认知清洁方法与流程

1.本说明书总体上涉及工业处理，并且更特别地涉及用于工业处理装备的认知清洁方法。


背景技术：

2.工业处理(诸如原油精炼、石化生产、发电等)可能涉及通过部件(诸如预热机组中的热交换器)运输热和冷公用物质(例如流体、气体、液体)。随着时间推移并且在各种条件下，这种公用物质的运输可能导致部件内的结垢形成。结垢降低了部件的性能，诸如增加了热能损失，这具有负面的生产率影响以及对工业过程的总体负面的经济和环境影响。
附图说明
3.所附权利要求中阐述了主题技术的某些特征。然而，为了解释的目的，在下面的附图中阐述了主题技术的几个方面。
4.图1示出了根据主题技术的各方面的预热机组系统的部件。
5.图2为示出根据主题技术的各方面的认知清洁过程的流程图。
6.图3为包含根据主题技术的各方面的从热交换器的入口和出口测量和存储的示例温度值的图表。
7.图4为包含根据主题技术的各方面的为热交换器确定的示例负荷值的图表。
8.图5为包含根据主题技术的各方面的为热交换器确定的示例热传递系数的图表。
9.图6为示出根据主题技术的各方面的热交换器的结垢热阻值的图表。
10.图7为示出根据主题技术的各方面的在热交换器中形成的结垢沉积物的量的图表。
11.图8为示出根据本主题技术的各方面的结垢沉积物和结垢复杂性的曲线图。
12.图9为示出根据主题技术的各个方面的不同清洁间隔的净效果的图表。
13.图10为示出根据主题技术的各方面的清洁计划的经济影响的曲线图。
14.图11为示出根据主题技术的各方面的清洁系统的图。
15.图12示出了主题技术的各方面可以利用其实施的示例电子系统。
具体实施方式
16.下文阐述的详细描述旨在作为主题技术的各种配置的描述，并且不旨在代表主题技术可以实践的唯一配置。附图包含在本文中并构成详细描述的一部分。出于提供对主题技术的透彻理解的目的，详细描述包括具体细节。然而，主题技术不限于本文阐述的具体细节，并且可以使用一个或多个其他实施方式来实践。在一个或多个实施方式中，以框图形式示出了结构和部件，以避免模糊主题技术的构思。
17.定义
18.如前面的章节和本说明书的其余部分所用，除非另有定义，否则本文所用的所有
技术和科学术语具有与本发明所属的领域的技术人员通常理解的相同的含义。本文提及的所有专利和出版物通过引用整体并入本文。
19.如本文所用的术语“一”、“一个”或“该”通常被解释为涵盖单数和复数形式。
20.本文所用的术语“约”通常指在本领域普通技术人员确定的可接受误差范围内的特定数值，这部分取决于如何测量或确定该数值，即测量系统的限制。例如，“大约”可以是指给定数值的
±
20％、
±
10％或
±
5％的范围。
21.概述
22.主题技术将化学创新、工艺创新和商业模式创新整合到旨在通过部件(诸如预热机组内的热交换器)的清洁度降低工业过程的能耗，来最大化工业过程的技术、经济和环境性能的解决方案中。主题技术利用广泛的数据来管理所使用的装备的清洁过程，并实现工业过程性能方面的改进。如下面进一步详细讨论的那样，数据的范围包括但不限于产品数据、部件数据、结垢数据、操作数据、经济数据和环境数据。
23.根据主题技术的各方面，一种用于清洁处理装备的方法可以包括生成表征处理装备中的结垢形成和处理装备的操作之间的关系的函数。可以基于在处理装备的操作期间在处理装备中形成的结垢材料的性质来选择清洁方案。可以基于第一函数和清洁方案确定与多个清洁计划中的每一个相关联的操作成本，并且可以基于相应的所确定的操作成本选择多个清洁计划中的一个。处理装备上的清洁过程可以根据所选择的清洁计划使用所选择的清洁方案来执行。
24.所生成的函数可以提供作为处理装备的操作天数的函数而形成的每单位面积的结垢材料的量。处理装备可以包括热交换器，并且可以测量和记录进入热交换器的冷侧公用物质、离开热交换器的冷侧公用物质、进入热交换器的热侧公用物质和离开热交换器的热侧公用物质中的每一个的温度。该函数可以基于所记录的温度生成。
25.清洁方案可以包括清洁过程期间循环通过处理装备的清洁材料的组分，以及将清洁材料循环通过处理装备的持续时间。清洁方案可以包括多种清洁材料和使相应的清洁材料循环通过处理装备的相应的多个持续时间。多种清洁材料可以包括第一清洁材料和不同于第一清洁材料的第二清洁材料。多个持续时间可以包括第一持续时间和不同于第一持续时间的第二持续时间。
26.可以对结垢材料的样品进行分析，以确定结垢材料的性质。结垢材料的性质可以包括结垢材料的化学组分、密度和热导率。操作成本可以包括执行清洁过程的成本和在基于所生成的函数确定的结垢水平下操作处理装备的成本。操作成本还可以包括由于根据所选择的清洁计划操作和清洁处理装备而产生的排放减少的货币化。与多个清洁计划中的每一个相关联的操作成本可以通过执行操作处理装备的模拟来确定。
27.多个清洁计划可以包括具有第一清洁间隔的第一清洁计划和具有不同于第一清洁间隔的第二清洁间隔的第二清洁计划。多个清洁计划可以包括基于结垢材料的性质确定的最大清洁间隔。
28.处理装备包括多个部件，并且对于多个部件中的每一个，生成表征处理装备中的结垢形成与处理装备的操作之间的关系的函数；选择基于在处理装备的操作期间在处理装备中形成的结垢材料的性质的清洁方案；确定与基于第一函数和清洁方案的多个清洁计划中的每一个相关联的操作成本；并且选择基于相应的所确定的操作成本的多个清洁计划中
的一个。
29.可以结合所执行的清洁过程从处理装备中移除结垢材料的样本。基于所移除的样本，可以重复生成函数、选择清洁方案、确定操作成本和选择多个清洁方案中的一个的步骤。
30.预热机组示例
31.图1为示出根据主题技术的各方面的预热机组(preheat train，“pht”)100。如图1所描绘那样，pht 100包括十一个热交换器(“hex”)15-26，第一公用物质(诸如预闪蒸原油)可以通过冷侧入口穿过该热交换器，并且一个或多个第二公用物质可以通过热侧入口穿过该热交换器将热量传递到第一公用物质。第二公用物质可以包括不同温度范围(例如240-300℃、300-350℃)下的重瓦斯油、常压渣油、和/或来自蒸馏塔或结合pht 100的工业处理中使用的其他部件的循环泵送流。hex 15至26不限于任何类型的热交换器配置。hex 15至26可以使用所有相同类型的热交换器，或者hex 15至26中的两个或更多个可以使用不同类型的热交换器。本主题技术不限于hex的数量、hex的布置或图1中描绘的公用物质流程的布置。
32.数据
33.本文所述的认知清洁框架适用于现实世界的数据相关的挑战，其可以涵括高度异质的数据可用性、数据完整性、数据可靠性、数据安全性和其他数据挑战。认知清理框架可以依赖于物理建模、数据科学和机器学习方法和工具。因此，随着更多数据被积累和并入到过程中，认知清理方法可以改进。
34.认知清洁框架中使用的数据可分为以下类别：
35.(1)产品数据：关于在pht单元内运行的产品的物理和化学性质的数据；
36.(2)pht数据：表征pht单元(即单元规格)、架构、pht内的单元的单独的当前和历史性能的数据；
37.(3)结垢数据：表征pht内的结垢的数据，其可以包括物理和化学性质两者；
38.(4)操作数据：关于生产吞吐量、成本、各种性质的计划和非计划的干预程序(例如，维护、修理)、它们的持续时间、原因、成本、结果的数据；
39.(5)经济数据：描述外部系统的数据(例如，宏观经济、燃料成本、产品成本、供应品的市场价格)；以及
40.(6)环境数据：关于燃料(例如，燃料类型、量、燃烧热、燃料排放系数)、co2排放配额、co2排放配额市场价格的数据。
41.产品数据
42.产品数据可以包括冷产品和热产品两者的数据(例如，密度、粘度)、关于过去清洁的数据、实验室测试结果和产品的化学特性。产品数据可以包括关于原油混合物的信息，包括但不限于：api，粘度@80c、粘度@260c时、总硫量(％wt)、铁(ppm)、镍(ppm)、钒(ppm)、饱和物(％)、芳烃(％)、树脂(％)、沥青质(％)和cii。
43.产品的其他性质(例如，通过冷侧入口穿过pht 100的公用物质)和通过热侧入口穿过pht 100的公用物质的性质也可以被累积和存储。例如，可以累积和存储两种公用物质的热容量、密度、热导率和粘度。主题技术不限于前述类型的产品数据、可以包括其他数据类型。
44.pht数据
45.pht数据可以包括单元规格、pht架构和总体信息，包括但不限于：工厂位置；单元的使用；大小、类型、连接类型(并联/连续)、串联的数量；表面/单元(总量/效率)和表面/壳(总量/效率)。pht数据还可以包括单独的单元性能数据，包括但不限于：流体分配、流体名称、流体量-蒸气输入/输出、液体、蒸汽、水、不可冷凝物)、温度输入/输出、比重、粘度、分子量(蒸气)、分子量(不可冷凝物)、比热、热导率、潜热、入口压力、速度、压降和结垢热阻。pht数据还可以包括单元性能数据，包括但不限于：热交换和传递速率(使用中)。pht数据还可以包括构造数据(壳/管侧)，包括但不限于：设计/测试压力；设计温度；每个壳的通过次数；腐蚀裕度(包括进/出连接件和中间连接件)；管数量、厚度、长度和节距；管类型、材料；旁路密封布置；膨胀节；和rho-v2入口喷嘴。
46.pht 100可以包括一个或多个传感器，用于测量pht 100的操作条件，同时捕获并存储测量值。传感器可以包括布置在pht 100中的相应hex的入口和出口处的温度传感器，以测量穿过hex的第一公用物质的冷入口温度和热出口温度、以及穿过hex以将热量传递到第一公用物质的第二公用物质的热入口温度和冷出口温度。
47.结垢数据
48.认知清洁框架与表征方法不可知的。例如，根据在工厂的实际情况，可以使用物理或化学表征。对于实际应用，可以使用结垢的化学表征和了解单元内的结垢沉积物分布。
49.结垢沉积物是指在其利用期间在装备的内表面上形成的任何外来物质或材料。结垢沉积物的形成可能是由装备中处理或操作的介质的热力学或动力学不稳定性、介质与表面材料的化学相互作用、来自介质的机械杂质的沉淀以及介质或装备的生物污染引起的。结垢沉积物可能通过粘附力附接到装备的内表面、可能形成不能穿过装备的狭窄区域的团块、或者可能沉淀在受不足流速影响的区域。在某些情况下装备中处理的整个介质可能凝固(是由于装备故障或不当操作引起的意外聚合导致的最常见的情况)。
50.结垢沉积物可以由有机和无机物质或其组合组成，可为同质的或以大范围的异质性为特征。异质性可以是层或体积类型。第一种情况通常由介质组分方面的周期性变化导致。根据温度梯度，热传递表面的不同区域可能覆盖有不同性质的沉积物。结垢沉积物的微观结构和化学组分也受到老化的影响。结垢沉积物性质的评估需要采集代表性样本，但由于以上讨论的问题，这并不总是可能的。替代性地，结垢沉积物性质可以基于历史数据和/或全局结垢储存库的数据以分析的方式得出。
