化学清洗(每周一讲)

1技术中心技术中心20142014年年8 8月月1414日日2化学清洗定义：化学清洗定义：化学清洗是用化学方法去除物体表面积垢而化学清洗是用化学方法去除物体表面积垢而使其恢复原始状态的过程。使其恢复原始状态的过程。化学清洗的应用：化学清洗的应用：作为一门新兴的实用科学技术，化学清洗已作为一门新兴的实用科学技术，化学清洗已应用于金属加工、食品、纺织、石油、化工、电应用于金属加工、食品、纺织、石油、化工、电力、造纸、船舶、车辆、建材等各工业领域，以力、造纸、船舶、车辆、建材等各工业领域，以及服务业、家庭生活等各个方面。给社会带来了及服务业、家庭生活等各个方面。给社会带来了巨大的经济效益。巨大的经济效益。第一节第一节 概述概述3化学清洗意义：化学清洗意义：一、节约能源提高换热效率一、节约能源提高换热效率 换热器、锅炉等传热设备，由于自身的腐蚀和介换热器、锅炉等传热设备，由于自身的腐蚀和介质的沉积等原因，在其表面形成导热系数很低的垢质的沉积等原因，在其表面形成导热系数很低的垢层，严重的影响设备的传热效率，造成了大量的能层，严重的影响设备的传热效率，造成了大量的能源浪费。源浪费。据统计，我国据统计，我国19万台中小型锅炉每年由于积垢而万台中小型锅炉每年由于积垢而造成的能源消耗，至少有造成的能源消耗，至少有100万吨标准煤。由此可见万吨标准煤。由此可见化学清洗对于节能降耗具有极其重要的意义。化学清洗对于节能降耗具有极其重要的意义。4二、延长设备使用寿命二、延长设备使用寿命 对于机械零件，清洗可减少磨损，延长运转寿命。对于机械零件，清洗可减少磨损，延长运转寿命。另外，结垢的金属容易进一步腐蚀，及时清除污垢可另外，结垢的金属容易进一步腐蚀，及时清除污垢可以减缓设备的腐蚀，延长使用寿命。以减缓设备的腐蚀，延长使用寿命。三、消除事故隐患，确保安全生产三、消除事故隐患，确保安全生产 对于换热设备，由于结垢导致换热性能下降，管壁对于换热设备，由于结垢导致换热性能下降，管壁温度会升高，局部过热可能会产生爆裂、爆炸，导致温度会升高，局部过热可能会产生爆裂、爆炸，导致事故。譬如，今年四月份我厂就因为事故。譬如，今年四月份我厂就因为E0401换热器结换热器结垢，氯气温度高达垢，氯气温度高达60摄氏度，一直降不下去，差点导摄氏度，一直降不下去，差点导致停车。致停车。5四、减少经济损失获取更大效益四、减少经济损失获取更大效益 无论是提高传热效率，节约能源，延长设备使用无论是提高传热效率，节约能源，延长设备使用寿命，还是稳定生产工艺，提高生产安全性，化学清寿命，还是稳定生产工艺，提高生产安全性，化学清洗的最终目的是取得更大的经济效益。洗的最终目的是取得更大的经济效益。6第二节第二节 化学清洗现状化学清洗现状 我国化学清洗技术一直处于技术落后阶段，自从化我国化学清洗技术一直处于技术落后阶段，自从化工机械研究院发明了工机械研究院发明了Lan-5和和Lan-826两种酸洗缓蚀剂后，两种酸洗缓蚀剂后，我国化学清洗业才得以迅速发展。我国化学清洗业才得以迅速发展。80年代初，在河北省成立了我国第一个专业化学清年代初，在河北省成立了我国第一个专业化学清洗公司洗公司“晶晶化学清洗公司晶晶化学清洗公司”，而后成立了中国蓝，而后成立了中国蓝星化学清洗总公司。蓝星在我国有星化学清洗总公司。蓝星在我国有300多家分公司，固多家分公司，固定资产定资产2亿多，年产值亿多，年产值4.8亿。初步形成了我国新兴的清亿。初步形成了我国新兴的清洗产业网络。洗产业网络。