多晶硅项目设备清洗建议书

rgsmdqy · 发表于 2008-10-31 16:25:42

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多晶硅项目设备清洗建议书

一、概述
   多晶硅生产对环境及设备的清洁要求十分高。生产工艺过程比较复杂。尤其是塔器设备，对产品的质量影响极为重要。为了保证一次性开车投产顺利，保证产品质量，在设备的安装过程中，对设备及管线等重要设备的清洗工作十分严谨。在清洗过程中，使每个环节质量都达到标准。避免开车质量事故的发生。最大限度地降低调试费用，必须做好工艺设备和工艺管道安装前的清洗处理。针对不同的工艺要求、不同的设备材质以及不同的设备类型，清洗处理要求和达到的基本标准（要求达到无油、无水与无尘的三无要求）也不同。同时符合《脱脂工程施工及验收规范》和《工业设备化学清洗质量标准》并根据业主和成达公司的具体要求可分为一般清洗和洁净清洗。
   多晶硅设备的清洗主要工艺为酸洗、脱脂、钝化、干燥等，其中最关键是脱脂工艺和干燥技术。油脂和水对多晶硅的产品有巨大影响。因此在多晶硅设备的清洗中，以脱脂工艺和干燥工艺为要点。主要清洗还原炉、氢化炉、CDI设备、合成车间、还原氢化车间、精馏系统、中间罐、管道等主要设备。并且为了保证脱脂和干燥的质量，多晶硅设备清洗需要对单台设备进行单台清洗并验收后，再进行安装。
二、污垢主要对多晶硅影响因素
   1、油脂：在多晶硅生产过程中，油分子对多晶硅的危害十分严重。实际证明，整个工艺系统几ppm的油含量就可能造成多晶硅反应速度减慢，产量降低，甚至硅反应停止。因此，多晶硅设备的脱脂工艺尤为重要。
   2、水分：水中含有大量的氯离子，氯离子对多晶硅的反应十分敏感。设备及系统干燥工艺很关键。
   3、氯离子残留：水和其他溶液在设备表面残留的氯离子对多晶硅影响十分大。因此，在清洗后对设备进行纯水冲洗工艺十分重要。
   4、氧化物、灰尘其他杂质：其他污垢的存在，对多晶硅的生产影响也很大。因此，在设备清洗过程中，采用酸洗工艺对其他污垢进行清洗十分必要。
三、国内大、中型化工生产装置清洗现状
   国外对设备、管道的清洗十分重视，有专门从事清洗的研究机构。再国外，设计单位在设计化工工艺流程及要求时已经将清洗考虑了进去，并做了概算及投资。清洗方式也有单一的水力清洗发单调发展到化学清洗、机械清洗等。世界各国对清洗行业的组织形式是多种多样的，从单个零件到整个装置的清洗，既有专业化学清洗公司，也有企业自行组织的清洗队伍。有的设备、管道及零部件需经常定期清洗，并且部分生产设备本身就装有固有的清洗装置，清洗技术的应用有了很大的进步。
   生产多晶硅的工艺较多，各个国家生产厂家在开发新技术、进行技术改造的同时，通过对设备的清洗来降低能耗和保证多晶硅的产品质量。提高设备运转率，延长使用寿命，争取以最低的能耗，生产出更多的多晶硅产品。
四、多晶硅装置开车前化学清洗的意义
   新建多晶硅装置中的设备、管线、精馏塔、槽、还原炉、氢化炉在制造、储存、运输和安装过程中会产生大量的污物。这些污物主要有：油脂、扎制鳞片、氧化铁锈皮、泥沙、焊渣、焊药、防锈油及表面涂层等。其中焊渣、焊药的主要成分为钛、锰、铬、铁等金属氧化物，而切削油和防锈油及表面涂层则是一些高分子有机物。
   新建多晶硅设备进行化学清洗，不仅要进行高要求的除油脂处理，而且还要进行化学清洗和钝化保护处理。随着缓蚀技术的发展，金属设备在化学清洗过程中的腐蚀损失已降到了很小，最终的钝化处理将有助于减小设备运行中的腐蚀。另外，同酸洗时的腐蚀相比，轧制鳞片、氧化铁锈皮、泥沙、焊渣、防锈油及涂层等引起的设备运行事故更加具有危险性。由于化学清洗之后，得到了干净的金属表面，因而能更快的生产出合格的产品，工厂由此获得的经济效益将大大超过清洗的投资费用。目前，各种新建装置尤其是高温、高压设备、大型设备和生产工艺要求比较高的设备和管线，再投产前都要进行化学清洗。不仅要清洗设备本体，而且要清洗那些与设备连接有可能把污物带入的其他管道和设备。同样，我们认为多晶硅装置不仅要清洗工艺系统，其它附属设备的化学清洗和钝化处理对设备的运行安全和寿命意义重大，因此，我们建议所有的设备必须进行化学清洗。
五、多晶硅设备主要清洗项目
   1、还原炉、氢化炉的清洗脱脂钝化干燥
   2、CDI系统设备的清洗脱脂钝化干燥
   3、还原氢化车间设备的清洗脱脂钝化干燥
   4、合成车间设备的清洗脱脂钝化干燥
   5、精馏工序设备的清洗脱脂钝化干燥
   6、中间罐区的清洗脱脂钝化干燥
   7、管道系统的清洗脱脂钝化干燥
六、附件
1、奥氏体不锈钢设备的化学清洗和钝化
2、不锈钢设备及零部件酸洗钝化技术（设备清洗必要性论文）

