Результат интеллектуальной деятельности: Средство для очистки поверхности теплообмена печей и котлов методом бластинга

Изобретение относится к чистящему средству, предназначенному для очистки наружной поверхности металлических теплообменных устройств технологических печей и котлов, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической промышленности.

Технологические печи в процессе своей эксплуатации со временем, как в излучающей, так и в конвекционной секциях на внешних стенках труб, накапливают отложения, например такие как тяжелые углеводороды, диоксид кремния, оксиды тяжелых металлов, которые остаются в твердом состоянии внутри печи даже при высокой температуре. Это приводит к снижению эффективности теплопередачи, увеличению расхода топлива и загрязнению воздуха.

Существуют различные составы для очистки поверхностей теплообмена печей, например водные растворы, содержащие кислоту или смесь кислот, различные абразивные составы, горячие чистящие растворы на водной основе, включающие азотсодержащий химический реагент. При использовании данных составов требуется остановка оборудования и перерыв в производстве при их использовании.

Известно средство для очистки поверхности теплообмена печи, содержащее не менее 95% карбамида и от 0,5 до 5% соли магния (патент ЕР 1528318, опубл. 04.05.2005). Известное средство используется для проведения очистки печи при температуре очищаемых поверхностей не ниже 250°С. Однако, при использовании данного средства на дне печи скапливаются не испаряемые соли магния, что требует дополнительной очистки, кроме того необходимость поддерживания конкретной температуры поверхности очистки влечет за собой большие энергозатраты.

Известено средство для очистки отложений в печах, содержащее диоксид кремния, биурет и/или мочевину, меламин и оксида железа (патент США 10200148, опубл. 28.06.2018). В известном средстве применяются различные соотношения биурета или мочевины, диоксида кремния и меламина и разные размеры частиц в зависимости от требуемой физической прочности частиц и в соответствии с задачей очистки. Известное средство применяется для очистки печи методом бластинга без отключения оборудования. Однако, при использовании данного средства его неиспаряющиеся компоненты - диоксид кремния и оксид железа - накапливаются на полу печи и поверхностях теплообмена, снижая эффективность теплообмена, что требует дополнительной очистки. Кроме того входящий в состав средства диоксид кремния, обладающий высокой прочностью, может вызвать повреждение деталей оборудования, а меламин ограничивает использование средства при температурах ниже 350°С, вызывая эффект прилипания к очищающим поверхностям.

Известен абразив для сухой абразивоструйной очистки, а именно карбамид в виде частиц (патент Великобритании GB 21192 98). Известный абразив используется для очистки металлических и неметаллических поверхностей от продуктов коррозии, нежелательного лакокрасочного покрытия и других видов загрязнений. При этом карбамид используется для очистки поверхностей при температуре окружающей среды и предполагает промывку водой остатков карбамида после очистки. Однако, известный абразив является неэффективным для очистки горячих поверхностей оборудования и, кроме того, требует при своем использовании отключения последнего.

Наиболее близким к заявляемому средству по технической сущности и достигаемому результату является средство, описанный в патенте США 7189289 «Чистящее средство и способ очистки нагревательных труб», выбранный в качестве прототипа.

Известное чистящее средство содержит 30-95 мас. % нитрата аммония в виде гранул со средним диаметром 2,5-8 мм в сочетании с 5-7 0 мас. % гранулами мочевины, имеющими средний диаметр 1-5 мм. Известное средство применяется для очистки труб нагревателя без остановки оборудования. Однако, наличие большого количества нитрата аммония делает его взрывоопасным. Кроме того, неоднородный размер гранул входящих в состав компонентов не позволяет добиться его равномерного распределения по поверхности и достичь ее эффективной очистки. Также применение нитрата аммония в качестве основы чистящего средства сопровождается выделением большого количества азота во время чистки, что является негативным экологическим фактором.

Задачей данного изобретения является создание средства для очистки, являющегося взрывобезопасным, экологичным, отвечающим возможности его использования для очистки методом бластинга наружной поверхности теплообмена без отключения оборудования, эффективным для применения в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической промышленности.

В ходе проведенных исследований поставленная задача была решена путем создания средства для очистки наружной поверхности теплообмена печей и котлов методом бластинга, содержащего гранулы карбамида и гранулы нитрата аммония, отличающегося тем, что диаметр гранул карбамида и диаметр гранул нитрата аммония составляет 1-4 мм, при следующем содержании компонентов, мас. %:

Карбамид 75-95

Нитрат аммония 5-25.

Технический результат, достигаемый предлагаемым средством, обусловлен его новыми свойствами, обнаруженными при проведении исследований.

За счет синергического взаимодействия компонентов предлагаемое средство позволяет максимально эффективно очищать поверхности теплообмена без отключения оборудования.

Гранулы карбамида оказывают механическое воздействие на отложения очищаемой поверхности, ударяясь об них с большой скоростью. Одновременно с этим, отложения на поверхности очистки воспламеняются при контакте с гранулами нитрата аммония, который является окислителем, что вызывает распад отложений и сжигание горючих материалов, присутствующих в этих отложениях. Быстрое выделение больших объемов газов способствует повышению эффективности бластинга.