51.结垢表征可以以分析的方式进行，其中结果基于操作和产品数据的间接建模导出，或通过结垢样品的实验室分析以物理的方式导出。本方法中的结垢表征的目标是建立结垢建模和交叉验证结果的系统实践，以确保模型结果和实验室试验之间的良好匹配。
52.结垢沉积物表征数据可以通过多种分析方法获得，包括但不限于：傅立叶变换红外光谱(ftir)、扫描电子显微镜(sem)、sem能量色散光谱(sem-eds)、x射线晶体学(xrc)、原子吸收光谱(aas)和电感耦合等离子体原子发射光谱(icp-aes)。
53.结垢表征可通过若干方式中的一个进行，包括但不限于：物理建模、机器学习方法以及混合集成物理建模与机器学习方法。结垢表征结果可以包括结垢序列分析、相分析、定性和定量解释(指分析和样品实验室分析)，以及结垢序列内的相的化学和物理描述。
54.将混合模型与产品数据的物理性质(密度、粘度、原油等级、化学性质)相结合允许
主题技术表征用于设计个性化清洁方案的结垢(框204)。
55.在某些情况下，可以基于由1至3个模型生成的合成数据模拟结垢表征。这种模拟可以用于历史匹配目的，以限制模拟内的基本场景的数量。
56.在结垢表征过程内，可以对以下主要结垢机理进行建模和联合建模：
[0057]-腐蚀结垢，代表pht金属表面与流动流体的任何组分或溶解的气体之间的化学反应；
[0058]-化学结垢，代表流动流体的任何组分之间的/任何组分的化学反应或相变，其导致热交换器的表面上的固体的沉淀；
[0059]-颗粒结垢，代表流动流体中包含的悬浮颗粒的积聚；以及
[0060]-结晶结垢，代表溶解在流动流体中的盐的沉积物，其在热交换器的内表面上结晶。
[0061]
注意的是，pht的表面上的机械缺陷可能加速腐蚀和其他结垢机制。
[0062]
结垢沉积物的性质的评估可以包括以下步骤中的一个或多个：
[0063]
(1)确认样品作为特定装备单元的结垢沉积物的代表。这可以基于由参与取样的人员提供的信息来完成。如果是热传递装备，只有直接从热交换器的热传递表面获取并且包括结垢沉积物的整个横截面的样品才被认为是代表性的。样品中应充分保留结垢沉积物的宏观结构(例如，团块的平均大小或层状结构)。代表性样品应该在所有方面与原始的结垢沉积物相似地起作用。
[0064]
(2)估计样本的均匀度程度及其对后续步骤处获得的数据的质量的影响。具有高度宏观异质性的样品可能需要分离异质混合物，以及在后续步骤处的其差异评估。
[0065]
(3)评估样品的宏观结构和物理特性——团块的平均大小、层厚、孔隙率、弹性、硬度、脆性等。这个步骤对于基于结垢物质分散的化学清洁方法和通过下面更详细讨论的各种物理处理增强的化学清洁方法的适用性的评价是有用的。对矿物水垢、石油焦和类似的坚硬固体或玻璃状结垢的基本机械测试可能包括压碎特定大小的沉积物的球形块所需的力的估计。可以评估弹性结垢沉积物以获得屈服强度。
[0066]
(4)估计样品的有机和无机含量。
[0067]
(5)样品的无机成分的x射线晶体学(xrc)评估。
[0068]
替代性地，样品的无机部分的元素分析(优选地通过aas/aes方法)。
[0069]
(6)样品的有机组分的评估可以通过仪器方法进行，诸如chnos分析、ir光谱或通过人工溶剂筛选。
[0070]
(7)可以对来自以有机材料的高温处理设为特征的装备的样品进行评估以获得元素碳的含量。
[0071]
操作数据
[0072]
可以在整个生产历史中收集操作数据，并将其在工厂数字孪生中使用，以支持有效的决策。认知清洁框架可能配备有工厂数字孪生平台，尽管当操作数据可用时，它仍然可以有效地运行。操作数据可以包括但不限于：生产成本、生产吞吐量、操作事件——维护和修复，包括成本、持续时间、结果，以及关于排放和污染阈值的环境数据。
[0073]
经济数据
[0074]
宏观经济和行业数据和预测可以用于预测性断言，这意味着依赖于总体经济参
数、市场和全球前景。这些数据可以直接从市场上获得(例如，ihs markit)或通过研究收集。根据主题技术的各方面，经济预测可以与公司战略愿景和内部经济模型一致。
[0075]
温室气体排放数据
[0076]
由于热交换器中的结垢和水垢沉积累积引起的化石燃料过度消耗导致的温室气体排放(ghg)可以是并且用于开发清洁计划，以确保通过认知清洁技术的部署进行ghg减少。通过认知清洁技术获得的ghg减排量可以用于碳信用配额交易或类似机制(即ice交易所的eua行情机)。
[0077]
实时数据
[0078]
可以使用企业物联网(“iot”)平台收集、预处理、存储和递送所连接的传感器数据，从而捕获和积累实时数据。认知清理框架可以基于手动收集的数据使用较低的离散化率来操作，尽管一些功能(即实时清理阈值)可能减少。
[0079]
历史数据
[0080]
与认知清洁框架一起使用的历史数据可从积累该数据的公司数据储存库中检索。从公司数据湖中获取历史数据可能是优选的，因为它是通过公司数据管理政策来授权的，公司数据管理政策可以被视为通过一组限定的程序和执行这些程序的方法来实现数据可用性、数据使用性、数据一致性、数据完整性和数据安全性的质量保证方法。数据湖是用于在数据储存库中“按原样”摄取和存储所有类型数据，并为信息管理、分析和报告目的提供对这个数据的企业范围的统一访问的方法。数据湖通过维护元数据和数据的谱系来支持数据的多种视图，诸如全局和局部视图。某些澄清可以通过确保遵循数据管理过程的数据管理员来进行。
[0081]
数据格式
[0082]
可以以模拟和/或数字形式收集、存储、传输数据。虽然工业标准数字数据格式(例如，csv、json、txt、xls)相对于使用模拟数据格式可以提供更好的结果，但是本主题技术可以与这两种形式的数据一起使用。认知清理框架是协议不可知的。例如，mqtt(message queuing telemetry transport，消息队列遥测传输)协议可以由企业iot平台部署。
[0083]
认知清洁法
[0084]
图2为示出根据本主题技术的各方面的用于执行认知清洁方法的流程图。该过程在图2中被示为串行或线性执行，然而，本主题技术不限于这个布置，并且步骤中的两个或更多个可以并行执行。简而言之，该过程可以包括生成结垢函数、选择清洁方案、确定操作成本、选择清洁计划以及执行清洁过程，这些将在下面详细描述。该过程可以由一个或多个处理器来执行，该一个或多个处理器被配置为访问诸如上述数据的数据，并执行存储在机器可读介质上的一个或多个指令序列以执行本文描述的过程。下面将更详细地描述这种处理系统。
[0085]
根据主题技术的各方面，可以生成结垢函数以表征结垢形成和pht操作数据之间的关系、及其对热传递和成本的影响。结垢函数可以用于估计结垢水平和/或为给定的原油测定和技术状态生成结垢水平预测。可以为pht中的每个hex确定结垢函数，并且该结垢函数可以基于多个不同的参数，诸如结垢阻力、污物密度和污物热导率。
[0086]
可以在冷侧入口(冷入)处、冷侧出口(热出)处、热侧入口(热入)处和热侧出口(冷出)处针对每个hex测量温度。所测量的温度可以被捕获并存储在机器可读介质中，用于后
续的访问和处理。主题技术不限于用于测量和存储温度值的任何特定间隔。每分钟、每小时、每天可以测量并存储温度值，在一段时间内对其进行平均化，以此类推。图3是描绘针对hex 24、hex 25和hex 26记录的温度测量的表格。使用所记录的温度值，为每个hex的每组温度测量确定对数平均温度差(log mean temperature different，lmtd)。使用以下等式确定lmtd：
[0087][0088]
△
1是热侧公用物质的hex的入口和出口之间的温度差。
△
2是冷侧公用物质的hex的入口和出口之间的温度差。
[0089]
每个hex的负荷(q)可使用以下等式确定：
[0090]
q＝m
×cp
×
(t2-t1)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0091]
其中m是冷侧公用物质(原油)的质量流率(例如，kg/hr)，c
p
是冷侧公用物质的热容量(例如，kcal/kg*k)，以及t2和tl是冷侧公用物质的hex的出口和入口出的所测量的温度。在为工业过程设置pht时，可以搜集和存储冷侧公用物质的质量流率和热容量。图4为描绘为hex 15至26中的每一个确定的负荷值的表格。
[0092]
平均热传递系数(htc)(u)可以根据下式对每组数值进行确定：
[0093][0094]
其中q是所确定的hex负荷，lmtd是所确定的对数平均温度差，以及a是hex的热流面积，其可以使用hex的架构参数获得或确定。图5是描绘为hex 15至26确定的htc值的表格。
[0095]
使用每个hex的所确定的htc数据，可以使用以下方程确定结垢热阻(rf)：
[0096][0097]
其中ua是使用所测量的值确定的hex的实际htc，以及uc是假设hex没有结垢的情况下hex的干净htc。图6为示出对于pht中的hex中的一个结垢热阻随时间的变化的图。
[0098]
hex中形成的结垢的量(mf)可以使用以下方程确定：
[0099]
mf＝ρfλfrfꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0100]
其中pf是在hex中形成的污物的密度，λf是在hex中形成的污物的热导率，这可以通过分析从hex中移除的结垢样品或者通过上述的其他技术来确定。图7为示出在hex中形成的结垢的量随时间变化的曲线图，其基于针对结垢热阻的先前确定的值。
[0101]
可以分析包括使用方程(5)确定的结垢量和相关联的操作参数的数据，以确定结垢函数——结垢形成和pht操作数据之间的关系，及其对热传递和成本的影响。这种关系可以使用物理建模、机器学习方法和/或混合集成物理建模与机器学习方法来建立。物理模型可以利用pht的详细信息(例如，热交换器的几何形状、技术架构、流体和pht装备的物理性质)。物理模型可以通过历史匹配数据进行交叉验证，以校准和提高精度。机器学习方法可以基于数据分析建立结垢和操作数据之间的关系，并且可以利用具有高度离散化的相对大量的历史数据来产生稳定的结果。混合建模结合了物理和机器学习方法两者来产生准确且
快速的结果，其中物理信息可以被保留并用于提高模型的精度。
[0102]