附件一
奥氏体不锈钢设备的化学清洗和钝化
摘　要: 从奥氏体不锈钢的钝化机理入手,分析了钝化膜存在的意义、破坏机理和防护措施,给出了参考的清洗钝化剂配方、清洗钝化工艺、操作注意事项,明确了奥氏体不锈钢钝化膜质量的检验方法。
关键词:奥氏体不锈钢;清洗;钝化;钝化膜;质量检验
中图分类号: TG178　　文献标识码: C
奥氏体不锈钢设备在加工、制作和使用过程中,因高温氧化、介质腐蚀等原因,其表面会产生明显颜色不均匀的斑痕或腐蚀痕迹,或出于美观要求,奥氏体不锈钢常常需要进行化学清洗和钝化处理,使设备表面形成完整均匀的表面钝化膜,以提高材料的美观性和耐腐蚀性能,延长不锈钢使用寿命。本文从不锈钢钝化原理入手,就不锈钢清洗方法、钝化工艺以及表面钝化膜质量和均匀性检验开展讨论。
1　奥氏体不锈钢酸洗钝化的原理奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和优良的冷热加工性能,广泛用于各类具有防腐蚀和美观要求的设备以及其它容器、设备和机具的制造,表面的钝化膜质量和均匀性,对其耐腐蚀影响很大。
1.1　钝化机理
金属经氧化性介质处理,在其表面生成均匀致密的氧化膜,并使腐蚀速度比未处理前有显著下降的现象称金属的化学钝化。钝化机理可以用薄膜理论解释为:钝化是由于金属与氧化性介质发生电化学反应,在金属表面上生成一层薄而致密、覆盖性良好、附着力强的氧化物膜层,即“钝化膜”;钝化膜独立存在, 通常是氧和金属的化合物, 主要成分为CrO3、FeO与NiO,它是不锈钢防腐蚀的基本屏障,是腐蚀介质扩散的阻挡层,而并不是把金属与腐蚀介质完全隔开,钝化膜具有动态特征,通常在有还原剂(如氯离子)情况下倾向于破坏膜,而在氧化剂(如空气)存在时能保持或修复膜[ 1 ] 。
1. 2　钝化膜的破坏
奥氏体不锈钢表面经氧化性介质钝化处理后其表面上形成的钝化膜,在具有起活化作用的Cl- 、Br- 、F- 等卤素离子存在的条件下,易遭到破坏而失去原有的耐蚀性能和装饰性能。其中Cl- 对不锈钢钝化膜的破坏作用最强,同时Cl- 在水中普遍存在,这也就是奥氏体不锈钢设备使用过程中要求Cl- 质量分数不超过25 μg/g的原因之一,同时要求奥氏体不锈钢不能用盐酸等高氯离子含量的酸进行酸洗。奥氏体不锈钢在化学清洗后或压力容器水试压后,若不能及时将残水清除干净,也要求使用Cl- 质量分数不超过25μg/g的水冲洗设备。
2  奥氏体不锈钢的化学清洗和钝化
奥氏体不锈钢酸洗和钝化常常是同步完成的,一般采用氧化性较强的硝酸为主剂的清洗钝化剂,如需要钝化的设备表面含有油脂、有机物和其他酸不易溶解的物质,为了提高酸洗和钝化膜质量,要求在钝化前,对被钝化表面进行除油清洗处理。
2. 1　清洗钝化剂和酸洗钝化膏配方
清洗钝化剂1: 20%硝酸+ 5%氢氟酸+ 75%水
清洗钝化剂2: 5%硝酸+ 2%重铬酸钾+ 93%水
清洗钝化剂3: 20%硝酸+ 10%氢氟酸+ 70%水
酸洗钝化膏配方: 30%硝酸+ 2%氢氟酸,用硫酸钡搅拌成糊状。均以质量比配制。