现在，我国化学清洗技术不断发展，从事研究和应现在，我国化学清洗技术不断发展，从事研究和应用人员不断增加，从事化学清洗的专业队伍一大几千家，用人员不断增加，从事化学清洗的专业队伍一大几千家，化学清洗领域在不断拓宽。已成为生产生活中必不可少化学清洗领域在不断拓宽。已成为生产生活中必不可少的环节。的环节。7第三节第三节 结垢分析结垢分析一、结垢原因一、结垢原因 根据设备使用的工艺条件和冷却水的水质，其根据设备使用的工艺条件和冷却水的水质，其结垢原因可归纳为：结垢原因可归纳为：(1)冷却水温度升高，引起无机组分的浓缩，冷却水温度升高，引起无机组分的浓缩，并在传热面上形成无机盐垢层，如并在传热面上形成无机盐垢层，如CaCO3，Ca3(PO4)2，Mg(OH)2、CaSO4，MgSiO3等结晶析等结晶析出。出。(2)补充水带来的固体悬浮物及冷却塔蒸发降补充水带来的固体悬浮物及冷却塔蒸发降温时空气灰尘进入。温时空气灰尘进入。(3)水体中菌藻的繁殖和死亡形成的生物粘泥，水体中菌藻的繁殖和死亡形成的生物粘泥，含氮、磷等元素的缓蚀剂、阻垢剂等具有富营养化含氮、磷等元素的缓蚀剂、阻垢剂等具有富营养化作用，加重了生物粘泥的污阻。作用，加重了生物粘泥的污阻。8 (4)系统中的腐蚀产物包括电化学腐蚀和原电系统中的腐蚀产物包括电化学腐蚀和原电池腐蚀产物等，如氧化物、硫化物、水合物和氢氧池腐蚀产物等，如氧化物、硫化物、水合物和氢氧化物等。化物等。(5)生产过程中物料泄露造成的污垢等。生产过程中物料泄露造成的污垢等。不同种类和形式的污垢，要求采用不同的预防不同种类和形式的污垢，要求采用不同的预防和清洗的方法。污垢的组成或沉积物的数量和性状和清洗的方法。污垢的组成或沉积物的数量和性状往往与冷却水水质、冷却系统的类型结构以及冷却往往与冷却水水质、冷却系统的类型结构以及冷却水运行条件等许多因素有关。因此一般需通过污垢水运行条件等许多因素有关。因此一般需通过污垢产物的组成分析了解污垢成分及组成情况。产物的组成分析了解污垢成分及组成情况。9二、污垢成分二、污垢成分 一般根据污垢成分分为碳酸盐型污垢，硫酸盐一般根据污垢成分分为碳酸盐型污垢，硫酸盐型污垢、硅酸盐型污垢，我厂污垢以碳酸盐型污垢型污垢、硅酸盐型污垢，我厂污垢以碳酸盐型污垢为主。为主。污垢里主要成分有污垢里主要成分有CaCO3、MgCO3、Fe2O3、SiO2、P2O5、生物粘泥等。、生物粘泥等。10三、结垢的危害：三、结垢的危害：当设备积垢产生时，就会对安全生产、生产当设备积垢产生时，就会对安全生产、生产经营和设备管理等造成相当的危害。这表现在：经营和设备管理等造成相当的危害。这表现在：(1)降低了设备的传热效率，传热面的传热情降低了设备的传热效率，传热面的传热情况显著变坏。这是因为污垢的导热系数较小，一况显著变坏。这是因为污垢的导热系数较小，一般仅为碳钢的般仅为碳钢的1%。污垢的热阻往往成为不可忽视。污垢的热阻往往成为不可忽视的、影响颇大的不良因素，例如的、影响颇大的不良因素，例如l mm厚的水垢的厚的水垢的热阻相当于热阻相当于40 mm 厚的钢板的热阻。厚的钢板的热阻。(2)减少通流截面，增加循环流动阻力，严重减少通流截面，增加循环流动阻力，严重时还会发生堵塞，破坏循环回路的正常工作时还会发生堵塞，破坏循环回路的正常工作。11 (3)材质的腐蚀和损伤，缩短了换热设备材质的腐蚀和损伤，缩短了换热设备的使用寿命。的使用寿命。(4)增加了设备更新和维修费用。由于结增加了设备更新和维修费用。