图8为描绘根据本主题技术的各方面的基于所确定的结垢函数的hex中的结垢形成的曲线图。除了hex中形成的结垢量之外，图8描述了基于老化分析的结垢沉积物的复杂性。老化代表在hex的处理条件下结垢沉积物随时间的物理和/或化学转化。可以基于结垢样本分析(例如，假设稳态温度的指数函数)来针对每个热交换器估计结垢老化函数。老化数据可以从许多来源获得，包括商业软件和/或结垢样品的分析。
[0103]
清洁方案选择
[0104]
回到图2，可以基于hex中形成的结垢材料的所分析的性质，选择清洁方案或清洁方法。结垢样品可能在处理装备(例如hex)的操作期间在处理装备中形成，并作为清洁过程或其他维护周期的一部分被去除。
[0105]
清洁方案(pcr)代表结垢驱动的化学成分序列的特定设计、其体积和用于hex单元结垢处理的应用方法。清洁方案可以基于所确定的结垢函数模型和基于分析和上述其他技术的hex内形成的污物的特征来设计。可以为pht中的每个hex确定清洁方案，并且清洁方案可以根据结垢的复杂性和pht内的特定热交换器的经验手动或自动设计。
[0106]
从功能角度来看，pcr可以以用于不同的目的(临时pcr；以及实际pcr)的两种形式实施。临时pcr可以是在认知清洁规划阶段内使用的、作为确定清洁计划或智能计划的输入的清洁方案的评估。临时pcr可以提供用于模拟和评价结果的数据，以及每月、每季度和每年的结垢水平预测，这将在下面进一步描述。实际pcr是在清洁实施阶段中使用的实际清洁方案，该实际清洁方案用于根据所选择的清洁计划使用例如每周结垢水平预测和预清洁结垢特性报告来执行选择清洁方案。根据本主题技术的各方面，可以使用物理建模、机器学习方法或混合集成物理建模与机器学习方法来确定和选择pcr。pcr结果可能包括化学产品含量以及还有处理技术(处理阶段、其持续时间、环境)。在清洁条件和物流条件下，pcr策略开发可能考虑安全和腐蚀条件的优先性。
[0107]
清洁方法概述和术语
[0108]
清洁方案的选择可以涉及选择适合hex和结垢特性的清洁方法。清洁方法是指旨在从待清洁的装备上的去除结垢沉积物的特定的一组技术动作/化学或物理处理；特定的清洁方法基于特定的化学相互作用或物理原理，这说明了其作用并决定了其效率。现有的清洁方法可以分为机械、物理和化学清洁方法。
[0109]
机械清洁方法涉及使用各种仪器来机械去除结垢沉积物，并且包括例如钻孔、清管和水力爆破(水力喷射)的方法。大多数机械清洁方法需要体力劳动或复杂的自动化设置来代替它。物理清洁方法采用各种物理处理，从而导致结垢沉积物的破坏或脱离，这个群组包括蒸汽、超声波处理、脉动流、流体动力学等。化学清洁方法利用含有各种化学试剂或其组合的清洗溶液来溶解(完全或部分地)分散或疏松结垢沉积物的结构。
[0110]
清洁方法可以被分为拆卸和非拆卸方法，第一群组需要拆卸待清洁的装备，第二群组不需要拆卸。一般而言，机械清洁方法需要拆卸装备，而物理和化学清洁方法则不需要。许多机械和物理清洁方法可以同时使用，或者在化学清洁方法之后或之前使用。如果与化学清洁方法同时使用，机械和物理清洁方法也被称为增强方法。如果在化学清洁方法之前使用，机械和物理清洁方法称为预处理。特定的清洁方法可能被用在许多特定的实施例中，这些实施例中的每一个代表针对特定装备类型/设置调节的方法的特定技术实施方式。
对于化学清洁方法，实施例通常在清洗溶液与结垢沉积物接触的特定模式以及实现这种模式的相应技术硬件和设置方面不同。应当注意的是，机械清洁方法通常适用于所有可能的结垢沉积物类型，并且仅由于停机时间和装备类型的考虑(某些类型的装备不能被拆卸，或者甚至正在拆卸的装备的特征在于难以触及的区域)而在使用方面被限制。
[0111]
清洁方案
[0112]
结垢沉积物的分类可以用于选择先前被确定可成功去除特定类型的结垢沉积物的化学清洁方法。表1列出了结垢类型的特征和适用的化学清洁方法。
[0113]
表1：各种沉积物的化学清洁方法
[0114]
[0115]
[0116][0117]
各种装备类型的应用
[0118]
适当清洁方法的选择可以取决于hex的配置和材料、特定活性成分的适用性方面的材料限制，而配置决定特定实施例。按照配置，装备可以被划分为两个群组：具有内腔的装备(或多个内腔的装备)和没有内腔的装备。
[0119]
具有内腔的装备
[0120]
内腔是指装备的内部容积，其在结构上与装备的其他部分和外部空间分离，并可以使用任何技术上实现的清洁方法实施例填充有清洗溶液。内腔的特征在于特定的空间构型、入口/出口排气口的定位、排放和空气释放阀、容积和表面积，它们一起确定了优选实施例。
[0121]
具有内腔的装备用于存储液体或气体(容器、罐、储箱)、处理液体或气体(反应器、塔、加热器、热交换器)或运输液体或气体(管道)，其特征在于至少两个排气口的此类装备可以根据其内表面积与内容积的比率(称为s/v)进一步分类。
[0122]
如果s/v值相对较大(》5m-1
)，则沉积物可能占据装备的内腔的大部分，或者甚至完全堵塞其部分中的一些。这种装备的示例是热交换器和长管道系统。假设内腔具有至少两个排气口，在这个装备中，化学清洁优选地通过使用较大缓冲罐的闭环循环实施例来执行，该较大缓冲罐包含大量清洗溶液并允许提供清洗溶液与结垢材料的足够比率。
[0123]
总体设置由循环泵、缓冲罐、过滤单元和连接软管组成。特定情况所需的额外安装可能包括用于alfaperox清洁方法的试剂泵、空气释放阀、不同类型的测量仪表和传感器、冷凝器、用于实施物理增强方法所需的装备。循环泵的输出和排气口回路横截面应确保装备空腔内部的足够的流率。
[0124]
在待清洁的装备被升高到循环泵的位置以上的情况下，应考虑泵输出对静态流体压力的依赖性。只要可能，出口排气口横截面应小于入口的排气口横截面，替代地可以使用较小直径的流出连接软管。在清除过程的某一点，可以通过交换入口和出口排气口之间的连接软管来改变流动的方向，这种技术可以用于去除大块的结垢材料，否则这些结垢材料阻塞内腔的某些区域中的流动。在某些情况下，多个装备单元或其分离的内腔可以在单个循环回路中连接，并同时进行清洁。
[0125]
过滤单元的过滤材料/筛网的选择应防止由大块结垢材料堵塞软管和损坏循环泵。测量仪表组由假定的一组在线控制方法限定。
[0126]
该设置可以以手动或自动模式操作，试剂和循环泵、空气释放阀和循环回路阀可以通过操作系统处理传感器数据来激活和调节。
[0127]
根据结垢沉积物和清洗溶液的具体性质，清洗溶液体积与结垢材料的比例可以在例如3:1至100:1之间变化。为了指定清洗溶液与结垢材料的合理比例，可以考虑以下因素：
[0128]-装备空腔内部的结垢沉积物的量——可以被测量为空腔标称体积和在清除过程前进行的压力试验期间填充空腔所需的实际水体积之间的差值；否则，可以假设结垢材料
包括空腔标称体积的一部分，可以基于历史数据或预测分析做出假设。
[0129]-结垢物质的密度——可以通过水置换法测量。
[0130]-可以由体积单位的清洗溶液溶解的结垢材料的最大量——可以基于结垢组分和相应物质的溶解度数据导出。清洗溶液和结垢材料之间的相互作用可以表示为一组化学方程式。
[0131]-假设的化学相互作用的动力学及其对活性成分的浓度的依赖性——可以通过实验室实验来估计。在某些情况下，需要显著过量的活性成分来达到足够的沉积物溶解速率。
[0132]
在使用给定的缓冲罐容量不能提供清洗溶液与结垢材料的足够的比率的情况下，则清除过程应包括在几个循环周期中替换废弃的清洗溶液。
[0133]
在0.5《s/v《5m-1
的情况下，自由内腔体积与结垢沉积物体积之比足以用于在没有缓冲罐的情况下的清洁方法实施例。清除过程可以通过以下实施例中的任何一个来进行：利用清洗溶液填充内腔，同时随后浸泡并排出废液(在腔只有一个排气口的情况下，这也是唯一的选择)；填充并在两个排气口之间进行外部循环。后一情况使用与闭环循环实施例相同的设置，但是缺少缓冲罐。在清洗溶液不由泵循环的情况下，混合可以由浸没在内腔的底部处的压缩空气的管线提供，替代性地在某些情况下可以使用对流混合。
[0134]
如果s/v《0.5，则自由内腔体积与结垢沉积物体积的比率可能变得过高，从而使得利用清洗溶液填充内腔在经济上不合理。这种情况需要特殊的实施例，其特征在于利用清洗溶液覆盖内腔表面而不完全填充其容积的技术方法。
[0135]
用于大容量储罐的化学清洁方法的特定实施例可以涉及通过指向储罐壁的射流喷射从罐的顶部供应的清洗溶液。具有所溶解的沉积物的溶液向下流动，并且可以通过被放置在罐的底部处的排水出口或泵去除。为了延长溶液与罐表面的接触时间，可以通过聚合物添加剂来增加溶液粘度。替代性地，清洗溶液可以以泡沫形式供应、使用发泡添加剂允许减少填充给定体积所需的清洗溶液的量。可以使用利用清洗溶液的注入的汽蒸。另一实施例可以使用放置在内腔的中间的水填充橡胶气球或多个惰性主体，以便减少其自由体积。
[0136]
无内腔的装备
[0137]
没有内腔的装备不能使用闭环循环进行清洁，这种装备的唯一选择是将整个装备单元或其分离的零件浸没在充填充有清洗溶液的清洁槽中。根据装备单元或其零件的复杂性和几何形状以及清洗溶液与结垢沉积物的比率，可以提供槽中清洗溶液的混合、循环或改变。混合或循环对于更高的清洁率是优选的。可以通过使用机械混合设备、发泡或通过采用连接到清洁槽的循环回路来组织。清洗溶液中进行的气体形成也能有效地混合溶液。清洁过程可以通过采用加热、煮沸或超声波处理来强化。也可以提供利用从供应的经过滤的清洗溶液的水喷射。
[0138]
在选择优选的清洁方法时，应考虑装备的材料——在工艺条件下，装备材料在所选择的清洗溶液中的腐蚀速率不应超过由装备供应商或客户指定的可接受值。
[0139]
化学清洁方法
[0140]
化学清洁方法的特征在于与结垢沉积物接触并且称为清洗溶液的流体工作介质。清洗溶液可以由单独的物质组成，或者也可以由任何数量的物质的混合物组成。清洗溶液本质上可以是胶体。与清洗溶液的清洁效率相关的清洗溶液的特定化学作用有关的物质称
为活性成分。
[0141]
在给定的结垢条件下并且基于结垢性质的数据和清洗溶液性能的历史数据，针对特定装备单元定制的活性成分的特定选择，称为智能方案。
[0142]
化学清洁方法可以被细分为基于结垢物质(或清洗溶液与结垢物质的化学反应产生的物质)溶解的方法和基于结垢物质在清洗溶液中的分散和悬浮的方法。由于结垢沉积物通常在性质上是不均匀的，在实践中很少观察到纯溶解或分散，并且全部清洁方法实际上是两种机制的结合，具有一定程度的溶解或分散的优势。
[0143]
基于结垢物质的溶解的方法包括酸、碱、螯合物和有机溶剂冲洗、碳酸盐-酸蚀变；主要基于分散机理的方法是表面活性剂冲洗和alfaperox。应当注意的是，特定的清洗溶液可能包含涉及几种清洁方法的活性成分，从而使得以下分类在使用中被限制。
