趙大洲，畢思彤，苗嘉敏，種一碧，武宇杰，魏景博

（陜西學(xué)前師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西西安，710100）

0 引言

水垢是水中溶解的無(wú)機(jī)鹽類沉積在管道、設(shè)備表面所形成的固體結(jié)晶物。水垢的積聚會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的效率下降、能源浪費(fèi)并使設(shè)備壽命縮短。因此，制備高效、綠色、有針對(duì)性的除垢劑，成為目前的研究熱點(diǎn)。硫酸鹽垢是油田開發(fā)過(guò)程中經(jīng)常遇到的一種結(jié)垢類型，由于硫酸鹽垢的硬度很大，因此在石油開采過(guò)程中常常需要對(duì)其進(jìn)行除垢處理。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)硫酸鹽垢及其除垢劑進(jìn)行了大量研究，并取得了一定的成果［1］。表1 是目前除垢劑的類型及其清垢類型與優(yōu)缺點(diǎn)匯總。

表1 除垢劑類型及其清垢類型與優(yōu)缺點(diǎn)

在國(guó)外，化學(xué)除垢劑的發(fā)展較早，主要應(yīng)用于油田，尤其是石油生產(chǎn)。國(guó)外較為著名的化學(xué)除垢劑有：美國(guó)PRESENTECHNOXTM 公司的 STA，加拿大 CRD公司的PCC-1、PCC-8 等，德國(guó)的ZYZ-公司的FM-6050 和FM-6700，美國(guó)的 TURNICE 702 等。而在國(guó)內(nèi)，化學(xué)除垢劑主要應(yīng)用于油田開發(fā)過(guò)程中，如中油石油公司和勝利石油管理局等單位。目前，國(guó)內(nèi)外除垢方法主要有化學(xué)除垢法、熱洗除垢法、電化學(xué)除垢法、超聲波除垢法等［2，3］，其中化學(xué)除垢法是目前使用最多的方法，現(xiàn)在研究人員常常通過(guò)酸和堿的反應(yīng)來(lái)除去硫酸鹽垢，但傳統(tǒng)的化學(xué)除垢劑易產(chǎn)生腐蝕，且除垢劑對(duì)油井設(shè)備有一定傷害。硫酸鹽垢屬于難溶鹽類，其溶解性較差，通常采用熱洗的方法來(lái)清除硫酸鹽垢，因此開發(fā)新型高效的硫酸鹽除垢劑對(duì)提高油田開采效率具有重要意義［4］。

2010 年，郭麗梅課題組研究了以DTPA 為主劑的除垢劑溶液，與EDTA、EDTA-Na2相比能更好地溶解硫酸鹽垢［5，6］。2013 年，姜偉課題組使用土酸、表面活性劑（洗油劑）、緩蝕阻垢劑等配成土酸清垢劑，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)碳酸鹽清垢率達(dá)到90%以上［7］。另外，有大量課題組對(duì)硫酸鹽除垢劑的制備及其應(yīng)用進(jìn)行了深入研究與綜述，多側(cè)重于進(jìn)行有機(jī)絡(luò)合清垢劑配方優(yōu)化的研究。本文則側(cè)重討論硫酸鹽除垢劑的研究進(jìn)展，并闡述未來(lái)可從哪些角度提高硫酸鹽除垢劑的反應(yīng)性能。

1 硫酸鹽垢除垢劑的研究進(jìn)展

硫酸鹽垢除垢劑作為一種常用的清潔劑，在去除水垢方面發(fā)揮著重要的作用。它的工作原理是利用硫酸鹽的強(qiáng)酸性，與水垢中的鈣、鎂等金屬離子反應(yīng)，將其溶解或轉(zhuǎn)化為不溶于水的化合物，從而實(shí)現(xiàn)除垢的效果。它可以有效地去除水中的垢和積垢，保持管道和設(shè)備的正常運(yùn)行。成都科技大學(xué)與長(zhǎng)慶油田共同研制的BS-2E，BS-2E 防垢劑（馬來(lái)酸/醋酸乙烯酯的二元共聚物與有機(jī)磷酸鹽復(fù)配）對(duì)于抑制 BaSO4、SrSO4結(jié)垢有很好的效果［8］。2008 年中國(guó)石油大學(xué)石油工程院系課題組進(jìn)行了離子液體用作除硫酸鈣垢劑的探討，通過(guò)用體積為1L 的性質(zhì)各不相同的離子液體去除硫酸鈣垢，研究了離子類型垢尺寸與溫度對(duì)除垢效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明（CH2CH3）3NHAl2Cl7對(duì)硫酸鈣垢有良好的溶解能力與較快的除垢速度。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)硫酸鹽除垢劑的研究也在不斷進(jìn)行。