由于结垢造成设备换热效果下降难以满足工艺要求，垢造成设备换热效果下降难以满足工艺要求，而且针对此污垢没有很好的处理方法，只有进而且针对此污垢没有很好的处理方法，只有进行设备更新，这无形中增加了成本。行设备更新，这无形中增加了成本。12第五节第五节 化学清洗原理化学清洗原理(1)碳酸盐垢碳酸盐垢 碳酸盐垢具有一定的碱性，易溶解于强酸碳酸盐垢具有一定的碱性，易溶解于强酸中，并释放二氧化碳气体。其溶解反应如下：中，并释放二氧化碳气体。其溶解反应如下：CaCO3+2H+Ca2+H2O+CO2 Mg(OH)2+2H+Mg2+H2O(2)磷酸盐垢磷酸盐垢 磷酸盐垢具有一定的碱性，在强酸中可转磷酸盐垢具有一定的碱性，在强酸中可转化为磷酸二氢盐而被溶解。转化溶解反应如下：化为磷酸二氢盐而被溶解。转化溶解反应如下：Ca3(PO4)2+4H+Ca(H2PO4)2+2Ca2+13(3)硫酸盐及硅酸盐垢硫酸盐及硅酸盐垢 硫酸盐垢是强酸盐，而硅酸由于是胶状不硫酸盐垢是强酸盐，而硅酸由于是胶状不溶物，均不能用强酸溶解，通常采用酸、碱交溶物，均不能用强酸溶解，通常采用酸、碱交替的方法进行清洗，以及添加一些助剂，使其替的方法进行清洗，以及添加一些助剂，使其生成易溶物而除去。其转化溶解反应如下：生成易溶物而除去。其转化溶解反应如下：CaSO4+2OH-Ca(OH)2+SO4 2-SiO2+2OH-SiO32-+H2O14(4)锈垢锈垢 锈垢在酸液中通过与锈垢在酸液中通过与F 离子作用，发生离子作用，发生中和反应而溶解，为加快反应可考虑添加溶解中和反应而溶解，为加快反应可考虑添加溶解促进剂、络合剂等助剂。其反应式如下：促进剂、络合剂等助剂。其反应式如下：Fe2O3+6H+2Fe2+3H2OFe3O4+8H+2Fe 3+Fe 2+4H2O15 化学清洗技术包括除垢技术、金属缓蚀技化学清洗技术包括除垢技术、金属缓蚀技术、钝化技术、检测技术及其他相关技术。术、钝化技术、检测技术及其他相关技术。根据工艺要求及被清洗设备材质和污垢特根据工艺要求及被清洗设备材质和污垢特点，一般采用如下清洗工艺流程。点，一般采用如下清洗工艺流程。(可结合实可结合实际，省去部分流程际，省去部分流程)第五节第五节 化学清洗的工艺化学清洗的工艺16化学清洗时机确认化学清洗时机确认 垢样分析及设备调查垢样分析及设备调查 溶垢及缓蚀试验溶垢及缓蚀试验 洗前准备（包含水源、洗前准备（包含水源、热源、电源、保护气、热源、电源、保护气、清洗装置等）清洗装置等）清洗（包含预处理、除清洗（包含预处理、除垢、漂洗、钝化、废液垢、漂洗、钝化、废液处理等）处理等）验收评定验收评定投入使用投入使用17第六节第六节 化学清洗工序化学清洗工序 一、水冲洗一、水冲洗水冲洗主要包括以下几个方面：水冲洗主要包括以下几个方面：1、化学清洗前的水冲洗、化学清洗前的水冲洗（1）清洗系统的清洗）清洗系统的清洗检查清洗回路是否正常，有无泄露。其次让检查清洗回路是否正常，有无泄露。其次让清洗人员练习操作。清洗人员练习操作。18(2)系统中污脏物的清洗系统中污脏物的清洗 利用大量水冲洗，可除去管道内表面疏松的污脏利用大量水冲洗，可除去管道内表面疏松的污脏物，减轻除垢时的负担。减少酸洗试剂的消耗。物，减轻除垢时的负担。减少酸洗试剂的消耗。2、碱洗后的水冲洗、碱洗后的水冲洗碱洗过程中的作用是部分除垢和松动垢层，碱洗碱洗过程中的作用是部分除垢和松动垢层，碱洗后的水冲洗的目的是清除残留在系统内的碱液，降后的水冲洗的目的是清除残留在系统内的碱液，降低管壁的低管壁的pH值。一般冲洗至值。一般冲洗至pH=8.4时为止。