福建省特種設(shè)備檢驗研究院 汪建光

1 引言

結(jié)垢現(xiàn)象十分普遍，廣泛的存在于自然界、日常生活和各種工業(yè)生產(chǎn)的過程中，尤其在電力、石頭開采、鋼鐵、化工、礦山工業(yè)等以水為載體的系統(tǒng)中的輸送管道、泵、閥等設(shè)備的器壁上，嚴重影響著生產(chǎn)的正常進行。鍋爐和熱交換設(shè)備中的水垢會降低傳熱效率，增加熱損失，增加水的流動阻力，迫使鍋爐降負荷運行，能引起鍋爐水冷壁管的過熱，導(dǎo)致管子鼓包和爆管事故的發(fā)生，也會導(dǎo)致金屬發(fā)生沉積物下腐蝕，另外結(jié)垢的集存堵塞而減小流通面積、引起整個換熱器流動阻力的增大。這些都無形中增加了設(shè)備的運行和維護成本，造成資源的浪費。

鍋爐所結(jié)的污垢來自水中的雜質(zhì)，其中，懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)可直接沉降附著于受熱表面結(jié)垢，溶解物質(zhì)中的鈣、鎂、鐵、銅等雜質(zhì)可通過熱分解或沉積成垢。鍋爐金屬被腐蝕后形成的腐蝕產(chǎn)物密度不足鋼鐵的1/2，傳熱能力更差，也是主要的污垢。因此，能引起鍋爐腐蝕的酸、堿、氧和游離二氧化碳等也是致污的雜質(zhì)[1]。

污垢的形成過程是由下述兩個相互競爭的過程來完成的。第一個過程是沉積過程，包括垢粒從主流液體向表面輸送的過程和污垢成長過程。第二個過程是沉淀物質(zhì)形成粒狀或粒子簇或片狀后，由于流動剪應(yīng)力或溫差應(yīng)力的作用從表面脫除的過程。就垢層的宏觀特性而言，這兩個過程競爭的結(jié)果就產(chǎn)生了各種結(jié)垢形態(tài)[2]。

污垢的防治包括物理和化學(xué)的方法?；瘜W(xué)清洗方法又分為四大類[3]：酸洗法、堿洗法、絡(luò)合劑清洗法、專用溶劑清洗法。對于鍋爐用水的防垢技術(shù)包括鍋外水處理技術(shù)：水的預(yù)處理、軟化、除氧、除鹽；鍋內(nèi)水處理技術(shù)：純堿處理法、磷酸鹽處理法、天然堿處理法，以及其他水處理技術(shù)：鍋內(nèi)加復(fù)合防垢劑處理法、鍋內(nèi)加合成有機防垢劑處理法[4～6]。在清洗污垢的過程中，不同情況下污垢的種類存在很大差別，情況很復(fù)雜，只能對具體情況作具體分析。

2 某廠鍋爐酸洗除垢案例

某廠的型號為D Z L 4-1.25-WⅡ3鍋爐，額定蒸發(fā)量為4t/h，額定壓力為1.25MP a，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽主要用于制鞋生產(chǎn)用汽。經(jīng)對該廠的鍋爐鍋筒內(nèi)結(jié)垢情況的檢查，發(fā)現(xiàn)鍋筒、管板、水管、集箱、煙管水垢厚度達1.0mm～2.0mm、局部甚至達到3.0mm～5.0mm，鍋爐現(xiàn)已發(fā)生鍋筒鼓包、水冷壁管爆管等事故。為了保證鍋爐的安全經(jīng)濟運行、節(jié)能降耗，在制定清洗方案的基礎(chǔ)上，對該鍋爐進行化學(xué)清洗。

采用化學(xué)清洗的過程，本質(zhì)上是化學(xué)清洗劑在與之相接觸的污垢表面進行溶解，同時向污垢內(nèi)部滲透，減小污垢自身各個顆粒間的結(jié)合力以及污垢與設(shè)備基體間的結(jié)合力，使污垢溶解或者松散脫落而除去的過程。為了實現(xiàn)清洗的目的，除了完成這個本質(zhì)的清洗過程之外，還要有其他一些相應(yīng)的輔助過程。