[0144]
酸冲洗
[0145]
酸冲洗是基于酸与结垢沉积物的化学相互作用，从而导致可溶性盐的形成的化学清洁方法。用于这个方法的清洗溶液包含酸作为主要活性成分，其他成分可以包括腐蚀抑制剂、表面活性剂、氧化剂或还原剂、螯合剂和润湿剂、相转移催化剂、水溶助长剂等。该方法对于去除碳酸盐和松散的氧化铁垢特别有用和简单。该方法也可以是用于去除由氨基官能有机聚合物或含有可水解官能团的聚合物(例如聚酰胺)组成的有机结垢。该方法对不含酸反应性物质的任何结垢具有有限用途，但是，某些类型的结垢，显著地氧化铁(iii)，可以通过在清洗溶液中使用还原剂(亚硫酸钠、肼盐)进行反应，因此给出了还原性酸冲洗方法。
[0146]
可以采用许多有机酸和无机酸，包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、柠檬酸、草酸、甲磺酸。在一些实施例中，酸的浓度选自：约0.01m、约0.02m、约0.03m、约0.04m、约0.05m、约0.06m、约0.07m、约0.08m、约0.09m、约0.10m、约0.11m、约0.12m、约0.13m、约0.14m、约0.15m、约0.16m、约0.17m、约0.18m、约0.19m、约0.20、约0.3m、约0.4m、约0.5m、约0.6m、约0.7m、约0.8m、约0.9m、约1.0m、约2.0m、约3.0m、约4.0m、约5.0m、约6.0m、约7.0m、约8.0m、约9.0m和约10.0m。
[0147]
酸的选择基于相应的盐的溶解度和装备构造材料对特定酸的耐腐蚀性——因此硫酸不用于含钙和钡的结垢，盐酸不用于含汞的结垢等。某些类型的结垢(矿物和有机性质两者的硫化物和多硫化物)要求强制使用氧化性酸或向清洗溶液中添加氧化剂。在一些实施例中，氧化剂选自高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸锂、硝酸铷、硝酸铯、高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸铷、高氯酸铯、高氯酸镁、高氯酸钙、高氯酸锶、高氯酸钡、过氧化钡、过氧化锶、氧化铜、硫、过氧化氢及其混合物。含有高百分比硅酸盐的结垢可以通过向清洗溶液中添加氟化氢铵来溶解。缓蚀剂基于其对特定酸和建筑材料的效率进行选择。在一些实施例中，缓蚀剂选自六亚甲基四胺、间苯二胺、苯并三唑、二甲基乙醇胺及其混合物。表面活性剂、相转移催化剂、水溶助长剂和湿润剂用于含有一定比例疏水物质的混合结垢沉积物的情况下的配方中。在一些实施例中，表面活性剂选自二烷基磺基琥珀酸金属盐、二烷基磺基琥珀酸有机盐、烷基苯磺酸金属盐、烷基苯磺酸有机盐、silwet-l-5130及其混合物。在一些实施例中，相转移催化剂选自冠醚、鎓盐、穴状配体、聚亚烷基二醇及其混合物。在一些实施例中，润湿剂选自甘油、3-丁二醇、三甘醇、1,6-己二醇、丙二醇、1,5-戊二醇、二甘醇、二丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷及其混合物。在一些实施例中，水溶助长剂选自苯磺酸盐、二甲苯磺酸盐、萘磺酸盐、短链烷基苯磺酸盐、c6-8烷基磺酸盐、c6-c11烷基硫
酸盐、c6-c10烷基二甲基氧化胺和烷基二苯醚二磺酸盐、含有最多10摩尔环氧乙烷的c6-11烷基醚硫酸盐、聚合水溶助长剂、在烷基部分具有平均10个碳原子的烷基多糖苷及其混合物。在结垢沉积物中的高铁含量或存在不溶性碱土金属盐的情况下，可以使用螯合剂。可以使用螯合剂，例如多元有机酸的钠盐或多元有机酸本身(诸如edta)以及亚磷酸的衍生物(诸如ntmp和hedp)。酸冲洗法的缺点包括处理危险的化学物质；腐蚀影响的高风险；复杂的废物管理(废弃的清洗溶液需要在排放前进行中和)以及需要钝化液，这些钝化液用于在清除过程后冲洗装备。
[0148]
碱冲洗
[0149]
碱冲洗是基于碱性物质与结垢沉积物的化学相互作用，从而导致可溶性盐的形成的化学清洁方法。作为活性成分，用于这个方法的冲洗溶液可以含有氢氧化钠、碳酸钠、氨或其盐、胺或具有基本性质/功能的其他有机物质(稍后可称为氨冲洗)。清洗溶液还可能含有表面活性剂、螯合剂、润湿剂、水溶助长剂、氧化剂和有机溶剂等。在一些实施例中，表面活性剂选自二烷基磺基琥珀酸金属盐、二烷基磺基琥珀酸有机盐、烷基苯磺酸金属盐、烷基苯磺酸有机盐、silwet-l-5130及其混合物。在一些实施例中，相转移催化剂选自冠醚、鎓盐、穴状配体、聚亚烷基二醇及其混合物。在一些实施例中，润湿剂选自甘油、3-丁二醇、三甘醇、1,6-己二醇、丙二醇、1,5-戊二醇、二甘醇、二丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷及其混合物。在一些实施例中，水溶助长剂选自苯磺酸盐、二甲苯磺酸盐、萘磺酸盐、短链烷基苯磺酸盐、c6-8烷基磺酸盐、c6-c11烷基硫酸盐、c6-c10烷基二甲基氧化胺和烷基二苯醚二磺酸盐、含有最多10摩尔环氧乙烷的c6-11烷基醚硫酸盐、聚合水溶助长剂、在烷基部分具有平均10个碳原子的烷基多糖苷及其混合物。在一些实施例中，氧化剂选自高氯酸铵、高氯酸钾、硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸锂、硝酸铷、硝酸铯、高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸铷、高氯酸铯、高氯酸镁、高氯酸钙、高氯酸锶、高氯酸钡、过氧化钡、过氧化锶、氧化铜、硫、过氧化氢及其混合物。可以使用螯合剂，例如多元有机酸的钠盐或多元有机酸本身(诸如edta)以及亚磷酸的衍生物(诸如ntmp和hedp)。该方法对于去除具有酸性官能团的有机聚合物特别有用，因为它们被碱电离通常增加它们在包括水的极性溶剂中的溶解度。该方法的另一常见应用涉及去除对碱水解敏感的有机物，最显著地脂类，还有聚酯和聚氨酯结垢沉积物。氨或有机胺冲洗是碱冲洗的亚型，其特征在于清洗溶液的较低的ph值，以及对铝合金和某些垫片材料的降低的腐蚀性。氨冲洗也可能是用于去除含铜沉积物的选择。由于某些有机官能团(羰基、双键、硫化物)需要氧化才能变成酸性，因此清洗溶液可能包含特定的氧化剂(次氯酸钠、高锰酸钾、过碳酸钠或过碳酸铵、过硼酸盐、过硫酸盐)。清洗溶液可以包含润湿剂和极性有机溶剂，以便增加有机聚合物的溶解度或改善其溶解动力学。清洗溶液可以包含表面活性剂以促进水解产物的分散。
[0150]
螯合冲洗
[0151]
螯合冲洗是基于利用螯合剂螯合金属离子的化学清洁方法，其允许溶解相应金属的通常不溶的盐。螯合冲洗是用于主要由碱土金属硫酸盐组成的结垢沉积物的唯一选择，其也可以用于去除氧化铁/硫化物沉积物。用于螯合冲洗的清洗溶液包含螯合剂或其混合物作为活性成分。可以使用任何数量的螯合剂，包括但不限于氨基多羧酸和多膦酸及其盐、硫代羧酸、碳酸氢有机物质。应在考虑结垢沉积物的阳离子组分、相应稳定常数的比较值和各种增效剂组合的动力学研究(增效剂是指化学惰性的、已知提高沉积物溶解速率的一些
阴离子)的情况下进行特定螯合剂的选择。用于螯合冲洗的清洗溶液可以包含酸性或碱性物质，以将ph值调节至特定的最佳水平。冲洗溶液也可以包含有机和无机阴离子作为螯合剂的增效剂；表面活性剂、湿润剂、相转移催化剂和有机溶剂，以促进活性成分在结垢结构内部的递送，并允许其疏水部分分散在冲洗溶液中。在一些实施例中，表面活性剂选自二烷基磺基琥珀酸金属盐、二烷基磺基琥珀酸有机盐、烷基苯磺酸金属盐、烷基苯磺酸有机盐、silwet-l-5130及其混合物。在一些实施例中，相转移催化剂选自冠醚、鎓盐、穴状配体、聚亚烷基二醇及其混合物。可以使用螯合剂，例如多元有机酸的钠盐或多元有机酸本身(诸如edta)以及亚磷酸的衍生物(诸如ntmp和hedp)。在一些实施例中，有机溶剂选自酮溶剂、酯溶剂、醇溶剂、酰胺溶剂、醚溶剂及其混合物。
[0152]
表面活性剂冲洗
[0153]
表面活性剂冲洗是基于水不溶性疏水物质在清洗溶液中的分散/乳化(称为胶束化)和结垢沉积物硬度和延展性的降低(称为再结合剂效应)的化学清洁方法。两种以上提及的机制的结合允许结垢沉积物的结构变得松散，并且通过清洗溶液的流动使其颗粒分离，分离的颗粒保持悬浮在清洗溶液中，并且从装备运输到过滤单元，或者与废清洗溶液一起排出装备。
[0154]
表面活性剂冲洗可用于通过水基清洗溶液去除松散粘附的或液膜疏水结垢。用于表面活性剂冲洗的清洗溶液包含表面活性剂或其混合物作为活性成分，清洗溶液还可以包含酸性或碱性物质、消泡剂、螯合剂、水溶助长剂、有机溶剂作为辅助组分。在一些实施例中，表面活性剂选自二烷基磺基琥珀酸金属盐、二烷基磺基琥珀酸有机盐、烷基苯磺酸金属盐、烷基苯磺酸有机盐、silwet-l-5130及其混合物。可以使用螯合剂，例如多元有机酸的钠盐或多元有机酸本身(诸如edta)以及亚磷酸的衍生物(诸如ntmp和hedp)。在一些实施例中，有机溶剂选自酮溶剂、酯溶剂、醇溶剂、酰胺溶剂、醚溶剂及其混合物。在一些实施例中，消泡剂选自基于脂肪酸或脂肪酸酯的消泡剂、基于硅酮的消泡剂、基于聚氧化烯的消泡剂、基于磷酸三烷基酯的消泡剂及其混合物。在一些实施例中，清洗溶液中可以包括有机和无机酸，包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、柠檬酸、草酸、甲磺酸。在一些实施例中，用于这个方法的冲洗溶液可以含有氢氧化钠、碳酸钠、氨或其盐、胺或具有基本性质/功能的其他有机物质。
[0155]
有机溶剂冲洗
[0156]
有机溶剂冲洗是基于有机物在特定有机溶剂或其混合物中的溶解的化学清洁方法。该方法用于去除主要为有机的结垢沉积物或以较大含量的有机物质为特征的复合结垢沉积物。该方法可以作为用于覆盖有疏水表面膜或由有机聚合物结合的矿物颗粒组成的矿物垢的化学清洁的预处理。用于这个方法的清洗溶液包含有机溶剂或其混合物。由于有机结垢可能由多种有机物质组成，包括在各种有机溶剂中的溶解度方面显著不同的低聚物和聚合物因此应采用用于选择有机溶剂的特殊方法。溶剂筛选可能是选择最合适溶剂的最简单方法，更复杂的技术可能包括估计结垢物质的hildebrand或hansen溶解度参数，并基于其相应溶解度参数与结垢物质的溶解度参数的接近度选择合适的有机溶剂。在没有以目标组溶解度参数为特征的单独的溶剂的情况下，结垢溶解度参数的估计允许设计特殊的溶剂混合物。在后一情况下，可以使用专门设计的软件。清洗溶液也可以包含水、有机可溶性表面活性剂、螯合剂、酸和碱、冠醚、杯芳烃。在一些实施例中，有机可溶性表面活性剂选自二
