鍋爐的化學清洗

鍋爐的化學清洗就是用某些化學藥品的水溶液，清洗鍋爐汽水係統內(nei) 的沉積物，並使管壁表麵形成良好的防腐蝕保護膜。

    新安裝的鍋爐在其製造、運輸與(yu) 安裝過程中，可能有軋製鐵皮、腐蝕產(chan) 物、防腐塗料、砂子等雜質進入或殘留在鍋爐管內(nei) 。這些雜質在鍋爐投入運行前如不除去，投入運行後就會(hui) 引起爐管堵塞、形成沉積物以及發生沉積物下的腐蝕。因此，新安裝鍋爐在啟動前，應進行化學清洗。

    運行中的鍋爐，由於(yu) 給水攜帶雜質，會(hui) 使鍋爐受熱麵產(chan) 生沉積物。當沉積物達到一定量時，就會(hui) 影響鍋爐的安全經濟運行。因此，運行鍋爐也應該定期的或根據管壁沉積物的沉積量，進行化學清洗。

    一、化學清洗原理

    化學清洗鍋爐，是用含有緩蝕劑的酸溶液，來清除鍋爐管壁上的氧化鐵皮或沉積物。目前化學清洗方法，主要是用鹽酸、檸檬酸和氫氟酸清洗。

    1．鹽酸。由於(yu) 鹽酸清洗效果較好，價(jia) 格便宜，又容易買(mai) 到，因此采用鹽酸清洗較為(wei) 廣泛。

    (1) 清洗原理。鹽酸所以能夠清除管壁上的氧化皮和沉積物，是因為(wei) 在酸洗過程中鹽酸能與(yu) 這些雜質發生化學反應。

    ① 與(yu) 管壁上的氧化皮作用。鋼材在高溫(575℃以上)加工過程中形成的氧化皮，是由FeO、Fe3O4和Fe2O4等三層不同的氧化鐵組成，其中FeO是靠近金屬基體(ti) 的內(nei) 層。鹽酸與(yu) 這些氧化物接觸時，會(hui) 發生化學反應，生成可溶性的FeCl2或FeCl3，使氧化皮溶解。其反應式如下：

FeO+2HCl→FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O

    在氧化皮溶解過程中，由於(yu) 靠近金屬基體(ti) 的FeO的溶解，還能使氧化皮從(cong) 管壁上脫落。

    ② 與(yu) 混雜在氧化皮中鐵作用。鹽酸能與(yu) 氧化皮中的鐵作用，生成可溶性的氯化亞(ya) 鐵和氫氣，反應式如下：

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

    產(chan) 生的氫氣從(cong) 氧化皮中逸出時，也能使尚未與(yu) 鹽酸反應的氧化皮從(cong) 管壁上剝落下來。

    ③ 與(yu) 鈣、鎂碳酸鹽水垢作用。鹽酸還能與(yu) 鈣、鎂的碳酸鹽發生化學反應，使水垢溶解，反應式如下：

CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2

MgCO3·Mg(OH)2+4HCl→2MgCl2+3H2O+CO2

    從(cong) 鹽酸與(yu) 管壁上各種沉積物的反應中可以看出，鹽酸在酸洗過程中，對管壁上的氧化皮和沉積物發生兩(liang) 種作用：一是溶解作用，一是剝落作用。這兩(liang) 種作用的結果都能使鍋爐得到清洗。

    (2) 對金屬表麵的腐蝕作用。在酸洗過程中，鹽酸和氯化鐵能與(yu) 鋼材裸露表麵發生化學反應，使金屬受到腐蝕。

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

Fe+2FeCl3→3FeCl2

    為(wei) 抑製金屬腐蝕，在清洗液中應加入緩蝕劑。

    (3) 注意事項。用鹽酸洗時，應注意以下兩(liang) 點：

    ① 當水垢的主要成份是矽酸鹽時，單用鹽酸清洗效果較差。若向清洗液中加入適量的氟化物，可使矽化物溶解，改善清洗效果。

    ② 如果設備的材質是奧氏體(ti) 鋼時則不能用鹽酸酸洗，因為(wei) 鹽酸中的氯離子對奧氏體(ti) 鋼產(chan) 生應力腐蝕，即所謂“氯脆”作用。

    2．檸檬酸

    (1) 清洗原理。檸檬酸(H3C6H5O7·H2O)是一種無色晶體(ti) ，易溶於(yu) 水的有機酸。酸洗時，將檸檬酸配成2~3%的溶液，並用氨將其pH值調節為(wei) 3~4。此時溶液的主要成份為(wei) 檸檬酸單銨。用這種溶液清洗時，不僅(jin) 利用它的酸性來溶解氧化鐵，更主要的是利用它能與(yu) 鐵離子絡合生成易溶於(yu) 水的絡合物而使氧化鐵溶解。因此，用檸檬酸酸洗沒有Fe3+的腐蝕和對奧氏體(ti) 鋼的“氯脆”，也沒有大片的氧化皮或沉積物的剝落，所以不會(hui) 出現大量的沉渣和懸浮物。這對清洗結構複雜的大機組是有利的。