时为止。193、酸洗后的水冲洗、酸洗后的水冲洗 酸洗后的水冲洗的目的是清除残留在系统内酸洗后的水冲洗的目的是清除残留在系统内的酸洗液，提高管壁的的酸洗液，提高管壁的pH值，直至冲洗到没有松值，直至冲洗到没有松散残渣冲出为止。散残渣冲出为止。由于酸洗过程中，已将垢和锈层除去，金属由于酸洗过程中，已将垢和锈层除去，金属界面又处于较活泼状态。所以对冲洗要求较高。界面又处于较活泼状态。所以对冲洗要求较高。水的流速尽可能高，一般大于水的流速尽可能高，一般大于10m/s。一般冲洗到。一般冲洗到pH=4.04.5为止，铁含量小于为止，铁含量小于50mg/l，水质透明为，水质透明为止。止。20二、预处理二、预处理预处理有如下两个目的：预处理有如下两个目的：（1）除去清洗系统中毒化清洗缓蚀剂的有机质。）除去清洗系统中毒化清洗缓蚀剂的有机质。（2）除去垢层外表面疏松的疏水物质，以便除垢）除去垢层外表面疏松的疏水物质，以便除垢剂能与垢层发生作用。提高除垢效果。剂能与垢层发生作用。提高除垢效果。一般情况下，预处理剂由碱性物质一般情况下，预处理剂由碱性物质Na2CO3、NaOH、Na3PO4、Na2HPO4、Na2SiO3、表面活性、表面活性剂等配制而成。总浓度在剂等配制而成。总浓度在0.5%1%之间。之间。21 碱洗用药量计算公式：碱洗用药量计算公式：W碱碱=1000a1CV总总式中：式中：W碱碱纯度纯度100%固体碱量，固体碱量，kg；C碱洗液中碱浓度，碱洗液中碱浓度，%；V总总清洗系统总体积，清洗系统总体积，m；a1过剩量系数。过剩量系数。22三、除垢（酸洗）三、除垢（酸洗）除垢是整个化学清洗最关键、最重要的一环，除除垢是整个化学清洗最关键、最重要的一环，除垢效果的好坏关系着化学清洗的成败。除垢清洗试剂垢效果的好坏关系着化学清洗的成败。除垢清洗试剂的组成视设备情况、积垢性质、工艺条件参数不同而的组成视设备情况、积垢性质、工艺条件参数不同而不同。不同。一般在污垢成分分析的基础上，进行了一般在污垢成分分析的基础上，进行了“清洗工清洗工艺小型试验艺小型试验”，并综合考虑换热器设备和管线的结构，并综合考虑换热器设备和管线的结构及材质、经济成本、药剂对人体的危害及废液的排放及材质、经济成本、药剂对人体的危害及废液的排放和处理、系统运动状况等因素筛选出由清洗主剂、缓和处理、系统运动状况等因素筛选出由清洗主剂、缓蚀剂、钝化剂、促进剂、渗透剂、活性剂、分散剂、蚀剂、钝化剂、促进剂、渗透剂、活性剂、分散剂、还原剂、封闭剂等助剂组成的复合清洗剂。还原剂、封闭剂等助剂组成的复合清洗剂。清洗试剂主要成分一般为无机酸或有机酸。清洗试剂主要成分一般为无机酸或有机酸。23 酸洗清洗控制要点酸洗清洗控制要点：(1)清洗液的控制清洗液的控制：正确选择相应的缓蚀剂、清洗主剂和助剂。正确选择相应的缓蚀剂、清洗主剂和助剂。(2)温度的控制温度的控制 酸洗温度越高，清洗效果越好。但设备的腐蚀酸洗温度越高，清洗效果越好。但设备的腐蚀速度也随之增加，缓蚀剂的效果随温度的升高而降速度也随之增加，缓蚀剂的效果随温度的升高而降低，甚至遭到破坏。低，甚至遭到破坏。由于清洗温度直接影响清洗液对设备的腐蚀程由于清洗温度直接影响清洗液对设备的腐蚀程度，如果温度控制不当，会出现缓蚀剂失效及清洗度，如果温度控制不当，会出现缓蚀剂失效及清洗液的汽化现象而造成腐蚀破坏事故；因此酸洗时温液的汽化现象而造成腐蚀破坏事故；因此酸洗时温度不可过高。无机酸的清洗温度一般采用度不可过高。无机酸的清洗温度一般采用070。