2. 2　化学清洗和钝化工艺
不同的设备需要采用不同的清洗钝化工艺,一
般采用如下方法:
(1)小型零部件或形状复杂的工件和设备,适合于采用浸泡法。优点是清洗钝化液反复使用,生成成本低,钝化时间灵活机动,清洗钝化效果直观;缺点是液体不流动,有时钝化效果不均匀,为使其均匀常采用提拉法。
(2)其工艺流程为:水冲洗—酸洗钝化—水冲洗—除油—水洗—钝化膜检验—干燥。
(2)大型成套装置和设备内表面清洗钝化,如双氧水成套装置、换热器、容器、塔器、管网的清洗钝化处理,常采用全充满法或喷淋法。采用此类工艺,优点是一次处理的设备数量大,涉及面广,清洗钝化剂可以反复使用,清洗钝化效果均匀;缺点是此法需要的清洗钝化剂用量较大,施工工艺复杂,操作难度大,需要操作人员具有一定的专业水准,多由专业清洗队伍负责完成。其工艺流程为:配管建立清洗系统—注水循环冲洗—加温循环除油—水冲洗—常温循环酸洗钝化—水冲洗—钝化膜检验—设备复位。
(3)大型设备表面清洗钝化采用涂刷酸洗钝化膏的方法进行,如大型容器内外表面、塔器外壁、大口径管道外表面、板材表面等。此方法优点是用料节省,成本低廉,操作工艺简单,适合于维修和安装现场,施工灵活;缺点是钝化效果不均匀,需要手工操作,劳动环境差,施工安全性差。其工艺流程为:表面擦洗—涂刷清洗钝化膏—水冲洗—检验。
(4)设备内外表面或局部清洗钝化常采用擦洗法,如设备施焊区、热处理区、局部腐蚀区及外表面等。此法优点是实施方便,使用药剂节省,成本较低,施工灵活;缺点是钝化质量不稳定,施工环境差,容易发生人身安全事故。
其工艺流程为:表面擦洗—涂刷清洗钝化剂—水冲洗—检验。
3　奥氏体不锈钢清洗钝化应注意的事项
(1)配制清洗钝化液时,应将水按比例注入耐酸容器中,然后再按比例缓慢加酸,防止倒酸速度过快引起飞溅伤人。酸洗钝化处理,应先在水部件或局部表面上或类似的材料上进行清洗钝化现场试验。
(2)清洗钝化前应去除焊缝及母材表面的飞溅、焊药、灰尘等。清除油污必要时可采用有机溶剂、碱洗液或中性洗涤液清洗表面,并用清水冲洗干净。
(3)酸洗钝化操作过程中,操作人员必须仔细观察,认真控制清洗钝化温度和时间。温度低则适当延长处理时间,温度高则时间缩短。防止达不到酸洗钝化效果或过酸洗而引起材料表面过腐蚀。涂膏清洗钝化时,将膏均匀地涂刷于需要酸洗钝化的表面,一般先涂刷焊缝处,氧化皮较厚处略涂厚些,在涂膏未干透前用棉纱或棉布擦去锈蚀物及氧化物。
(4)对碳钢或其它材质的零部件应采取有效的保护措施,对被酸洗产品上的碳钢件应尽可能卸掉,如不能拆卸的需采用涂防护油漆或封橡胶泥的方法,尽量避免钝化液与碳钢部件接触防止遭受腐蚀。
(5)酸洗钝化后的不锈钢表面不应有明显的腐蚀痕迹,颜色应均匀一致,不留斑纹或氧化色。钝化后要彻底冲洗设备表面,不留存残液。酸洗钝化液及冲洗水中控制Cl- 的质量分数不大于25μg/g,宜选用去离子水冲洗设备,酸洗钝化后对钝化表面需采用一定的保护措施。最终酸洗钝化的不锈钢设备或部件成品可以选用聚乙烯薄覆盖或包裹,避免异金属、非金属接触及硬物接触,禁止焊接或打磨操作。