    (2) 注意事項。用檸檬酸酸洗時，應注意以下兩(liang) 點：

    ① 檸檬酸不能與(yu) 銅垢，鈣、鎂水垢或矽酸鹽水垢作用。因此，當沉積物的主要成份為(wei) 銅垢，鈣、鎂水垢或矽酸鹽垢時，不能用檸檬酸酸洗。

    ② 當清洗液的溫度低於(yu) 80℃，pH值大於(yu) 4.5或Fe3+超過0.5%時，都可能發生檸檬酸鐵沉澱。因此，采用檸檬酸酸洗時，應注意防止發生沉澱。

    3．氫氟酸

    (1) 清洗原理：

    ① 對氧化鐵的溶解作用。氫氟酸(HF)是一種弱酸，它在低濃度的條件下，對氧化鐵有較強的溶解能力。這種溶解能力主要靠氟離子的絡合作用。HF在水中能解離出H+和F，F-能與(yu) Fe3+絡合，而使氧化皮溶解。其反應如下：

    上述反應是在酸性溶液中進行的，但是，如果酸度過大([H+]>0.5M)，溶液中F減少，會(hui) 導致Fe[FeF6]的解離。因此，一般采用1%的低濃度的氫氟酸做為(wei) 清洗液。

    ② 對矽化物的溶解作用。氫氟酸能與(yu) 矽化物發生反應，使矽化物的水垢很快溶解，其反應式為(wei) ：

SiO2+4HF→SiF4+2H2O

    氫氟酸對氧化鐵或矽酸鹽水垢溶解得很快，約比用鹽酸快44倍。因此，當用氫氟酸清洗時，酸洗液可以一次通過，不需要循環。這樣避免了Fe3+對金屬基體(ti) 的腐蝕，此時僅(jin) 是氫氟酸的酸性腐蝕，因此腐蝕率較低，一般在1克/米2·小時左右。

    氫氟酸可用於(yu) 奧氏體(ti) 鋼等多種鋼材製造的設備，由於(yu) 氫氟酸酸洗對金屬腐蝕性較小，在清洗時可以不拆卸係統中的閥門。

    (2) 注意事項。用氫氟酸酸洗時，應注意以下兩(liang) 點：

    ① 氫氟酸有毒，能強烈刺激呼吸係統。與(yu) 皮膚相接觸時，能引起劇烈的疼痛和難以治愈的燒傷(shang) ，故在使用時應采取安全措施。

    ② 酸洗的廢液應妥善處理。一般是用石灰(CaO)中和廢液中的氫氟酸，其反應如下：

CaO+2HF→CaF2↓+H2O

    反應後生成了氟化鈣(CaF2)的沉澱，使廢液中的F-降至20ppm以下。

    二、緩蝕劑和緩蝕作用

    1．緩蝕劑

    在化學清洗時清洗液中的酸與(yu) 裸露的金屬發生反應，使金屬受到腐蝕。為(wei) 了減輕金屬的腐蝕，在清洗液中加入某些能減輕金屬腐蝕的藥品，這種藥品稱為(wei) 緩蝕劑。如鄰二甲苯硫脲、烏(wu) 洛托平等。

    2．緩蝕作用

    有機緩蝕劑的分子能吸附在金屬表麵上，形成一種很薄的保護膜，這種保護膜，能抑製金屬的腐蝕過程。

    無機緩蝕劑能與(yu) 金屬表麵或溶液中的腐蝕產(chan) 物發生作用，並在金屬表麵生成一層致密而牢固的保護膜，同樣能抑製金屬的腐蝕過程。

    緩蝕劑的選擇和用量，與(yu) 酸洗液的流速、酸洗液的溫度、金屬材料、清洗劑的種類和濃度有關(guan) 。因此，緩蝕劑的選擇和用量，應通過酸洗前的小型試驗決(jue) 定。