烷基磺基琥珀酸金属盐、二烷基磺基琥珀酸有机盐、烷基苯磺酸金属盐、烷基苯磺酸有机盐、silwet-l-5130及其混合物。可以使用螯合剂，例如多元有机酸的钠盐或多元有机酸本身(诸如edta)以及亚磷酸的衍生物(诸如ntmp和hedp)。在一些实施例中，有机溶剂选自酮溶剂、酯溶剂、醇溶剂、酰胺溶剂、醚溶剂及其混合物。在一些实施例中，清洗溶液中可以包括有机和无机酸，包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、柠檬酸、草酸、甲磺酸。在一些实施例中，用于这个方法的冲洗溶液可以含有氢氧化钠、碳酸钠、氨或其盐、胺或具有基本性质/功能的其他有机物质。
[0157]
碳酸盐-酸蚀变
[0158]
碳酸盐酸蚀变清洁方法是指利用碳酸盐和一次或以交替方式施加的酸清洗溶液连续处理结垢沉积物。根据结垢沉积物的性质，这种方法可能涉及两种不同的机制——碳酸盐溶液和其他不起反应的结垢沉积物之间的离子交换，或者发出二氧化碳气泡的机械作用。
[0159]
在第一情况下，该方法专门用于去除由碱土金属硫酸盐形成的矿物垢。该方法基于结垢沉积物表层中硫酸根和碳酸根阴离子的平衡交换。利用碳酸盐取代硫酸盐允许碳酸盐取代层后续直接溶解在酸清洗溶液中。由于该方法的每个循环仅去除结垢沉积物的薄层，对于厚的结垢沉积物，该方法可能相对耗费时间和材料。
[0160]
在第二情况下，碳酸盐-酸蚀变用作alfaperox方法的替代性方法，并可以用于去除机械不稳定的非反应性结垢，诸如石油焦沉积物。在这种情况下，驱动力依赖于气体析出。发出的二氧化碳的惰性允许在氧敏感或爆炸性环境中使用该方法。
[0161]
用于碳酸盐酸蚀变清洁方法的酸性清洗溶液可以由比碳酸更强且可以与碱土金属形成水溶性盐的任何酸组成，附加地其可以包含腐蚀抑制剂。碳酸盐清洗溶液可以由碳酸钠、碳酸钾或碳酸铵制成，并且可以附加地包含表面活性剂和消泡剂。
[0162]
alfaperox清洁方法
[0163]
alfaperox清洁方法(也称为过氧化物清洁法)是结合物理和化学驱动力的非常规清洁方法。alfaperox清洁方法的基础是过氧化氢的分解导致氧气泡的形成，在一定条件下，这些氧气泡可以施加足够的力来粉碎和分散结垢沉积物的结构。大量气体析出的附加益处可能由气泡的浮选效应导致，以这样的方式这可以促进疏水性颗粒的分散。除了与气体析出有关的影响之外，对于某些结垢物质，过氧化氢可以作为氧化剂。某些铁硫化物的氧化可能导致可溶性硫酸亚铁的形成，某些有机物质也容易氧化、伴随着其他的不溶性分子的溶解。由过氧化氢的放热分解导致的局部温度的升高也可能有利于结垢溶解中涉及的化学反应的动力学。该方法对于分散机械不稳定的结垢沉积物是有效的，并且可以是非反应性结垢材料的唯一选择。由于alfaperox清洁方法的主要驱动力是气体气泡的膨胀，因此对于具有极其狭窄的通道的严重结垢装备(诸如板式热交换器)尤其有效；在这种情况下，依靠清洗溶液流动的常规化学清洁方法可能是无效的，因为液体流动趋向于沿着阻力最小的路径，从而使结垢最严重的区域不受影响。用于alfaperox清洁方法的清洗溶液可以包含预混合的过氧化氢作为主要活性成分，但是在大多数情况下，过氧化氢是分离地注射的，这就是为什么清洗溶液可以仅被认为是用于清洁过程的溶剂和介质。根据具体实施例，过氧化氢可以注射到循环或静止的清洗溶液中，可以应用位于循环回路的不同部分的单个或多个注射点。清洗溶液可以包含过氧化氢分解的催化剂和抑制剂(提供这种催化剂的各种形式
和实施例在下一小节中涵盖)、碱、酸、表面活性剂、湿润剂、螯合剂、消泡剂和有机溶剂。在pct/ru2017/05005和pct/ru2018/050154中描述了alfaperox清洁方法，这两个专利的全部内容通过引用整体并入本文。
[0164]
过氧化氢的分解
[0165]
除了上一节中讨论的结垢沉积物的性质和各节中讨论的其他活性成分的存在，alfaperox清洁方法的效率和安全性取决于过氧化氢分解的速率和局部化。缓慢的过氧化氢分解速率不能确保形成足够量的氧气泡，并且可能对结垢沉积物的分解没有效果，另一方面，极高的分解速率可能导致过多的泡沫或压力急剧增加，以及对被清洁的装备的损坏。由于在方法的实际实施例中，许多因素影响清洁的结果，最显著地被清洁的装备的配置和特定结垢沉积物的敏感性，所以不能将特定范围的速率常数分配给分解反应来预测其效率。过氧化氢分解的速率随着温度、过氧化氢浓度和ph值而增加，但是影响速率的最重要因素是催化剂的存在。在包括高ph值(清洗溶液中存在强碱)和高温的特定条件下，过氧化氢的分解可以在没有任何催化剂的情况下以足够的速率进行。在低温和ph值(酸性和中性介质)下，过氧化氢的分解需要某种催化剂来进行。应该以足够的浓度提供催化剂，以便确保足够的分解速率。理论上，可以使用对于其与过氧化氢分解相关的催化活性已知的任何物质。过渡金属的化合物和离子、碘化物阴离子和许多酶(包括过氧化氢酶)可以用作催化剂。特定催化剂的选择受经济和环境因素的影响并受其与清洗溶液的其他成分和待清洁的装备的结构材料的相容性的影响。催化剂可以以溶液或悬浮液的形式供应，催化剂也可以由其前体原位生成。催化剂可以在清洗溶液中供应，或者在清洁过程的任何阶段分离地添加/注入。催化剂可以一次或以任何数量的部分添加到清洗溶液中，催化剂可以被添加到缓冲容器中或注入在清洁回路的入口管道中。在某些情况下，催化剂可以在来自结垢沉积物的清洗溶液中供应(例如，铁或锰离子可以通过酸从氧化铁沉积物中浸出)，并且因此不需要提供附加催化剂。在需要的情况下，金属离子催化剂的催化活性可以通过添加螯合剂来抑制，从而允许减缓该过程。
[0166]
关于alfaperox清洁方法的效率的另一问题是过氧化氢分解的定位，其可以被细分为两个部分：在清洁回路的垢处——其是指发生过氧化氢的活性分解的清洁回路体积的特定区域(实际上，其在保持足够浓度的催化剂和过氧化氢的清洁回路的任何部分处进行)。显然，最佳操作模式要求过氧化氢分解在待清洁的装备内部的局部化，在清洁回路的其他区域分解的任何量的过氧化氢都应被视为浪费。微尺度水平的过氧化氢分解的定位是指在结垢沉积物的表面或孔内直接分解的过氧化氢的比率。
[0167]
在一些实施例中，alfaperox清洁方法的特征在于，过氧化氢的催化分解不仅发生在待清洁的装备的目标区域处，而且发生在整个清洁回路容积中。在一些实施例中，催化剂被封装在柔软的气体填充凝胶胶囊中，该胶囊可以通过清洗溶液的压力的急剧增加而在溶液中被压碎和排空，并且可以用于使过氧化氢的分解局部化。在一些实施例中，催化剂被封装在由温度敏感材料制成的胶囊中。调制清洗溶液的压力或温度从而允许在特定时间点或在清洁回路的特定区域激活过氧化氢的分解。为了将过氧化氢的分解局部化在结垢沉积物的表面上，需要对结垢沉积物材料具有高亲和力并因此可以被吸附在这些沉积物的表面处的特殊催化剂。
[0168]
氧化冲洗
[0169]
氧化冲洗是指依赖于结垢物质的氧化作为结垢沉积物的溶解后的主要驱动力的化学清洁方法。氧化冲洗可以应用于易受与水溶性产物形成相关联的液相氧化影响的结垢沉积物，最值得地，它适用于去除硫化铁和某些类型的不饱和有机化合物。氧化冲洗是涉及去除自燃残留物的情况下的唯一选择，这种特殊情况称为去污。用于氧化冲洗的清洗溶液包含强氧化剂作为主要活性成分。可以使用过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸钠、硝酸、重铬酸钾和其他强氧化剂。清洗溶液还可以包含酸、碱、螯合剂、表面活性剂、润湿剂、腐蚀抑制剂。在一些实施例中，表面活性剂选自二烷基磺基琥珀酸金属盐、二烷基磺基琥珀酸有机盐、烷基苯磺酸金属盐、烷基苯磺酸有机盐、silwet-l-5130及其混合物。可以使用螯合剂，例如多元有机酸的钠盐或多元有机酸本身(诸如edta)以及亚磷酸的衍生物(诸如ntmp和hedp)。在一些实施例中，清洗溶液中可以包括有机和无机酸，包括但不限于盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、乙酸、甲酸、氨基磺酸、柠檬酸、草酸、甲磺酸。在一些实施例中，用于这个方法的冲洗溶液可以含有氢氧化钠、碳酸钠、氨或其盐、胺或具有基本性质/功能的其他有机物质。在一些实施例中，缓蚀剂选自六亚甲基四胺、间苯二胺、苯并三唑、二甲基乙醇胺及其混合物。在一些实施例中，润湿剂选自甘油、3-丁二醇、三甘醇、1,6-己二醇、丙二醇、1,5-戊二醇、二甘醇、二丙二醇、三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷及其混合物。
[0170]
化学清洁方法的组合
[0171]
本节介绍连续应用的基本化学清洁方法的组合。与不同清洁方法相关的活性成分在一种清洗溶液中的组合并不总是可能的，并且拥有其各个组分的组合效率，对于非极性有机溶剂与水基清洗溶液的组合来说，这种情况尤其突出。需要连续应用不同的化学清洁方法是由于通常发现的结垢沉积物的不均匀性导致的，因此每种方法用于去除结垢的特定部分。替代性地，某些组合可能依赖于第一阶段中结垢物质的化学转化，从而使其易于在第二阶段中进行特定种类的处理。表2列出了根据主题技术的各面的清洁方法组合的示例。
[0172]
表2：各种沉积物的化学清洁方法
[0173]
[0174][0175]
增强的化学清洁方法
[0176]
增强的化学清洁是指同时采用基本化学清洁方法和应用于清洗溶液的各种物理处理。这种物理处理可以包括溶液流动的方向方面的脉动和变化；气体注射、超声波处理；利用与清洗溶液一起递送的固体的洗涤作用(微清管)；将清洗溶液冷却到零下温度；清洗溶液的加热和煨煮/煮沸。利用物理处理增强化学清洁方法可以导致其效率的显著增加，协同作用可以通过结垢中新形成的裂缝和破裂的倍增效应(其增加了反应动力学中的表面因子)来解释。已知温度和超声波直接影响化学反应的速率。在适当的条件下并且在安装了所需的设置的情况下，可以同时应用多种增强清洁方法。增强的方法对于机械不稳定的结垢特别有效。具体的物理治疗及其应用将在以下章节中讨论。
[0177]
流动畸变
[0178]
流动畸变是指基于由流速和方向的快速变化导致的空化、不稳定流态和轻微水力冲击的影响的增强方法的群组。不稳定的流动对于相对大块的结垢沉积物的脱离可能是有效的，重复的水力冲击可能导致结垢材料中的破裂，并且空化可能在微观水平上增加清洁效率。通过在循环回路中安装特殊的机械设备可以引起流速和方向的反复快速变化。这种方法的缺点是需要使用特殊设备，以及由液压冲击引起的机械装备故障的增加的风险。
[0179]
气体注入
[0180]
