐为3%;其它为2%。根据化验得出, 结垢的主要成分是硅酸盐。
4 辅助实验结果
根据化学活性, 不论化学腐蚀还是电化腐蚀, 铜具有比钢铁更好的耐腐蚀性, 冷却系统内的管道是铜管与铁管联在一起, 所以首先腐蚀钢管, 而轴瓦内的紫铜管应该是没有经受到多少的腐蚀。针对该结垢的化学分析, 配比专用的清洗液, 清洗液为3-5%的盐酸溶液及0.2%的缓释剂。清洗液与泥垢中的上述成份发生反应后, 泥垢可变松变软, 就可以被水流或沙子冲开, 从而冲洗出来。
用所采用的清洗剂作对铜与铁的腐蚀对比试验, 把这二种材质浸泡在该清洗液中, 时间12小时。结果发现铜管除了表面的氧化物被腐蚀后, 露出紫铜的光泽外, 再没有更多的腐蚀产生 (见图1) 。而铁管却是不断的被腐蚀, 管的表面明显看到是腐蚀后失去光泽的材质。并且腐蚀的速度比较快, 明显看得出有质量的损失。
通过对比实验, 可以保证该清洗液对现有的紫铜管不会产生严重的腐蚀, 从而使其产生泄漏。从可靠性角度来看, 该清洗液对于紫铜管是安全的, 但是由于泥垢的成份太复杂, 而且还有大量的不溶于强酸的杂质, 所以即使用强酸也不一定能完全溶解掉全部的泥垢。只能是用该清洗液浸泡一定的时间后, 把泥垢内的可溶成份溶解, 使泥垢变松变软, 然后慢慢的用流量把其冲散、冲出。
5 方法与工艺
由于生产任务紧张, 不能有充足的时间安排更换该轴瓦, 同时由于更换轴瓦的费用也比较高, 所以采用化学清洗的办法来解决, 但是一般的化学清洗不能洗掉管道内的泥垢, 所以要采用特殊的清洗剂及清洗方法。既要把管道内的泥垢清洗掉, 也要保证清洗剂不损坏轴瓦内的紫铜管, 保证不会因为清洗剂的腐蚀而导致管道泄漏。
对该轴瓦换热紫铜管内的泥垢样品作了化学试验, 发现常规的方法很难处理, 经过再三考虑, 决定采用另一种更复杂的具体方案, 如下。
在磨煤机停运小修时, 安排清洗工作。
第一步, 磨煤机停运后, 用热风风机接到换热器的管子上, 将铜管内泥垢内的水份吹干, 并把泥垢的温度提高, 温度控制在80℃以下。
第二步, 温度提高后, 在每台轴瓦的进出口管道上外接循环泵打入清洗溶液, 先浸泡一定的时间, 从泥垢的情况来看, 这一段时间要比以前更长。因为泥垢的温度较高, 清洗液可以冷涨开一部分泥垢。浸泡一段时间后, 清洗液渗入到泥垢中的可溶解盐分解, 泥垢变松变软。
第三步, 浸泡的的同时, 清洗液打循环, 并把清液加热到45-50℃加强浸泡的效果, 慢慢把软化的泥垢冲洗出来。
第四步, 如果清洗液浸泡的效果不是很好, 泥垢不能很好的冲刷了出来, 可以在清洗液中加入少量沙子把泥垢冲洗出来。
第五步, 泥垢冲洗干净后, 测试PH值为6.5-7.5, 然后再用清水冲洗干净。
第六步, 打压试验:将换热管道密封注水打压至2-3公斤, 保压二个小时。如果压力下降, 则可能有泄漏。如果没有, 则一切正常使用。
第七步, 恢复冷却水管道投运冷却水。在磨煤机停车之前做好全部的准备工作, 一台磨煤机二个轴瓦同时清洗, 大约要3天时间。磨煤机停运后, 将原有管道断开接上热风风机, 在一天内把管内的水份吹干, 把管内的泥垢吹热。然后就是用清洗液循环清洗, 看情况是否采用加沙等冲击泥垢, 这个过程估计需要4-8小时, 然后用高压水将管道冲洗干净。
6 结束语
实现在线清洗后, 主轴承衬冷却效果达到了最佳, 瓦温由过去的40℃-48℃下降为目前的31-37℃之间。由于找到了原因并采取了措施, 不但可以缩短设备维修次数和时间, 还可以大大降低更换新的轴瓦所需要的费用, 磨煤机轴承衬的安全性得到极大的保障。通过此化学方法清洗冷却器方法, 为不同企业工业水防止结垢提供了可借鉴的经验与途径。
摘要：通过对钢球磨煤机的主轴承衬内部的冷却水管内壁结垢导致冷却水量小、轴瓦温度高等原因进行分析, 结合实际情况, 给出了在线化学清洗的解决方法。
关键词：轴承衬,冷却水室,在线化学清洗,腐蚀
参考文献
[1]郝莉丽.哈尔滨锅炉厂HG670-13.7/YM11锅炉说明书[M].哈尔滨锅炉厂有限责任公司, 2002 (9) 42-48.