    三、添加劑及其作用

    1．添加劑。在清洗液中添加某種化這藥品，能夠加速沉積物的溶解或防止氧化性離子對金屬的腐蝕，這種藥品稱為(wei) 添加劑。

    2．各種添加劑的作用

    ① 使進沉澱物溶解的添加劑。例如，在鹽酸清洗液中加入某種氟化物，它像氫氟酸與(yu) 矽酸鹽、氧化鐵作用一樣，既可以使矽酸鹽水垢溶解，又可以加速對氧化鐵的溶解。

    ② 防止Fe3+、Cu2+對鋼鐵腐蝕的添加劑。當酸洗液中有較多的Fe3+或Cu2+時，會(hui) 使金屬基體(ti) 遭到腐蝕。為(wei) 了防止不同的離子對金屬的腐蝕，可向清洗液中加入不同的添加劑。

    當清洗液中Fe3+較多時，可向清洗液中添加還原劑，使Fe3+轉變為(wei) Fe2+。如用鹽酸清洗，可用氯化亞(ya) 錫和次亞(ya) 磷酸等為(wei) 還原劑。如用氫氟酸或檸檬酸清洗，則可用聯氨、草酸、抗壞血酸等為(wei) 還原劑。

    當清洗液中Cu2+較多時，可向清洗液中添加銅離子絡合劑，如硫脲、六亞(ya) 甲基四胺等，使Cu2+成為(wei) 絡合離子。

    四、鍋爐化學清洗的確定

    鍋爐是否應該進行清洗，需根據具體(ti) 情況決(jue) 定。

    1．新裝鍋爐。新裝鍋爐的酸洗，需根據鍋爐壓力、鍋爐內(nei) 部的清潔程度及設備結構來確定。高壓鍋爐及直流爐，在投運前應該進行化學清洗。

    2．運行鍋爐。運行鍋爐的酸洗，應根據各台鍋爐管內(nei) 沉積物的附著量或運行年限確定。

    ① 根據鍋爐管內(nei) 沉積物附著量確定。當鍋爐水冷壁管沉積物附著量達到表13-9所列數值時，應在下次大修時進行鍋爐酸洗。

表13-9水冷壁向火側(ce) 沉積物的極*  (洗垢法測沉積量)

注：燃油或燃用天然氣的鍋爐，可按此表中工作壓力高一級的數值考慮。

    為(wei) 了查明爐管內(nei) 沉積物的量，應進行割管檢查。由於(yu) 鍋爐不同部位爐管中沉積物的量，有較大差異，因此，應選擇容易結垢的部位進行割管檢查。這些地方應是受熱麵熱負荷大的部位，如噴燃器附近，對有燃燒帶的鍋爐，燃燒帶上部距爐膛中心近處。割管檢查的間隔時間請參考13-10所示。

表13-10割管檢查間隔時間參考標準  (單位：年)

注：高爐煤氣按煤考慮，原油、天然氣按重油標準，旋風爐按重油標準。

② 根據鍋爐運行年限確定。根據鍋爐運行經驗，定期進行化學清洗。表13-11中擬定的化學清洗間隔時間，僅(jin) 供參考。

表13-11運行鍋爐化學清洗的間隔時間

注：燃油鍋爐應按高一級的參數定標準，進口機組應根據製造廠規定標準進行酸洗。

    五、化學清洗步驟和方法

    鍋爐化學清洗步驟一般按以下順序進行：

    1．水衝(chong) 洗。水衝(chong) 洗就是清洗係統在用化學藥品清洗前，先用清水衝(chong) 洗。水衝(chong) 洗的目的，地新裝鍋爐來說，是為(wei) 了除去鍋爐內(nei) 脫落的焊渣、氧化皮、鐵鏽和塵埃等；對運行鍋爐來說，是為(wei) 了除去其中被水衝(chong) 洗掉的沉積物。水衝(chong) 洗還可以對清洗係統的嚴(yan) 密性進行一次檢查。

    2．堿液清洗。堿液清洗的目的，對新安裝鍋爐，是為(wei) 了除去在製造、安裝過程中，管內(nei) 塗覆的防鏽劑和附著的抽汙；對運行鍋爐，是為(wei) 了除去鍋內(nei) 附著的沉積物、矽化物等，為(wei) 下一步酸洗創造條件。