3 鍋爐化學(xué)清洗除垢過程

通過分析該鍋爐的結(jié)垢情況，判定該鍋爐的垢主要是以硅酸鹽垢為主的復(fù)合型垢，主要成分為CaSO4、CaSiO3等，垢層厚而致密,在鹽酸溶液中難以溶解,酸洗前需要利用NaOH和Na2C O3混合溶液進行堿煮，以達到松脫、溶脹、轉(zhuǎn)化水垢和除硅的目的。對于硫酸鈣垢，主要是碳酸鈉起作用；對于硅酸鹽垢,主要是氫氧化鈉起作用[7]。主要反應(yīng)如下：

經(jīng)過上述反應(yīng)后，硅酸鹽垢轉(zhuǎn)化為可溶性硅酸鹽，難溶于酸液的硫酸鹽垢轉(zhuǎn)化為易溶于H C 1的碳酸鹽垢。然后，利用鹽酸的溶解和機械剝離作用除去附著在爐管表面的水垢，主要反應(yīng)如下：

最后，殘留的碳酸鈣垢可利用磷酸鈉和氫氧化鈉溶液煮爐除去，在鍋爐水沸騰和堿性較強的條件下，發(fā)生以下反應(yīng)：

式(8)生成的堿式磷酸鈣是一種松軟的水渣，易隨鍋爐排污排除，且不會粘附在鍋內(nèi)形成二次水垢[8]。磷酸鈉和氫氧化鈉溶液同時可以起到鈍化的效果。

研究表明[9,10]，清洗高硅垢的酸洗溶液濃度一般不高于10%，清洗溫度不高于70℃，清洗時間不超過50h。另外，在配置酸洗清洗液[11]時，還需要添加一些輔助清洗劑，如表面活性劑、滲透劑等。

在表1所示化學(xué)清洗工藝條件下，制定了如下清洗過程，見圖1：

表1 化學(xué)清洗工藝條件

圖1 化學(xué)清洗過程

配制煮爐藥劑→鍋爐進行堿煮轉(zhuǎn)型→水沖洗至中性→配制酸洗藥劑→鍋爐進行酸洗→分路進行循環(huán)清洗→進行化學(xué)監(jiān)督→放酸洗液同時用大量的水沖稀，并用片堿進行中和處理→用水沖鍋筒至中性→打開人孔、手孔清理鍋爐內(nèi)的水垢→檢查鍋爐化學(xué)清洗的效果→封人孔、手孔→配制鈍化藥劑→鍋爐開始鈍化→檢查化學(xué)清洗的效果。

整個化學(xué)清洗過程共用時五天，在化學(xué)清洗的過程中隨時監(jiān)測各種數(shù)值的變化，對產(chǎn)生的問題進行及時的記錄和分析，根據(jù)需要及時的調(diào)整方案，有效地應(yīng)對各種狀況、防止事故的發(fā)生。

4 檢查除垢效果

停爐檢查，由于鍋爐結(jié)垢多，造成左側(cè)聯(lián)箱和鍋筒排污管堵塞，清理下來的垢厚約有3～8mm，清除附著在管壁及鍋筒內(nèi)殘留的垢，在金屬表面層上有一層良好的鈍化膜，酸洗時的金屬腐蝕速度小于6g/(m2h)?；瘜W(xué)清洗后檢查結(jié)果如下：

1）鍋爐內(nèi)表面基本無水垢。從圖2所示鍋爐除垢前后對內(nèi)表面的實拍照片，對比可以看出，鍋內(nèi)受熱面結(jié)垢較多，基本覆蓋全部鋼管表面，除垢之后則基本無水垢，除垢效果良好。

除垢前的鍋內(nèi)結(jié)垢情況除垢后的鍋內(nèi)結(jié)垢情況圖2：鍋筒內(nèi)表面除垢情況對比

2）大量水垢脫落并得到清除。圖3所示為化學(xué)清洗之后的表現(xiàn)，可以看出，從后側(cè)聯(lián)箱流出的清洗水所含水垢濃度很高，對清洗過程中脫落下來的大量水垢實現(xiàn)了清除，管內(nèi)表面干凈。圖3中還可看出，從鍋筒排污管排出的沖洗水顏色深黑，水中含有稠密的污垢，清洗效果相當明顯。

從后側(cè)聯(lián)箱清洗下來的水垢情況（還沒有用水清洗）化學(xué)清洗后用水清洗從鍋筒排污管排出的沖洗水圖3：化學(xué)清洗表現(xiàn)