气体注入是指基于发出的气体气泡的浮选和破裂效应的增强方法的群组。这些方法应区别于化学清洁方法的相应章节中覆盖的纯化学气泡生成方法。足够量的所注入的气体可能导致气流畸变以及上一节中覆盖的相关联的影响。压缩空气、氮气或二氧化碳可以用作气体气泡源。该方法的实施例包括在循环回路的入口区段简单注射加压气体，或使用分离的加压室将气体溶解在清洗溶液中，并使其通过安装在回路的入口区段的节流阀，以允许压力下降并释放装备腔中的所溶解的气体。后一实施例允许气泡更好地递送到结垢沉积物的表面，该表面用作过饱和气体溶液的成核位点。另一实施例可以依靠安装在装备腔的底部区段的压缩空气/氮气管线。该方法的缺点是需要气体供应、循环回路的更复杂的设置、以及由离心泵的过度起泡和气体界限导致的可能的复杂性(离心泵的气体界限是涉及清洗溶液中的气体析出的所有清洁方法的共同问题)。
[0181]
微清管
[0182]
微清管是指使用与清洗溶液一起递送的各种固体物体以洗涤装备的内表面的清洁操作。虽然传统清管物(在管道工业中，清管物指的是沿着管道向下递送并以类似于活塞的方式由管道中的产品流的压力被推动的特殊设计的工具)的使用仅限于大直径的运输管道，但是如果所选择的物体的大小和形状以及清洗溶液流率允许它们通过装备腔的狭窄区域，则可以普遍使用微清管。用于微清管的物体(以下称为清管物)可以由硬的固体材料或软的弹性聚合物制成，这些弹性聚合物允许清管物的一定变形；称为冰清管的这种方法的具体实施例利用以特殊配制的冰水浆料递送的小冰颗粒。固体清管物的潜在清洁效率取决于其擦洗结垢材料的颗粒的能力，因此固体清管物可以以其特征在于尖锐的边缘和/或倒钩以集中所施加的压力的各种形状设计(在弹性结垢沉积物的情况下，倒钩清管物不可能
擦洗结垢物质颗粒，但是它们仍然可能在其表面上留下划痕，这反过来增加了表面积并有利于清洗溶液在沉积物内部的扩散)。软的弹性清管物对于从狭窄通道(诸如管壳式热交换器的管道)去除结垢有效，在这些通道中，这些清管物可以像传统的大规模清管物一样被挤压在内部，并由清洗溶液流推动。最实用的是将弹性清管物制成球形形成以适应管道的横截面。尽管所有清管物类型的效率很大程度上取决于其与溶液流率相关的动能，但弹性清管物的效率尤其取决于与清管物的弹性的最佳水平相结合的溶液流率，这允许与管壁保持稳定接触，同时最小化管道堵塞的风险；这个事实使得软清管物大小的选择至关重要。该方法的具体实施例是由聚合物泡沫制成的球形弹性清管物，并且其特征在于具有被设计成增强擦洗效果的硬突起或金属内含物的表面。微清管方法的缺点包括：
[0183]-实际上不可能在装备的全部受影响区域中维持足够的流率，以及装备腔的《死》区中堵塞和清管沉积物的相关风险；
[0184]-在其到装备的递送时，与泵送经清管的溶液相关的技术复杂性。可以使用专门设计的清管捕集器和喷射器。
[0185]
关于使用微清管作对基本化学清洁方法的增强，应该解决以下问题：
[0186]-基于结垢硬度评估的擦洗效果的预期效率；
[0187]-用清洗溶液的清管物材料的相容性；
[0188]-清管物密度与清洗溶液比重的比率。
[0189]
如果所有其他条件有利，则微清管增强对特征在于低于清管物的硬度值的硬度值的结垢沉积物有效(对管壳式热交换器使用软清管物除外)。为了促进清管物在清洗溶液中的均匀分布并将清管物在装备中沉积的风险降至最低，清管物的总体密度应略高于清洗溶液的密度。除了下面讨论的特殊实施例之外，在溶解度和腐蚀速率方面，清管物应该与清洗溶液相容。
[0190]
与其在化学清洁中的使用相关的微清管的特定实施例包括使用呈单晶体、薄片、颗粒状物、金属屑等的形式的微粒物质，其可以充当清管物并在一定时间后溶解在清洗溶液中。另一具体实施例可以涉及旨在溶解在清洗溶液中的任何具体形状的实际清管物。根据特定的实施例，一次性清管物在清洗溶液中的溶解可以沿着正常的循环周期逐渐进行，或者由特定的因素(诸如清洗溶液组分或温度方面的变化(或者清洗溶液的完全更换))触发。一次性清管物可以由包括产生气体的物质在内的活性成分制成，溶解在酸性介质中的金属屑可以用于在清洗溶液内产生还原环境。使用一次性清管物没有装备中堵塞和清管物沉积的风险，并且允许将物理增强方法结合到清洗溶液的现场制备和定制的计划中。
[0191]
超声波处理
[0192]
超声波处理是指使用超声波振动来破坏结垢沉积物、将它们从装备表面脱离并强化清洗溶液中的化学反应的各种增强技术。该方法的各种实施例的不同之处在于超声换能器在循环回路中的具体位置，换能器可以内放置在装备腔的入口处、装备腔的外壁的不同位点上、或者它们可以放在装备腔内部。换能器在数量和所产生的超声波的频率方面也可以变化。依靠在装备外壳中激发共振的超声波处理的特殊实施例目前被称为流体动力学。
[0193]
加热
[0194]
清洗溶液的加热可以用于提高活性成分和结垢材料之间的化学反应的速率，以及增加结垢材料/活性成分/反应产物的溶解度。升高的温度的可能有助于增加的效率的附加
益处包括清洗溶液的较低粘度和表面张力，这允许结垢沉积物的更好润湿和浸泡。对于一些热塑性结垢材料，升高的温度可能导致液化。除了少数例外(最显著地硫酸钙垢的溶解)，对于所有类型的结垢沉积物，清洁效率与清洗溶液温度成正比。加热的缺点包括酸性和碱性清洗溶液的腐蚀性增加、有机溶剂的增加的蒸气压，这可能造成潜在的健康和火灾风险。用于加热溶液的能量可以由安装在缓冲容器中的电加热器供应，或者由在被清洁的热交换器的相对轮廓中递送的加热介质供应。在增强的酸冲洗方法的具体实施例中，用于加热的热能可以通过在水基清洗溶液中滴加浓硫酸来提供(也可以使用其他放热化学反应)
[0195]
煨煮和煮沸
[0196]
清洗溶液的煨煮是指将装备内部的清洗溶液加热至略高于其沸点。这种处理可以专门用于热交换装备，该热交换装备允许清洗溶液和加热介质在同一装备单元的相对轮廓中同时循环。在这种情况下，加热介质指的是在与被清洁的轮廓相对的轮廓中供应的热液体或蒸汽。清洗溶液的煨煮甚至比加热更有效，因为在保留上一节中讨论的升高的温度的所有益处的同时，其还涉及发出蒸气气泡的类似于alfaperox方法中氧气气泡的机械作用的机械作用。而且，如果结垢沉积物对清洗溶液有些渗透性，煨煮允许将蒸气汽泡的作用集中在与热传递表面直接相邻的结垢层上，因为这些是热能通过其递送给清洗溶液的装备的部分。结垢沉积物下的蒸气压力的集中(其也作为气泡的成核位点)允许它分裂和使得相对大块的结垢物质脱离，从而显著减少处理时间。该方法的缺点包括更复杂的设置、对用于供应加热介质的功率源的需要、以及由于处理沸腾的清洗溶液而导致的多种技术复杂性。用于煨煮增强方法的合适的清洗溶液应该包含至少一种低沸有机溶剂，优选地为二氯甲烷，它还可以包含有机可溶性表面活性剂、氧化剂等。加热介质可以由蒸汽、热水、乙二醇水溶液或特殊的导热油表示。在该方法的特定实施例中，在升高的压力下在密封的相对轮廓中循环的相同的二氯甲烷基清洗溶液可以充当加热介质。在这种情况下，对所使用的清洗溶液加压允许简单地交换要清洁并要用于功率供应的轮廓。该方法的另一具体实施例可以使用由稍微过热的清洗溶液的方面压力的急剧下降触发的闪蒸——在这种特殊情况下，装备腔内部的蒸气体积的急剧增加可能导致相对大块的结垢材料的脱离和排出。可以在装备轮廓的出口处使用冷凝器，以防止溶剂蒸气释放到大气。
[0197]
冷却
[0198]
清洗溶液的冷却可以专门用于将弹性结垢材料冷却至其玻璃化转变点以下。已知相应的相转变显著降低聚合物材料的塑性，并使它们易受机械应力的影响。结垢材料的脱离的附加驱动力可能来自结垢和装备构造材料之间的热膨胀系数方面的差异。该方法可以与其他增强技术(诸如微清管和超声波处理)结合使用。上面讨论的冰清管可以被认为是这样的组合。许多聚合物的低玻璃化转变点需要使用特殊的配方：清洗溶液可以由已知的冷却混合物(诸如氯化钙或硝酸铵的水溶液或冰水浆料)或含有液氮或固体二氧化碳与有机溶剂的混合物。在这种情况下，由于吸热反应或组分的固有低温，温度会自然下降，因此不需要清洗溶液的冷却的附加设置。另一具体实施例可以包括在绝热循环回路中使用特别设计的冷却区段。又一实施例可以包括在拆除的管束上喷射液氮或其混合物。管直径收缩、结垢材料的玻璃化和所导致的裂纹内部的沸腾氮气的膨胀的组合可以有效地从管的表面使结垢沉积物脱离。
[0199]
预处理
[0200]
预处理是指在实际使用化学清洁方法之前，对结垢沉积物应用的机械或物理处理。预处理的使用允许能够或有助于将清洗溶液递送装备的难以到达的区域(最显著的是管壳式热交换器的完全堵塞的管)或/和结垢沉积物的结构内部。
[0201]
水力喷射
[0202]
水力喷射是指使用高压水射流破坏和分散结垢沉积物，水力喷射是使清洗溶液通过管壳式热交换器的完全堵塞的管道的唯一选择，在没有这种预处理的情况下，任何化学清洁方法不能在合理的时间限制内产生足够的结果。水力喷射也可以用于壳侧，以促进清洗溶液循环通过严重结垢的管束。水力喷射的具体实施例可以包括使用清洗溶液代替水，在某些情况下，全部清洁操作可以限于这种处理。
[0203]
汽蒸
[0204]
汽蒸是指利用蒸汽流将热能和热水递送至装备腔的内表面的各种技术。在最简单的情况下，蒸汽流可以用作预处理，以加热和润湿结垢沉积物，并引起结垢材料的与热应力和与热蒸汽相互作用产生的物理化学变化相关联的机械畸变。另一技术利用空气-蒸汽混合物，该混合物可以与碳质结垢发生化学反应，从而产生气态产物。另一技术是在工作炉盘管内快速喷射高速蒸汽。最值得注意的是，这种预处理被证明对于从炼油厂炉盘管和延迟焦化器单元中去除焦炭沉积物(并且分别被称为空气-蒸汽除焦和在线剥落)是有效的。蒸汽流也可以被用作用于递送化学清洁中使用的活性成分的载体介质，这通常通过在装备的入口处将清洗溶液注入到湍流蒸汽流中来实现。清洗溶液的所导致的微液滴被有效地递送到装备的整个内表面，并允许将化学清洁方法应用于大型装备单元，其中采用循环回路实施例可能需要大量的清洗溶液。因此，利用清洗溶液注入进行的汽蒸也可以被认为是增强化学清洁方法的具体实施例。
[0205]
包括清洁溶液的化学组分、多个清洁步骤的选择和排序、以及清洁步骤的持续时间的选择特定的清洁方案可以基于根据在不同持续时间内测试不同化学组分的结垢样品所捕获的数据、基于根据化学溶液和结垢沉积物的性质的模拟结果等。
[0206]
在线控制
[0207]
清洁过程的在线控制是指与清洁终点的准确标识以及清除过程的实时动态相关的一组特定的预定措施。清除过程指的是装备清洁的主动阶段，即在特定实施例中对特定装备实际应用清洗溶液。热交换器清洁的在线控制期间收集的数据也用作单个热交换器轮廓和相关的预测分析的输入数据。
[0208]
根据具体情况，在线控制可以包括以下动态的测量：
[0209]-被清洁的装备的入口和出口之间的表压梯度；