    (1) 堿洗藥品。堿洗使用的化學藥品有：碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉以及表麵活性劑(如洗衣粉——烷基磺酸鹽)等。這些藥品，常常是混合使用。一般采用的混合液為(wei) ：

    Na3PO4            濃度為(wei) 0.5~1.0%

    NaOh           濃度為(wei) 0.5~1.0%

    表麵活性劑      濃度為(wei) 0.05%

    (2) 堿洗方法。堿洗按其清洗方式的不同，分為(wei) 循環清洗和堿煮。

    ① 循環清洗。這種方法，就是在清洗係統中先充以除鹽水進行循環，同時將除鹽水加熱到80~100℃，然後連續地、緩慢地向清洗溶液箱內(nei) 加入已配製好的濃堿液，通過除鹽水的不斷循環，使堿液流入清洗係統，進行循環清洗。堿液在清洗係統中的循環流速應大於(yu) 0.3米/秒，循環清洗時間為(wei) 8~24小時。

    ② 堿煮。堿煮就是向鍋爐加入堿液後，加熱升壓到10~20公斤/厘米2，並維持此壓力4小時，然後進行排汙，排汙量為(wei) 額定蒸發量的5~10%。再被水——升壓——排汙。如此反複進行，直至水中無油為(wei) 止。堿煮時，當堿液濃度下降到開始濃度的時，應補加藥品，使其再達到初始濃度。堿煮完畢後，待堿液溫度降至70~80℃時，方可排掉廢液。

    在堿煮過程中，氫氧化鈉能與(yu) 沉積物中的矽化物發生如下反應：

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O

    生成的Na2SiO3是一種可溶性物質。因此，當鍋爐內(nei) 沉積物中含有矽化物較多時，應采用堿煮的方法。

    如果鍋爐內(nei) 沉積物中含銅較多，為(wei) 了洗掉銅，防止酸洗時Cu2+對金屬基體(ti) 的腐蝕，可利用氨和銅離子形成穩定的絡合離子的原理，達到除銅的目的。所以，在堿洗後還應進行氨洗。

    氨洗的工藝條件一般為(wei) ：氨溶液濃度為(wei) 1.5~3%，過硫酸銨溶液濃度為(wei) 0.5~0.75%，氨洗的溫度為(wei) 35~70℃，清洗時間為(wei) 5~6小時。

    氨洗後再用除鹽水或軟化水衝(chong) 洗。

    3．酸洗

    (1) 酸洗液的配製。配製酸洗溶液的方法，有以下兩(liang) 種：

    ① 在酸洗溶液箱內(nei) 配好所需濃度的酸溶液。此法是將所需的酸和其它藥品都加入到酸溶液箱內(nei) ，用除鹽水配製一定濃度的溶液，然後加熱到規定溫度，再用清洗泵(耐酸泵)送到清洗係統中。

    ② 邊循環邊加藥。此法是在堿洗和水衝(chong) 洗完畢後，用清水泵使留存鍋爐內(nei) 的除鹽水在清洗係統內(nei) 循環，並加熱到所需溫度，然後慢慢地向循環的除鹽水中加入緩蝕劑，待循環均勻後，再加入清洗所用的酸。

    (2) 酸洗工藝。用鹽酸清洗時，初始濃度為(wei) 5~10%，高溫度為(wei) 70℃，循環酸洗流速在0.3~1.0米/秒之內(nei) ，酸洗時間一般為(wei) 6小時。

    檸檬酸酸洗時，初始濃度為(wei) 2~4%，溫度通常控製在90~98℃，循環酸洗流速為(wei) 0.3~2米/秒的範圍內(nei) ，酸洗時間一般為(wei) 3~4小時。

    氫氟酸酸洗時，初始濃度為(wei) 1~1.5%,高溫度為(wei) 60℃，開路酸洗時酸洗流速應大於(yu) 0.15米/秒，酸洗時間約為(wei) 2~3小時。

    酸洗結束後，廢液不能用放空的方法排除，應當用降鹽水(或軟化水)或氮氣頂排，並及時進行清洗，防止酸洗後金屬表麵腐蝕。排放的廢液應進行處理。

    4．漂洗

    (1) 漂洗的目的。鹽酸或檸檬酸酸洗和水衝(chong) 洗後，再用稀檸檬酸溶液進行一次衝(chong) 洗，這種衝(chong) 洗一般稱為(wei) 漂洗。

    漂洗的目的，是除去在酸洗和水洗後殘留在清洗係統內(nei) 的鐵離子，以及衝(chong) 洗金屬表麵可能產(chan) 生的鐵鏽。漂洗後的金屬表麵很清潔。有利於(yu) 下一步鈍化處理。