柠檬酸柠檬酸9098，EDTA二钠盐二钠盐120140。24（3）流速控制）流速控制 清洗液循环时，流速过高，腐蚀量增大；而流清洗液循环时，流速过高，腐蚀量增大；而流速太低，清洗液不能有效地把清洗剂溶解剥离下来速太低，清洗液不能有效地把清洗剂溶解剥离下来的垢屑及弯曲管内的空气完全排出。的垢屑及弯曲管内的空气完全排出。循环酸洗的流速应维持在循环酸洗的流速应维持在0.2m/s0.5m/s，不得，不得大于大于1m/s。（4）时间控制时间控制 各清洗工序的处理时间通常要根据清洗前的溶各清洗工序的处理时间通常要根据清洗前的溶解试验及以往的清洗经验决定。解试验及以往的清洗经验决定。一般情况下酸洗时间不能超过一般情况下酸洗时间不能超过12h。酸洗时要及。酸洗时要及时测定（一般时测定（一般30min测定一次）酸浓度、铁离子浓度，测定一次）酸浓度、铁离子浓度，温度和温度和pH值，以确保清洗效果。要严格做好清洗终值，以确保清洗效果。要严格做好清洗终点的控制，避免过洗或时间不够未洗净。而且，各点的控制，避免过洗或时间不够未洗净。而且，各清洗工序后的水洗要迅速进行，尽快把废液排出系清洗工序后的水洗要迅速进行，尽快把废液排出系统外。统外。25（5）终点控制终点控制 当前后两次测定值基本不变或者进出口酸浓度仅差当前后两次测定值基本不变或者进出口酸浓度仅差0.1%，可视为达到清洗终点。，可视为达到清洗终点。2627四、漂洗四、漂洗 漂洗的目的是为了除去系统中游离的铁离子，漂洗的目的是为了除去系统中游离的铁离子，去除清洗过程中二次产生的铁离子。为钝化过程去除清洗过程中二次产生的铁离子。为钝化过程打好基础。打好基础。漂洗用的主要药品为柠檬酸，用氨水调节漂洗用的主要药品为柠檬酸，用氨水调节pH值（值（pH为为4.5左右），并加入若丁、二邻甲基左右），并加入若丁、二邻甲基硫脲（缓蚀剂），漂洗温度为硫脲（缓蚀剂），漂洗温度为7090，循环，循环2h。五、钝化五、钝化 设备经酸洗后，表面受到活化，极易氧化被设备经酸洗后，表面受到活化，极易氧化被腐蚀，为此需要钝化造膜。腐蚀，为此需要钝化造膜。28 钝化过程中常用的药品为联氨、亚硝酸钠、重铬钝化过程中常用的药品为联氨、亚硝酸钠、重铬酸钾、三乙醇胺、三聚磷酸钠、磷酸钠等，钝化温度酸钾、三乙醇胺、三聚磷酸钠、磷酸钠等，钝化温度根据配方不同可在根据配方不同可在5090之间。钝化时间也因配方之间。钝化时间也因配方不同在不同在450h之间。之间。六、废液处理与排放六、废液处理与排放 无论酸洗液、碱洗液或者钝化液，都必须经过严无论酸洗液、碱洗液或者钝化液，都必须经过严格处理达到格处理达到污水综合排放标准污水综合排放标准再排放。严禁随意再排放。严禁随意排放而造成环境污染。排放而造成环境污染。29七验收与评定七验收与评定化学清洗的效果验收与评定主要包括两个方面：化学清洗的效果验收与评定主要包括两个方面：1、除垢效果、除垢效果 碳酸盐型污垢除垢率达到碳酸盐型污垢除垢率达到80%以上，硅酸盐以上，硅酸盐型污垢和硫酸盐型污垢除垢率达到型污垢和硫酸盐型污垢除垢率达到60%以上。以上。2、缓蚀效果、缓蚀效果 要求金属挂片腐蚀速率的平均值在要求金属挂片腐蚀速率的平均值在 10gm-2h-1以下。以下。以上两个判定标准可参考劳动部以上两个判定标准可参考劳动部低压锅炉低压锅炉化学清洗规则化学清洗规则和水利电力部和水利电力部火电厂锅炉化学火电厂锅炉化学清洗导则清洗导则。30E0401氯气换热器清洗效果氯气换热器清洗效果31E0602氯气换热器清洗效果氯气换热器清洗效果32