1.1 硫酸鹽垢除垢劑成分的優(yōu)化［9］

硫酸鹽除垢劑雖然能去除水垢和鈣鎂鹽沉積，但對(duì)于某些較頑固的垢層可能效果不佳。通過(guò)調(diào)整復(fù)配比［10］、提高活性成分的濃度，或者添加其他去垢劑輔助劑，可以提高其清潔效果。同時(shí)，可以開發(fā)出一種可以迅速剝離垢層的改良劑，從而加快去垢速度。利用新的化學(xué)物質(zhì)，如螯合劑和表面活性劑，能夠增強(qiáng)硫酸鹽除垢劑的清潔效果。這些新成分能夠更好地溶解垢和污漬，增強(qiáng)其除垢效果和清潔能力。

1.2 硫酸鹽垢除垢劑在應(yīng)用上的改進(jìn)［11］

當(dāng)前社會(huì)越來(lái)越注重環(huán)境保護(hù)，為了符合可持續(xù)發(fā)展的要求，改進(jìn)硫酸鹽除垢劑應(yīng)考慮減少對(duì)環(huán)境的污染。研究者開發(fā)了一系列新型的清潔設(shè)備和技術(shù)，用于更有效地使用硫酸鹽除垢劑。這些設(shè)備和技術(shù)可以控制除垢劑的使用量和濃度，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，同時(shí)，還可以增強(qiáng)除垢劑的清潔效果，更好地保護(hù)設(shè)備和管道。目前硫酸鹽除垢劑主要用于清潔管道和設(shè)備，也可以考慮擴(kuò)大其適用范圍。例如，可以用于清潔家電、廚房用具或者家具等不同類型的表面。

1.3 硫酸鹽垢除垢劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸上的創(chuàng)新

硫酸鹽除垢劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)膭?chuàng)新包括改進(jìn)包裝材料、適配運(yùn)輸工具、定期質(zhì)量監(jiān)測(cè)、改進(jìn)儲(chǔ)存設(shè)施，以及安全培訓(xùn)和操作規(guī)范等方面。采用耐腐蝕性能更好的包裝材料和密封技術(shù)，可以降低產(chǎn)品泄漏和腐蝕容器的風(fēng)險(xiǎn)；適配合適的運(yùn)輸容器和槽車，以及考慮氣候條件的變化，可以提高運(yùn)輸過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性；定期質(zhì)量監(jiān)測(cè)有助于發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)；改進(jìn)儲(chǔ)存設(shè)施，建設(shè)現(xiàn)代化的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施，利用自動(dòng)化和智能化管理提高效率，進(jìn)行安全培訓(xùn)和制定操作規(guī)范有助于減少事故的發(fā)生。這些創(chuàng)新將提高硫酸鹽除垢劑的儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩?、效率和可靠性，同時(shí)保護(hù)產(chǎn)品質(zhì)量，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并為生產(chǎn)商和用戶帶來(lái)更好的效益和體驗(yàn)。創(chuàng)新的最終目標(biāo)是在符合法律法規(guī)的基礎(chǔ)上滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。新型的儲(chǔ)存和包裝技術(shù)能夠延長(zhǎng)除垢劑的保質(zhì)期，并降低運(yùn)輸成本。這些新技術(shù)還可以減少除垢劑在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中的損耗并降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，減輕對(duì)環(huán)境的影響。

科研人員正在努力通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化除垢劑的成分［12］，研發(fā)新型除垢劑［13］，改進(jìn)應(yīng)用技術(shù)，以及創(chuàng)新儲(chǔ)存和運(yùn)輸技術(shù)，提高硫酸鹽除垢劑的效果和環(huán)境友好性［14］。相關(guān)成果有望為清潔和除垢領(lǐng)域帶來(lái)新的突破和發(fā)展。