[0210]-缓冲容器中的清洗溶液的液位(其液位的变化可能对应于装备的自由体积方面的变化，该自由体积的变化又与所溶解的结垢沉积物的量有关；
[0211]-比重、ph值、透光率、浊度、电导率、折射率、放射性和清洗溶液的与结垢物质的浓度相关的其他物理性质；
[0212]-特定标记物质或离子的浓度，其反映了活性成分消耗、特定结垢材料的积聚或清洁过程的整体进程。
[0213]
用于获得上述数据的方法和技术的持续时间应足够短，以便能够进行操作调节和停止清除过程。
[0214]
一旦达到饱和点，则根据来自与预测的清洁效率相结合的单个热交换器轮廓的预期，或者完成清洁过程、或者由于活性成分的耗尽而应更换清洗溶液。在某些情况下，基于预测分析和/或动力学研究的清除过程的最佳持续时间可能低于根据在线控制测量实现饱和点所需的时间——这意味着在控制参数的某个最佳水平下甚至在达到饱和水平之前，清除过程应该完成或者清洁溶液应该被替换。
[0215]
只要可能，应实施在清洁过程之前、期间和之后的结垢样品的收集，因为结垢组分数据的精确数字化允许基于预测分析缩小清洁参数方面的不确定性。
[0216]
腐蚀问题
[0217]
由于装备的腐蚀造成严重的安全和可靠性风险，因此应在实际清除过程之前和之后两者对其进行彻底评估。与经受化学清洁的特定装备单元相关的腐蚀风险管理包括以下操作：
[0218]-装备中使用的建筑材料的标识
[0219]-特征在于升高的腐蚀风险的特殊区域(如对接焊缝)的标识
[0220]-清洁条件下可能出现的电偶的标识
[0221]-收集与单元的操作和维护历史相关的数据
[0222]-可接受的风险水平(以统一腐蚀率和其他数值表示)的标识
[0223]-考虑到腐蚀风险因素的合适的(多个)清洗溶液的开发
[0224]-在指定温度下存在实际结垢沉积物的情况下，所选择的(多个)清洗溶液中的装备构造材料的腐蚀测试，必须被评估的腐蚀的类型应基于相关材料的腐蚀特性的具体类型
[0225]-使用放置在循环回路中的试样的实际均匀腐蚀率的在线控制。
[0226]
操作成本
[0227]
回到图2，基于所选择的清洁方案和结垢功能，确定与根据多个不同的清洁计划多次执行清洁过程相关联的操作成本(框s204)。
[0228]
所确定的结垢函数可以用于产生结垢水平预测(fouling level forecast，flf)以及结垢材料的性质和用于操作该过程的生产规划。flf提供了对pht的未来状态及其操作特性的展望，关注未来结垢情况及其对生产效率的影响。
[0229]
为了建立准确的结垢水平预测，可以结合历史气候数据和气候预测，因为结垢函数可能对外部温度做出反应。结垢水平预测准确性也可能取决于用于产生结垢水平估计和结垢表征的方法。
[0230]
根据主题技术的方面，可以使用两种方法来生产flf：(i)回归分析，其是用于估计因变量(结垢水平)和自变量之间关系的一组统计过程；以及(ii)人工神经网络(ann)，一种用于在给定历史输出和输入而无需编程的情况下提供输出(结垢水平)的方法。在有大量可用数据的情况下，ann可能生成比回归分析更好的结果。然而，ann的权重可能无法被解释。另一方面，回归分析可以递送更多可解释的结果，并且可以在缺少分析数据时应用。尽管可以进行测试来比较这两种方法以标识更好的结果，但是无论使用什么方法，可以实施认知清理框架。ann方法具有长期优势，因为它从以前的实施方式中学习并且不带有人为偏见。
[0231]
结垢水平预测可以随着更多数据而定期更新，并且用于在采购、经济评价和方案规划中做出临时决策。在审查时，实际数据可能会针对预测数据进行交叉核对。应该评价较大的差异，应该解释异常情况，并根据发现更新模型。
[0232]
根据其功能角色，认知清洁框架内存在几种不同类型的flf审查：每周预测；每月预测；每季度预测；以及每年预测。每周预测审查可以用于跟踪结垢计划/实际值的每周变化，以确保pht单元操作。每月、每季度和每年预测可以用于预算目的，从而在智能调度过程内根据成本和时间转换结垢水平预测。
[0233]
成本展望
[0234]
与pht的操作相关联的成本展望可以是经济参数的现实化，并且包括实际pht运行成本、清洁过程成本、以及由于能源使用效率方面的提高的效率、排放货币化等引起的成本方面的降低。成本展望可以基于每月、每季度和每年的结垢水平预测、提供对关于当前和未来经济状态的分析报告的访问的开源数据、或从专业咨询公司获得的数据来准备。
[0235]
出于认知清洁框架的目的，成本展望可至少提供以下信息：
[0236]-工厂中使用的燃油的价格；
[0237]-要使用的燃油的量(基于生产规划和结垢水平预测)；
[0238]-pht单元的加权运行成本(相对权重被计算为单位热交换器表面与总pht表面之比)；以及
[0239]-以劳动力、化学品和持续时间表示的清洁成本，指示需要拆卸pht单元。
[0240]
认知清洁框架可以使成本展望保持最新并尽可能准确，以提高性能。成本展望可以使用现有的合同布置。成本展望结果可能包括在各种场景下运行pht的经济和环境成本。
[0241]
清洁计划
[0242]
可以使用不同的计划模拟操作工业过程，以使用所选择的清洁方案执行清洁过程。可以使用所确定的成本展望和结垢水平预测来执行模拟。对于执行清洁过程，计划可能具有不同的间隔。间隔可以是许多天、许多周、许多月或一些其他时间间隔。
[0243]
对于每个模拟运行，确定与根据计划中的一个操作工业过程并且执行清洁过程相关联的成本的净影响。除了以上概述的成本展望，净影响还可能考虑到改善的热能回收、co2排放货币化、pht中使用的泵的负荷降低、以及根据计划执行清洁过程所导致的生产概况方面的改善。例如，提高工业过程的效率可以减少燃料的消耗，并且减少co2排放。这种减少可以通过减少被购买的碳排放信用额的数量或者允许出售未使用的碳排放信用额而在碳排放配额市场中货币化。
[0244]
图9为示出使用具有从1周直到26周变化的间隔的清洁计划对操作成本的净影响(以美元为单位)的曲线图。如上所述，主题技术不限于周间隔，并且可以使用其他类型的间隔。根据主题技术的各方面，最大清洁间隔可以基于结垢沉积物的特征来确定。例如，结垢沉积物的老化可能增加沉积物的复杂性，如图8所示。取决于hex内的形成沉积物的表面的性质，某些复杂性可能难以去除或可能损坏hex内的表面。例如，基于结垢函数和老化性质，26周后的结垢沉积可能损坏hex的表面，并且因此对于模拟可以使用26周的最大间隔。
[0245]
如图9所示，使用1周、2周、25周或26周的间隔的净影响对操作成本是负面的。替代性地，7周、8周或9周的间隔具有最高的正净影响，其中8周是最高的。返回图2，可以选择具有8周间隔的清洁计划(框s206)。图10是描绘使用所选择的清洁计划作为pht的智能维护操作的一部分的正净效果的另一代表的曲线图。
[0246]
所选择的清洁方案和清洁计划可以是用于模拟对操作成本的净影响的个性化清洁曲线(pcp)的一部分。个性化清洁曲线可以使用所有可用信息(包括来自iot平台的传感
器数据)对实际周围环境中的pht清洁进行建模。
[0247]
pcp可以在在线或离线模式下部署，即，具有实时或建模数据。来自虚拟仪表板的指示可以与实际传感器数据进行比较，以标识和评价可能的异常情况。通过将结垢函数和结垢特征的各种参数与相对应的成本展望相结合，pcp允许对清洁方案进行建模，以产生边界条件、成本和环境影响等方面的结垢相关惩罚。
[0248]
在一些实际情况下，由于结垢函数不是线性的，当结垢开始累积到超过通过pcp限定的某个阈值水平时，可以对pht单元的快速清洁。例如，当相对热传递效率已经下降到75％时，如图10的曲线图所示。在达到这样的阈值水平之后，结垢沉积过程可能加速，并且结垢可能变得更加复杂，并且在pht单元内占据更多的体积，这使得清洁过程过于复杂并且其相应地变得更加昂贵。例如，堵塞pht管内的流体流动的结垢使软清洁(没有pht单元拆卸的清洁)变得不可能。这种情况可能需要复杂的单元机械拆卸和损害pht单元的内表面的清洁过程。阈值水平也可以取决于热交换器储备表面的温度。当相对应的pht储备表面耗尽时，引起耗尽储备的风险。在这种情况下，进一步清洁可能影响生产，因为旁路选项变得无效。清洁的任何时间损失意味着用于生产的时间损失，从而成指数地增长成本结垢惩罚(这对于工厂管理来说是绝对不可接受的情况)。
[0249]
清洁过程
[0250]
返回图2，可以根据所选择的清洁计划使用所选择的清洁方案对处理装备(hex)执行清洁过程(框s208)。图11为示出根据主题技术的各方面的用于执行清洁过程的清洁系统1100的示意图。本主题技术不限于图11中描述的部件的数量或类型，也不限于图11中描绘的部件的布置。
[0251]
如图11所描绘的那样，清洁系统1100包括罐1102和1104、泵1106、1108和1110、缓冲容器1112、过滤器1114和排放口1116。清洁系统1100的部件可以布置在滑轨上，该滑轨可配置为连接到hex 1200的入口和出口。入口和出口可以是hex的冷侧流动路径或热侧流动路径的一部分。例如，清洁系统1100可以连接到hex 1200的壳侧入口和壳侧出口。清洁系统1100的部件可以连接到控制系统，该控制系统被配置为根据所选择的清洁方案和清洁计划来操作部件以执行清洁过程。控制系统可以包括诸如图12中描绘的那些的部件，并执行指令序列以使用清洁系统1100的部件执行清洁过程。
[0252]
罐1102和1104可以包含用作清洁方案的一部分的化学组分。泵1106可以被配置成将存储在罐1102中的化学组分直接泵送到连接到hex 1200的循环管线中。泵1108可以被配置为将存储在罐1104中的化学组分泵送到缓冲容器1112中，以根据清洁方案利用被供应到缓冲容器1112中的水或另一物质稀释。泵1110可以被配置成将经稀释的溶液从缓冲容器1112泵送到循环管线中，以使溶液循环通过hex 1200。循环管线也可以穿过过滤器1114，该过滤器可以被配置成通过使溶液循环通过hex 1200来捕获从hex 1200中去除的结垢沉积物。过滤器1114可以是筒式过滤器或另一类型的过滤器。排放口1116可以被配置为被打开以从循环管线中排出溶液。
[0253]
可以对pht 100中的每个hex执行前述过程，并可以为每个hex选择/确定单独的清洁方案和清洁计划。替代性地，可以使用相应的清洁方案为多个hex确定共同的清洁计划。
[0254]
可以以预定计划或响应于数据方面的变化重复上述过程。例如，结垢特性方面的改变可能需要新的清洁方案，这可能影响对操作成本的估计。因此，在分析了在先前的清洁
