黄 杰(中石化管道储运公司新乡输油处)张圣麟(河南师范大学化学学院)
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0 1%开始直至有明显的洗涤作用为止,评测结果列于表1。
可从表1得出:◇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。
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