2 硫酸鹽垢除垢劑作用機(jī)理

硫酸鹽垢是指硫酸鹽在水中形成的沉淀物，常見(jiàn)的硫酸鹽垢包括鈣硫酸鹽垢、鎂硫酸鹽垢和鐵硫酸鹽垢等。這些硫酸鹽垢會(huì)在水處理設(shè)備、管道、鍋爐和熱交換器等設(shè)備中積聚，導(dǎo)致設(shè)備性能下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重的故障。硫酸鹽除垢劑通過(guò)其特殊的作用機(jī)理能夠有效地清除這些垢，保持設(shè)備的正常運(yùn)行［15，16］。因此，研究硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理對(duì)于解決這一問(wèn)題具有重要意義。硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理主要包括物理作用、化學(xué)作用和生物作用三個(gè)方面。

第一，物理作用是硫酸鹽垢除垢劑起作用的最基本機(jī)理之一。物理作用主要包括機(jī)械沖刷和溶解作用。機(jī)械沖刷是指硫酸鹽垢除垢劑中的顆粒物質(zhì)通過(guò)與硫酸鹽垢的摩擦力和沖擊力，使硫酸鹽垢從設(shè)備表面脫落；溶解作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的化學(xué)物質(zhì)與硫酸鹽垢發(fā)生反應(yīng)，使硫酸鹽垢溶解于溶液中，從而達(dá)到除垢的目的。

第二，化學(xué)作用是硫酸鹽垢除垢劑作用的另一個(gè)重要機(jī)理?；瘜W(xué)作用主要包括絡(luò)合作用和離子交換作用。絡(luò)合作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的化學(xué)物質(zhì)與硫酸鹽垢中的金屬離子形成絡(luò)合物，改變硫酸鹽垢的結(jié)構(gòu)，從而使其溶解于水中［17］；離子交換作用是指硫酸鹽垢除垢劑中的離子與硫酸鹽垢中的離子發(fā)生交換反應(yīng)，使硫酸鹽垢的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)除垢效果。

第三，生物作用是硫酸鹽垢除垢劑作用的一種特殊機(jī)理。生物作用主要是指硫酸鹽垢除垢劑中的微生物通過(guò)與硫酸鹽垢的生物化學(xué)反應(yīng)，降解硫酸鹽垢的有機(jī)成分，從而實(shí)現(xiàn)除垢效果。這種機(jī)理主要應(yīng)用于一些特殊環(huán)境中，如污水處理設(shè)備和生物反應(yīng)器等。

硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及物理、化學(xué)和生物多個(gè)方面的相互作用。只有深入研究硫酸鹽垢除垢劑的作用機(jī)理，才能更好地應(yīng)對(duì)硫酸鹽垢問(wèn)題，保證設(shè)備的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。因此，我們需要加強(qiáng)對(duì)硫酸鹽垢除垢劑作用機(jī)理的研究，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

3 硫酸鹽垢除垢劑的應(yīng)用領(lǐng)域

硫酸鹽垢是一種常見(jiàn)的問(wèn)題，廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。它會(huì)在管道、設(shè)備和器具表面形成厚重的沉積物，對(duì)其正常運(yùn)行和效率產(chǎn)生負(fù)面影響。為了解決這一問(wèn)題，研究人員一直在努力開發(fā)有效的硫酸鹽垢除垢劑。這些除垢劑可以有效地去除硫酸鹽垢，并在工業(yè)和家用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

硫酸鹽垢除垢劑在工業(yè)領(lǐng)域具有巨大的潛力。工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常使用各種設(shè)備和管道，這些設(shè)備和管道容易受到硫酸鹽垢的影響。硫酸鹽垢的積聚會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的性能下降，能源消耗增加，并可能引發(fā)設(shè)備故障。使用硫酸鹽垢除垢劑可以幫助工業(yè)企業(yè)解決這些問(wèn)題，提高設(shè)備的運(yùn)行效率，減少能源消耗，并降低維修成本。

硫酸鹽垢除垢劑在家用領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。在家庭生活中，硫酸鹽垢常常會(huì)在水龍頭、淋浴頭和水壺等設(shè)備中積聚。這些垢層不僅會(huì)影響水流的暢通，還可能影響設(shè)備的壽命。通過(guò)使用硫酸鹽垢除垢劑，家庭用戶可以輕松去除這些垢層，保持設(shè)備的正常使用，并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