过程期间被去除的结垢沉积物之后，响应于确定结垢特性已经改变，可以重复这些过程。附加地，经济和环境因素也可能随时间而变化，这影响操作成本和操作处理装备的净影响。因此，本文描述的过程的先前执行期间使用的经济和环境因素的定期检查可以触发另一轮过程以反映经更新的信息。
[0255]
电子系统
[0256]
图12示出了可以实施主题技术的一个或多个实施方式的电子系统600。电子系统600可以包括各种类型的计算机可读介质和用于各种其他类型的计算机可读介质的接口。电子系统600包括总线608、一个或多个处理单元612、系统存储器604(和/或缓冲器)、rom 610、永久存储设备602、输入设备接口614、输出设备接口606和一个或多个网络接口616，或者它们的子集和变型。
[0257]
总线608共同代表通信连接电子系统600的众多内部设备的所有系统、外围设备和芯片组总线。在一个或多个实施方式中，总线608将一个或多个处理单元612与rom 610、系统存储器604和永久存储设备602通信连接。从这些各种存储器单元中，一个或多个处理单元612检索要执行的指令和要处理的数据，以便执行本主题公开的过程。在不同的实施方式中，一个或多个处理单元612可以是单处理器或多核处理器。
[0258]
rom 610存储电子系统600的一个或多个处理单元612和其他模块所需的静态数据和指令。另一方面，永久存储设备602可以是读写存储器设备。永久存储设备602可以是即使在电子系统600关闭时也存储指令和数据的非易失性存储器单元。在一个或多个实施方式中，大容量存储设备(诸如磁盘或光盘及其相对应的磁盘驱动器)可以用作永久存储设备602。
[0259]
在一个或多个实施方式中，可移动存储设备(诸如软盘、闪存驱动器及其相对应的磁盘驱动器)可以用作永久存储设备602。像永久存储设备602一样，系统存储器604可以是读写存储器设备。然而，与永久存储设备602不同，系统存储器604可以是易失性读写存储器，诸如随机存取存储器。系统存储器604可以存储一个或多个处理单元612在运行时可能需要的指令和数据中的任何一个。在一个或多个实施方式中，本主题公开的过程存储在系统存储器604、永久存储设备602和/或rom 610中。一个或多个处理单元612从这些各种存储器单元中检索要执行的指令和要处理的数据，以便执行一个或多个实施方式的过程。
[0260]
总线608还连接至输入和输出设备接口614和606。输入设备接口614使用户能够向电子系统600通信传送信息和选择命令。可以与输入设备接口614一起使用的输入设备可以包括例如字母数字键盘和定点设备(也称为“光标控制设备”)。输出设备接口606可以实现例如由电子系统600生成的图像的显示。可以与输出设备接口606一起使用的输出设备可以包括例如打印机和显示设备，诸如液晶显示器(lcd)、发光二极管(led)显示器、有机发光二极管(oled)显示器、柔性显示器、平板显示器、固态显示器、投影仪或用于输出信息的任何其他设备。一个或多个实施方式可以包括作为输入设备和输出设备两者起作用的设备，诸如触摸屏。在这些实施方式中，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈，诸如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声学输入、语音输入、触觉输入。
[0261]
最后，如图12所示，总线608还通过一个或多个网络接口616将电子系统600耦接至一个或多个网络和/或一个或多个网络节点。以这种方式，电子系统600可以是计算机的网
络(诸如lan、广域网(“wan”))或内联网，或者网络(诸如因特网)中的网络的一部分。电子系统600的任何或所有部件可以结合本主题公开内容使用。
[0262]
可以使用编码一个或多个指令的有形计算机可读存储介质(或一种或多种类型的多个有形计算机可读存储介质)部分或全部实现本发明范围内的实施方式。有形计算机可读存储介质本质上也可以是非暂时性的。
[0263]
计算机可读存储介质可以为可以由通用或专用计算装置读取、写入或以其他方式访问的任何存储介质，包括能够执行指令的任何处理电子设备和/或处理电路。例如，但不限于，计算机可读介质可以包括任何易失性半导体存储器，诸如ram、dram、ram、t-ram、z-ram和ttram。计算机可读介质还可以包括任何非易失性半导体存储器，诸如rom、prom、eprom、eeprom、nvram、flash、nvsram、feram、fetram、mram、pram、cbram、sonos、rram、nram、赛道存储器、fjg和millipede存储器。
[0264]
进一步，计算机可读存储介质可以包括任何非半导体存储器，诸如光盘存储器、磁盘存储器、磁带、其他磁存储设备或能够存储一个或多个指令的任何其他介质。在一个或多个实施方式中，有形计算机可读存储介质可以直接耦接到计算设备，而在其他实施方式中，有形计算机可读存储介质可以例如经由一个或多个有线连接、一个或多个无线连接或其任意组合间接耦接到计算设备。
[0265]
指令可以直接执行，或可以用于开发可执行指令。例如，指令可以被实现为可执行或不可执行的机器代码，或者被实现为可以被编译以产生可执行或不可执行的机器代码的高级语言的形式的指令。进一步，指令也可以被实现为数据或者可以包括数据。计算机可执行指令也可以以任何格式组织，包括例程、子例程、程序、数据结构、对象、模块、应用、小应用程序、函数等。如本领域技术人员所认识到的那样，在不改变底层逻辑、功能、处理和输出的情况下，包括但不限于指令的数量、结构、顺序和组织的细节可以显著变化。
[0266]
虽然上述讨论主要涉及执行软件的微处理器或多核处理器，但一个或多个实施方式由一个或多个集成电路执行，诸如asic或fpga。在一个或多个实施方式中，这种集成电路执行存储在电路本身上的指令。
[0267]
本领域技术人员应理解，本文所述的各种说明性框、模块、元件、部件、方法和算法可以被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了示出硬件和软件的这种可互换性，各种说明性框、模块、元件、部件、方法和算法已经在上面根据它们的功能进行了描述。这种功能被实施为硬件还是软件取决于特定的应用和对整个系统施加的设计限制。熟练的技术人员可以针对每个特定的应用以不同的方式实施所描述的功能。各种部件和框可以不同地布置(例如，以不同的顺序布置，或者以不同的方式划分)，而不脱离本主题技术的范围。
[0268]
应理解的是，所公开的过程中的任何特定顺序或层次的框是示例方法的说明。基于设计偏好，应当理解的是，可以重新布置过程中的特定顺序或框的层次，或者执行所有示出的框。任何框可以同时执行。在一个或多个实施方式中，多任务和并行处理可能是有利的。而且，上述实施方式中的各种系统部件的分离不应该被理解为在所有实施方式中需要这样的分离，并且应该理解的是，所描述的程序部件和系统通常可以一起集成在单个软件产品中或者打包到多个软件产品中。
[0269]
如本说明书和本技术的任何权利要求中所用，术语“基站”、“接收器”、“计算机”、“服务器”、“处理器”和“存储器”全部指电子或其他技术设备。这些术语不包括人或人群。出
于说明书的目的，术语“显示器”或“显示”意味着在电子设备上显示。
[0270]
如本文所用，在利用术语“和”或“或”来分离任何项的一系列项之前的短语“至少一个”将作为整体来修饰列表，而不是修饰列表的每个成员(即，每个项)。短语“至少一个”不要求选择所列出的每个项中的至少一个；相反，该短语允许包括这些项中的任何一个中的至少一个、和/或这些项的任何组合的至少一个、和/或这些项中的每一个中的至少一个的含义。作为示例，短语“a、b和c中的至少一个”或“a、b或c中的至少一个”各自指仅a、仅b或仅c、a、b和c的任意组合、和/或a、b和c中的每一个中的至少一个。
[0271]
谓词性词语“被配置为”、“可操作为”和“被编程为”并不意味着对主体的任何特定有形或无形的修改，而是旨在可互换地使用。在一个或多个实施方式中，被配置成监视和控制操作或部件的处理器也可以意味着被编程来监控和控制操作的处理器或者可操作来监控和控制操作的处理器。同样地，被配置为执行代码的处理器可以被解释为被编程为执行代码或者可操作来执行代码的处理器。
[0272]
诸如一方面、该方面、另一方面、一些方面、一个或多个方面、实施方式、该实施方式、另一实施方式、一些实施方式、一个或多个实施方式、实施例、该实施例、另一实施例、一些实施方式、一个或多个实施方式、配置、该配置、另一配置、一些配置、一个或多个配置、主题技术、公开、本公开、它们的其他变型等的短语是为了方便，并不暗示与(多个)这样的短语相关的公开对于主题技术是必要的，或者这些公开适用于主题技术的所有配置。与(多个)这样的短语相关的公开可以适用于所有配置、或者适用于一个或多个配置。与(多个)这样的短语相关的公开可以提供一个或多个示例。诸如一方面或一些方面的短语可以指一个或多个方面，反之亦然，并且这类似地适用于其他前述短语。
[0273]
单词“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”或“示例”的任何实施例不一定被解释为相对于其他实施方式是优选的或有利的。另外，就说明书或权利要求中使用的术语“包括”、“具有”等而言，此类术语旨在以类似于术语“包含”的方式包含在内，如“包含”在权利要求中用作过渡词时所解释的那样。
[0274]
本领域普通技术人员已知或以后将会知道的贯穿本公开描述的各个方面的元件的所有结构和功能等同物通过引用明确地结合于此，并且旨在被权利要求所涵括。而且，本文公开的任何内容都不旨在专用于公众，无论此类公开内容是否在权利要求中明确陈述。任何权利要求要素都不得根据35 u.s.c.
§
112(f)的规定进行解释，除非该要素使用短语“用于
……
的装置”明确陈述，或者在方法权利要求的情况下，该要素使用短语“用于
……
的步骤”陈述。
[0275]
前面的描述是为了使本领域技术人员能够实践本文描述的各方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文限定的总体性原理可以应用于其他方面。因此，权利要求不旨在限于本文所示的各方面，而是要符合与语言权利要求一致的全部范围，其中，除非特别声明，否则呈单数形式的元件不旨在表示“一个且仅一个”，而是表示“一个或多个”。除非特别说明，否则术语“一些”是指一个或多个。男性代词(如他的)包括女性和中性代词(如她的和它的)，反之亦然。标题和副标题(如果有的话)只是为了方便而使用并不限制主题公开。