3）鍋筒內(nèi)無浮銹。鍋爐原來的垢下腐蝕之外，鍋筒內(nèi)沒有產(chǎn)生新的蝕銹。

4）鍋筒內(nèi)金屬表面鈍化膜良好完整，沒有產(chǎn)生二次銹蝕和點蝕。漂洗結(jié)束后，加入氨水調(diào)整p H值為9.3-9.8，加入鈍化劑，進行循環(huán)鈍化，鈍化約5h后快速排放鈍化液，化學(xué)清洗全過程才結(jié)束。鈍化處理使鍋爐表面形成良好鈍化膜，可以有效的防止鍋爐運行期腐蝕。

5）根據(jù)鍋爐化學(xué)清洗過程中懸掛緩蝕試片[12,13]指示，本鍋爐化學(xué)清洗期間酸洗的金屬腐蝕速度為2.04g/(m2h)（見表2），遠遠低于TSGG5003-2008《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》規(guī)定的清洗質(zhì)量要求6g/(m2h)。

清洗評價檢查鍋爐及酸洗效果，以達國家相關(guān)標準為宜，做出鍋爐化學(xué)清洗評價報告，交相關(guān)單位審核并給出合理意見。最終，鍋爐內(nèi)水垢的總?cè)コ蔬_80%以上，取得了令人滿意的除垢效果，完全達到了預(yù)期目的。

表2 金屬腐蝕速度情況表

5 鍋爐除垢和安全經(jīng)濟運行的建議

1）在鍋爐清洗前，一定要作出清洗規(guī)劃；在清洗工程中，甲乙兩方必須密切配合；在安裝臨時管線、閥門、儀表時特別要注意安全，以防在清洗時破壞；嚴防藥劑滲漏；若出現(xiàn)問題應(yīng)立即采取防治措施。清洗結(jié)束后，應(yīng)對汽包和聯(lián)箱、管道中的污物、泥渣、沉積物等徹底清理清洗，廢液排除一定要按綜合環(huán)保標準處理。

2）按照所采用的酸洗方法準備防護用具和安裝循環(huán)管道等設(shè)備，同時可進行酸洗前鍋爐的沖洗工作，先沖凈爐內(nèi)水渣及泥垢，以節(jié)約酸液，提升酸洗效果。必須準備足夠量的配藥及沖洗用水，以免由于酸洗過程水量不足而影響酸洗工作的順利進行；同時還要對酸的濃度和質(zhì)量進行檢查，以免混有其它酸和藥劑。

3）腐蝕速度測定。為有效地監(jiān)測整個低壓鍋爐在化學(xué)清洗中的腐蝕情況，應(yīng)根據(jù)國際統(tǒng)一的ASTM方法，利用標準腐蝕試片進行過程的腐蝕速度測定，以達到國家標準≤10g/(m2h)，并力爭達到國際標準≤3.37g/(m2h)。

4）對該廠蒸汽鍋爐的給水，恢復(fù)原軟化器裝置，按照G B 1576《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》國家標準的要求，加強鍋爐水質(zhì)的化學(xué)監(jiān)督管理，進行正常的鍋內(nèi)加藥處理，制訂相應(yīng)的鍋爐水處理操作規(guī)程。

5）開展日常的鍋爐水質(zhì)化驗，否則鍋爐很容易再次結(jié)生大量水垢，這不僅增加燃料的消耗，還會危及鍋爐設(shè)備的安全、經(jīng)濟運行。

6 結(jié)論

本文針對某廠鍋爐結(jié)垢是以硅酸鹽垢為主的復(fù)合型垢的特點，制定了相應(yīng)的工藝條件和清洗方案，進行化學(xué)清洗后進行了清洗評價，得出以下結(jié)論：

1）采用該清洗方案下的工藝條件進行清洗后，鍋筒內(nèi)壁潔凈，并形成了一層良好的鈍化膜，可以有效的防止鍋爐運行期腐蝕。

2）鍋爐清洗均勻徹底，無明顯腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)鍋爐化學(xué)清洗過程中懸掛緩蝕試片指示，腐蝕速度達到國家標準，在同類鍋爐的化學(xué)清洗過程中有一定的參考價值，能夠指導(dǎo)實踐。

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