Кроме того, присутствие в предлагаемом средстве нитрата аммония позволяет получить оптимальную температуру плавления средства, которая позволяет гранулам предлагаемого средства не сублимироваться до контакта с очищаемыми поверхностями, с одной стороны, а с другой - состав предлагаемого средства остается способен нейтрализовать кислотные соединения осадка, химическим воздействием ослабить физическую структуру отложений, а затем полностью сублимироваться или испариться под воздействием тепла газов сгорания.

Свойства предлагаемого средства иллюстрирует следующий пример. При подаче предлагаемого средства на поверхность, нагретую до 200-900°С, идет активное выделение N₂, СО₂, NH₃, Н₂О. Выделяющиеся при разложении нитрата аммония оксиды азота реагируют с аммиаком, образующимся при разложении карбамида с образованием молекулярного азота и паров воды и выделением дополнительного тепла. Это создает локальное повышение температуры на нагретой поверхности, достаточной для возникновения эффекта микробластинга. Поскольку оксиды азота расходуются в реакции с образованием безвредных веществ, увеличения выбросов оксидов азота не происходит. Также нитрат аммония способствует более быстрому окислению меламина и других побочных продуктов термолиза карбамида.

Одинаковый размер гранул входящих в предлагаемое средство компонентов делает его однородным. Высокая однородность предложенного средства при механическом распылении позволяет добиться равномерного распределения по очищаемой поверхности, что положительно влияет на достигаемый эффект очистки. Экспериментальным путем было установлено, что размер гранул входящих компонентов 1-4 мм является оптимальным. Уменьшение размера гранул менее 1 мм уменьшает скорость бластинга, увеличение размера гранул выше 4 мм ухудшает их термодеструкцию на очищаемой поверхности, что снижает эффект очистки.

Соотношение компонентов в предлагаемом средстве подобрано экспериментальным путем и является оптимальным, что позволяет получить технический результат соответствующий поставленной задаче.

Снижение выбросов оксидов азота при проведении чистки предлагаемым средством является одним их основных показателей экологической безопасности и взрывобезопасности. Для сравнительного определения величины выбросов оксидов азота при применении для очистки предложенного средства методом бластинга наружной поверхности змеевиков технологических печей были использованы средства с различными соотношениями карбамида и нитрата аммония. Средства наносились на нагретое до 250°С дно металлического цилиндра диаметром 100 мм и высотой 230 мм. В верхней части цилиндра устанавливался датчик, замеряющий концентрацию окислов азота в парах состава для очистки. Максимальные концентрации окислов азота, полученные в ходе эксперимента приведены на фиг. 1.

Полученные данные показывают, что концентрация окислов азота в парах разложения/окисления чистящего средства резко снижается с уменьшением доли нитрата аммония в смеси. Так, при содержании 25% нитрата аммония в смеси с карбамидом выделение окислов азота составило лишь 56,5% от уровня выделения окислов азота при испытаниях в аналогичных условиях средства с содержанием нитрата аммония 30%. При содержании нитрата аммония в смеси 10 мас. % выбросы окислов азота при ее термическом разложении/окислении практически сводятся к нулю.

Таким образом, в ходе проведения экспериментов было установлено, что наилучший эффект достигается при использовании предлагаемого средства с содержанием карбамида не менее 75%, а количество нитрата аммония от 5 до 25% является достаточным для снижения температуры разложения смеси и обеспечения взрывобезопасность проведения работ.

Способ получения предлагаемого средства.

Необходимые количества гранулированного карбамида и гранулированного нитрата аммония одновременно с равной скоростью помещают в шнековый смеситель, перемешивают при температуре 45°С в течение 10-15 мин, охлаждают и фасуют.

Предлагаемое средство характеризуется необходимыми физико-химическими и специализированными свойствами, а также стабильностью в течение установленных сроков годности.

Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.

Пример 1. Необходимые количества гранулированного карбамида и гранулированного нитрата аммония одновременно с равной скоростью помещают в шнековый смеситель, перемешивают при температуре 45°С в течение 10 мин., охлаждают и фасуют. В результате получают средство следующего состава: карбамид 75 мас. %, нитрат аммония 25 мас. %.

Пример 2. Необходимые количества гранулированного карбамида и гранулированного нитрата аммония одновременно с равной скоростью помещают в шнековый смеситель, перемешивают при температуре 45°С в течение 15 мин., охлаждают и фасуют. В результате получают средство следующего состава: карбамид 95 мас. %, нитрат аммония 5 мас. %.

Пример 3. Необходимые количества гранулированного карбамида и гранулированного нитрата аммония одновременно с равной скоростью помещают в шнековый смеситель, перемешивают при температуре 45°С в течение 10 мин., охлаждают и фасуют. В результате получают средство следующего состава: карбамид 8 0 мас. %, нитрат аммония 2 0 мас. %.

Пример 4. Необходимые количества гранулированного карбамида и гранулированного нитрата аммония одновременно с равной скоростью помещают в шнековый смеситель, перемешивают при температуре 45°С в течение 10 мин., охлаждают и фасуют. В результате получают средство следующего состава: карбамид 90 мас. %, нитрат аммония 10 мас. %.

Представленные примеры предназначены для иллюстрации и не ограничивают объем изобретения, который определяется объемом прилагаемой формулы изобретения.

Предлагаемое средство является эффективным, взрывобезопасным, экологичным и отвечает возможности его применения для очистки наружной поверхности теплообмена без отключения оборудования.