(6)操作人员在操作时,必须穿好耐酸服,带好防酸手套、口罩及防护眼罩。在容器内酸洗钝化,必须携带经检查合格的防毒面具,并有专人监护。
(7)酸性钝化废液具有很强的污染特性,应妥善处理达标后才能排放至规定地点。
4　奥氏体不锈钢清洗和钝化质量检验方法
4. 1　外观检验
酸洗钝化后的不锈钢表面应为均匀的银白色,不得有明显的腐蚀痕迹,焊缝及热影响区表面不得有氧化色,不得有颜色不均匀的班痕[ 2 ] 。用pH 试纸检查材料表面残液的冲洗干净程度, pH 6～7为合格。
4. 2　钝化膜均匀性检验方法
硝酸- 铁氰化钾蓝点法:在清洗钝化后的不锈钢表面,任意选择3～5个测试点,待酸洗钝化表面干燥后,将刚浸渍过硝酸- 铁氰化钾试验溶液的<50的定性滤纸贴附在待测不锈钢表面, 30 s内观察滤纸出现蓝点的情况[ 3 ] ,无蓝点为合格,有蓝点为不合格。试验后也应该将试验体冲洗干净。硝酸- 铁氰化钾溶液由1 g铁氰化钾、3 mL(65% ～85% )硝酸HNO3 和100 mL 蒸馏水复配而成。该试剂因使用的是氧化性强的硝酸,对钝化膜的破坏能力较弱,所以主要反映出清洗钝化所形成钝化膜的均匀性、完整性或是否有铁离子污染等性能;但储存稳定性差,需要现用现配。
4. 3　钝化膜致密性检验方法
盐酸- 铁氰化钾蓝点法:在钝化后的不锈钢表面,任意选择3～5个测试点,用蒸馏水冲洗干净,棉纱擦干,然后逐点滴酸性铁氰化钾K3 [ Fe (CN) 6 ]点滴液,并用秒表记录该点滴溶液后出现蓝点的时间,根据蓝点出现的时间快慢来评定钝化膜的质量,根据同一检测面上各点出现蓝点时间的长短评定钝化膜的完整性和均匀程度。对于清洗后有特殊要求的奥氏体不锈钢材质的钝化膜质量,点滴液覆盖面内10 min内出现的蓝色小点不多于8个点为合格。测定完后,先用干布擦干点滴液再用20%的醋酸对测定点进行擦洗,然后用脱盐水或蒸馏水冲洗干净。酸性铁氰化钾点滴液由硫酸、盐酸、铁氰化钾和蒸馏水复配而成。酸性铁氰化钾点滴液破坏钝化膜后将产生如下反应:2H+ + Fe = Fe2 + +H2X3Fe2 + + 2 [ Fe (CN) 6 ]3 - = Fe3 [ Fe (CN ) 6 ]2y (深蓝色沉淀)酸性铁氰化钾点滴液在5～35℃下有效使用期限为7天。铁氰化钾无毒,但在加热时分解产生可能产生剧毒物HCN,所以不能在加热条件下使用。本检验方法因使用了高浓度的盐酸,对钝化膜的破坏能力很强,所以主要反映出了形成钝化膜的致密性和阻隔能力。
参考文献
[ 1 ] 余存烨. 不锈钢设备及零部件酸洗钝化技术[ J ]. 清洗世
界, 20 (1) : 20 - 24.
[ 2 ] 李　宁. 不锈钢压力容器钝化工艺的控制[ J ]. 化工科技
市场2004 (6) : 25.
[ 3 ] 中国化工装备公司. HG - T 2806 - 1996奥氏体不锈钢
压力容器制造管理细则[ S]中华人民共和国化学工业部