    (2) 漂洗工藝。漂洗時，檸檬酸濃度為(wei) 0.1~0.2%，也可以在漂洗液中加入若丁(濃度為(wei) 0.05%)或其他緩蝕劑，用氨水調節pH值為(wei) 3.5~4.0，溶液溫度為(wei) 70~80℃，循環衝(chong) 洗時間為(wei) 1.5~2.0小時。

    5．鈍化。鈍化就是用某些化學藥品的水溶液對金屬表麵進行處理，使金屬表麵生成防腐蝕的保護膜。目前采用的鈍化方法有三種：

    (1) 亞(ya) 硝酸鈉法。采用此法鈍化時，亞(ya) 硝酸鈉(NaNO3)溶液的濃度為(wei) 0.5~2.0%，並用氨水將其pH值調節為(wei) 9~10，溫度為(wei) 60~90℃，清洗時間為(wei) 6~10小時然後排掉廢液，後用除鹽水衝(chong) 洗，以免殘留的亞(ya) 硝酸鈉在運行時引起鍋爐腐蝕。這種方法能使鈍化後的金屬表麵，形成致密的、銀灰色的保護膜。

    (2) 聯氨法。此法是用除鹽水配成濃度為(wei) 200~500毫克/升的聯氨溶液，用氨調節其pH值為(wei) 9.5~10左右，溫度維持在90~160℃，在清洗係統內(nei) 循環24~30小時。用這種方法處理後，金屬表麵通常生成棕紅色或棕褐色的保護膜。

    鈍化處理結束後，既可以將液體(ti) 排掉，也可以將液體(ti) 保留在設備中作為(wei) 防腐劑。

    (3) 堿液法。此法是采用1~2%的Na3PO4或Na3PO4與(yu) NaOH混合液進行鈍化，溫度維護在70~90℃，在清洗係統中循環10~12小時，後用除鹽水衝(chong) 洗，直到排出水的堿度和磷酸根與(yu) 鍋爐運行時所允許的標準相近為(wei) 止。鈍化後的金屬表麵產(chan) 生黑色保護膜。這種膜的防腐性能不如前兩(liang) 種，因此，此法一般隻用於(yu) 中、低壓汽包爐。

六、清洗前的準備工作

    化學清洗是保證機組安全、經濟運行的重要措施。清洗前準備工作的好壞，直接影響到化學清洗的效果。因此，清洗前應做好以下幾項準備工作：

    1．清洗用藥。對清洗用的各種化學藥品，應準備齊全數量足夠，並有適當餘(yu) 量。

    2．清洗用水。在化學清洗過程中，某段時間要求連續地、大量地向清洗係統供水，不允許中斷，如果中斷供水就會(hui) 影響清洗效果。因此，應根據清洗過程中每一步的用水量，考慮除鹽設備的製水能力、水箱的貯水量，擬訂好用水和製水計劃。

    3．加熱用蒸汽。進行化學清洗時，常用蒸汽加熱清洗溶液，為(wei) 使清洗液達到並保持一定的溫度，對蒸汽的壓力、溫度、用量和取用點等，應做周密地計劃。

    4．電源。應安裝好清洗水泵的電源和其它有關(guan) 清洗工作的電源。

    5．廢液和廢氣的處理和分析。清洗現場應備有良好的排水設施，廢液應進行處理，排放的廢液或廢氣均應符合環境保護部門的規定，並做好廢液、廢氣的分析準備工作。

    七、清洗的安全措施

    為(wei) 了防止發生人身與(yu) 設備的事故，應作好以下工作：

    1．操作現場，必須有充分的照明設施和必要的通訊聯絡設備。

    2．在有通道的臨(lin) 時酸洗管道上，要設有臨(lin) 時架橋。

    3．在酸洗設備和閥門上，應掛有明顯的標示牌。

    4．操作人員必須配戴好安全防護用品，如防酸服、膠靴、橡皮手套、口罩、防護眼鏡等。

    5．操作現場應備用臨(lin) 時救護藥品，附近應準備帶有橡膠軟管的安全水。

    6．在酸洗過程中會(hui) 產(chan) 生氫氣，因此操作現場及其周圍應嚴(yan) 禁煙火。操作現場也應備有必要的消防設施。

    7．在清洗的操作過程中，應將酸洗和氨洗等工序安排在白天進行。