硫酸鹽垢除垢劑還可以在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。硫酸鹽垢通常是由于水中的鈣、鎂等離子與碳酸根離子結(jié)合形成的。這些硫酸鹽垢進(jìn)入環(huán)境中后，會(huì)對(duì)水體和土壤造成污染。使用硫酸鹽垢除垢劑，可以有效地去除水中的硫酸鹽垢，并減少對(duì)環(huán)境的污染。

盡管硫酸鹽垢除垢劑具有廣闊的應(yīng)用前景，但在使用過(guò)程中仍需注意安全性和環(huán)保性［20］。一些傳統(tǒng)的硫酸鹽垢除垢劑可能含有有害的化學(xué)物質(zhì)，對(duì)人體和環(huán)境造成潛在的危害。因此，研究人員需要不斷努力，開發(fā)更安全、更環(huán)保的硫酸鹽垢除垢劑，以滿足人們對(duì)健康和環(huán)境保護(hù)的需求。

4 硫酸鹽垢除垢劑的展望

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快和人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，硫酸鹽垢問(wèn)題逐漸成為一個(gè)全球性的挑戰(zhàn)。硫酸鹽垢是一種由硫酸鹽沉積物形成的固體殘留物，常常會(huì)在管道、鍋爐、熱交換器等設(shè)備中堆積，導(dǎo)致設(shè)備性能下降和能源浪費(fèi)。因此，研發(fā)高效的硫酸鹽垢除垢劑成為當(dāng)前工業(yè)界和科研領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

硫酸鹽垢的積聚會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的熱傳導(dǎo)性能下降，從而影響設(shè)備的工作效率和能源利用率，而使用高效的硫酸鹽垢除垢劑，可以有效地清除設(shè)備中的硫酸鹽垢，提高設(shè)備的熱傳導(dǎo)性能，降低能源的消耗，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。

硫酸鹽垢的積聚還會(huì)引發(fā)設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備的壽命縮短。硫酸鹽垢除垢劑可以有效地清除設(shè)備中的硫酸鹽垢，減少設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備維修和更換的成本，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

硫酸鹽垢除垢劑的研發(fā)還可以為相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供支持。例如，在石油煉制、化工生產(chǎn)、電力發(fā)電等行業(yè)中，硫酸鹽垢的問(wèn)題是普遍存在的，而研發(fā)高效的硫酸鹽垢除垢劑，可以為這些行業(yè)提供解決方案，促進(jìn)其發(fā)展和進(jìn)步。

然而，目前硫酸鹽垢除垢劑的研發(fā)仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，硫酸鹽垢的形成機(jī)理復(fù)雜，不同的硫酸鹽垢具有不同的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，因此需要針對(duì)不同類型的硫酸鹽垢開展研究，并開發(fā)相應(yīng)的除垢劑。其次，硫酸鹽垢除垢劑需要具備高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。因此，在研發(fā)過(guò)程中需要注重技術(shù)創(chuàng)新和工程應(yīng)用的結(jié)合，提高硫酸鹽垢除垢劑的性能。

5 結(jié)論

硫酸鹽除垢劑作為一種重要的化學(xué)物質(zhì)，隨著環(huán)保理念深入人心，環(huán)保型硫酸鹽除垢劑逐漸成為研究熱點(diǎn)，其不僅可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境友好型社會(huì)的戰(zhàn)略，還可有效解決采油率降低，設(shè)備垢卡，油井停產(chǎn)、報(bào)廢及相關(guān)生產(chǎn)安全問(wèn)題。因此，環(huán)保型硫酸鹽除垢劑在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。通過(guò)深入研究硫酸鹽除垢劑的作用機(jī)理并持續(xù)改進(jìn)其配方，我們可以提高其除垢效果和清潔能力。未來(lái)的研究應(yīng)更加注重開發(fā)出高效、環(huán)保、低成本的硫酸鹽除垢劑來(lái)提高其環(huán)境友好性和穩(wěn)定性，以進(jìn)一步推動(dòng)其應(yīng)用的發(fā)展。