附件二
不锈钢设备及零部件酸洗钝化技术
专家姓名：朱明君
类别：化学清洗
不锈钢设备及零部件酸洗钝化技术
1．不锈钢酸洗钝化的必要性:
奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能，抗高温氧化性能，较好的低温性能及优良的机械与加上r生能。因此广泛用于化工、石油、动力、核工程、航天航空、海洋、医药、轻工、纺织等部门。其主要目的在于防腐防锈。不锈钢的耐腐蚀主要依靠表面钝化膜，如果膜不完整或有缺陷，不锈钢仍会被腐蚀。工程上通常进行酸洗钝化处理，使不锈钢的耐蚀潜力发挥得更大。在不锈钢设备与部件在成形、组装、焊接、焊缝检查 (如探伤、耐压试验)及施工标记等过程中带来表面油污、铁锈、非金属脏物、低熔点金属污染物、油漆、焊渣与飞溅物等，这些物质影响了不锈钢设备与部件表面质量，破坏了其表面的氧化膜，降低了钢的抗全面腐蚀性能和抗局部腐蚀性能(包括点蚀、缝隙腐蚀)，甚至会导致应力腐蚀破裂。
不锈钢表面清洗、酸洗与钝化，除最大限度提高耐蚀性外，还有防止产品污染与获得美观的作用。在 GBl50一1998《钢制压力容器》规定，“有防腐要求的不锈钢及复合钢板制造的容器的表面应进行酸洗钝化”。这一规定是针对石油化工中使用的压力容器而言的，因为这些设备用于直接与腐蚀介质相接触的场合，从保证耐蚀耐蚀性出发，提出酸洗钝化是必要的。对其他工业部门，如并非出于防腐目的，仅基于清洁与美观要求，对不锈钢设备的焊缝还需要进行酸洗钝化。对核工程、某些化工装置及其它使用要求严格的，除酸洗钝化外，还要采用高纯度介质进行最终精细清洗或进行机械、化学与电解抛光等精整处理。
2．不锈钢酸洗钝化原理
不锈钢的抗腐蚀陛能主要是由于表面覆盖着一层极薄的(约1nm)致密的钝化膜，这层膜1n腐蚀介质隔离，是不锈钢防护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特征，不应看作腐蚀完全停止，而是形成扩散的阻挡层，使阳极反应速度大大降低。通常在有还原剂(如氯离子)情况下倾向于破坏膜，而在氧化剂(如空气)存在时能保持或修复膜。
不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜，但这种膜的保护性不够完善。通常先要进行彻底清洗，包括碱洗与酸洗，再用氧化剂钝化，才能保证钝化膜的完整性与稳定性。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件，保证形成优质的钝化膜。因为通过酸洗使不锈钢表面平均有10μm厚一层表面被腐蚀掉，酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高，因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡，一些原来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了。但更重要的是，通过酸洗钝化，使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解，去掉了贫铬层，造成铬在不锈钢表面富集，这种富铬钝化膜的电位可达+1．0V(SCE)，接近贵金属的电位，提高了抗腐蚀的稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的成分与结构，从而影响不锈性，如通过电化学改性处理，可使钝化膜具有多层结构，在阻挡层形成CrO3或Cr2O3，或形成玻璃态的氧化膜，使不锈钢能发挥最大的耐蚀性。
国内外学者对不锈钢钝化膜的生成进行了大量研究。以近几年北京科大对316L钢钝化膜光电子能谱 (xps)研究为例作简述[1]。不锈钢钝化是表面层由于某种原因溶解与水分子的吸附，在氧化剂的催化作用下，形成氧化物与氢氧化物，并与组成不锈钢的cr、 Ni、Mo元素发生转换反应，最终形成稳定的成相膜，阻止了膜的破坏与腐蚀的发生。其反应历程为：
Fe•H20+O*≒[FeOH•O*]ad+H++e
[FeOH•O*]ad≒[FeO•O*]ad+H++e
[FeO•O*]ad+H2O≒FeOOH+O*十H++e
[FeO•O*]ad≒FeO+O*
FeOOH+Cr+H2O≒CrOOH+Fe•H20
2FeOOH≒Fe203+H20
2CrOOH≒Cr203+H20
MO+3FeO+3H2O≒MOO3+3Fe•H2O
Ni+FeO+2H20≒NiO+Fe•H20
(其中Os表示钝化过程中的催化剂，且在钝化迪陧中浓度不变，ad表示吸附中间体。)

rgsmdqy · 发表于 2008-12-14 07:43:32

上传都2个月了，没有评分，伤心啊！

hanglb · 发表于 2008-12-22 00:15:36

很好的帖子，应该加分，顶。

zhuerang · 发表于 2009-2-5 23:25:17

真是好东西呀

wangh8207 · 发表于 2009-2-8 11:16:00

我也赞成是好东西。

知识命运 · 发表于 2009-2-8 11:48:59

先感谢，再看看！

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