j第十章熱力設備的化學清洗

1、學習內容 緒論 ?第一章 電廠用水概述 ?第二章 水的預處理 ?第三章 水的預脫鹽（超濾、反滲透） ?第四章 鍋爐補給水深度除鹽 ?第五章 凝結水精處理 ?第六章 超臨界機組熱力設備腐蝕概述 ?第七章 熱力設備的氧腐蝕和酸性腐蝕 ?第八章 超臨界機組的水化學工況 ?第九章 冷卻水系統(tǒng)的腐蝕與防護 ?第十章 熱力設備的化學清洗 ?第十章第十章 熱力設備的化學清洗熱力設備的化學清洗 ?第一節(jié)化學清洗的必要性 一、新建爐化學清洗的必要性 鍋爐在制造、儲運和安裝過程中，不可避免地會形成氧化皮、腐蝕產物及焊渣，并帶入砂子、塵土、水泥和保溫材料碎渣等含硅雜質。管道在加工成型時，有時使用含硅、銅的冷熱潤濕劑

2、，或在熱彎管時灌砂，都可能使管道內殘留含硅、銅的雜質。此外，設備在出廠時還可能涂覆有油脂類的防腐劑。鍋爐投運時若不去除這些臟污物，就可能產生下列危害： (1)鍋爐啟動時，汽水品質長期不合格，使機組啟動時間延長； (2)在鍋爐內的水中形成碎片或沉渣，堵塞爐管，破壞正常的汽水流動工況； (3)直接妨礙爐管管壁的傳熱或者導致水垢的產生，使爐管金屬過熱和損壞； (4)促使鍋爐在運行中發(fā)生沉積物下腐蝕，以致爐管變薄，甚至發(fā)生穿孔和爆管。 二、運行爐化學清洗的必要性 鍋爐投運后，即使有十分完善的給水處理和合理的爐水處理，仍然不可避免地會有結垢性物質進入給水系統(tǒng)，而熱力系統(tǒng)本身也會產生一定的腐蝕產物。這些雜

3、質在爐管內形成水垢或附著物，影響爐管的傳熱和水汽流動特性，加速爐管的腐蝕和損壞，污染蒸汽，危害機組正常運行。因此，鍋爐運行一定時間后，也有必要進行化學清洗。 ?第二節(jié)常用的清洗劑和添加劑 ?一、常用的清洗劑 1鹽酸 溶解附著物過程： FeO+2HCIFeCl2+H20 Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O Fe3O4，可以看作是FeO和Fe2O3的混合物。 使附著物從金屬表面上脫落(腐蝕) 過程： Fe+2HClFeCl2+H2 Fe+2FeCl33FeCl2 溶解鈣、鎂水垢，其反應如下： CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2 MgCO3Mg(OH)2+4HCl2MgCl2+3

4、H2O+CO2 鹽酸優(yōu)點：清洗能力很強，添加適當的緩蝕劑，就可非常有效地抑制它對鍋爐金屬的腐蝕；價格便宜，貨源充足，輸送簡便；清洗操作容易掌握。 鹽酸的缺點和局限性：不適用于有奧氏體不銹鋼的鍋爐結構體系；清洗后的殘余濃度較高，浪費較大；除銅和硅的能力差。 當附著物中含銅較多時，應考慮添加銅離子絡合劑或采用特殊的除銅工藝；當清洗含硅較多的沉積物時，在清洗液中往往需要補加氟化物等添加劑。 ?2氫氟酸氫氟酸(HF) ? 氫氟酸與鹽酸相比是弱酸，但低濃度的氫氟酸卻比鹽酸具有更強的溶解氧化鐵的能力。 ? 2Fe3+6FFe(FeF6) ? 當氫氟酸濃度過大時，除鐵作用會降低。 ? 用氫氟酸清洗時，通常是

5、采取開路清洗方式，即將清洗液一次性地流過清洗的設備，所以清洗液與金屬表面的接觸時間很短，加上酸液的濃度小，溫度較低，而且還可添加適當的緩蝕劑，所以對金屬的腐蝕較輕。 ? 氫氟酸可用于清洗由奧氏體鋼等多種鋼材制作的鍋爐部件，而且由于它對金屬的腐蝕性小，所以清洗時，可不必拆卸鍋爐水汽系統(tǒng)中的閥門等，從而可簡化清洗的臨時裝置。 ? 廢液用石灰中和，將陽離子和陰離子以氫氧化鐵和氟化鈣的形式沉淀出來。 ? 氫氟酸作為清洗劑的缺點是有毒、腐蝕性大，容易燒傷人體，必須十分注意使用安全。另外，氫氟酸的來源不充足，價格也較高。 ?3檸檬酸檸檬酸 在清洗液中加氨，將溶液的pH調至3.54.0，檸檬酸與氨生成是檸檬

6、酸單氨，其與鐵離子會生成易溶的絡合物可得到較好的清洗效果。 ? Fe3O4+3NH4H2C6H5O7 ? NH4FeC6H5O7+2NH4(FeC6H5O7OH)+2H2O ? Fe+NH4H2C6H5O7NH4FeC6H5O7+H2 ?檸檬酸作清洗劑時的工藝條件： ?(1)檸檬酸溶液應有足夠的濃度，不能小于1，常用24； ?(2)溫度9098，最低時不得低于85，且清洗過程中不應突然降低溫度； (3)將清洗液的pH調控在3.54.0的范圍內； ?(4)清洗流速一般采用0.6m/s，最高可用1.0m/s； (5)在保證清洗效果的條件下，可采用最短的時間(34h)，一般不得超過6h； (6) 在

7、清洗結束后，必須采用熱水或檸檬酸單氨的稀溶液來置換清洗廢液，而不能將熱的檸檬酸清洗廢液直接放空。 ? 優(yōu)點：由于鐵離子與它生成易溶的絡合物，清洗中不會形成大量的懸浮物和沉渣；它對金屬基體的侵蝕性小，對奧氏體不銹鋼安全性高，可采用較高流速。因此，它可用來清洗受熱面大、管徑小、結構復雜的高參數、大容量機組的爐本體系統(tǒng)和爐前系統(tǒng)。 ? 缺點：藥品較貴，除垢能力較鹽酸差，對銅垢、鈣鎂垢以及硅垢溶解能力較差，清洗過程要求較高的溫度與流速，需要大容量酸洗泵。 ?4，EDTA EDTA清洗就是利用EDTA的絡合作用溶解金屬表面的沉積物。EDTA是四元弱酸。它本身難溶于水，但當羧基上的氫被Na+或NH4+取代

8、后，則其水溶性增強。在溶液中，它能與鍋爐內部沉積物中的銅鐵和鈣鎂等金屬氧化物反應，并形成可溶的穩(wěn)定絡合物。絡合反應按1:1的比例進行，使鍋爐內部沉積物絡合溶解，具有較強的除鐵垢能力。 EDTA清洗可分為EDTA胺鹽和EDTA鈉鹽兩種工藝。 EDTA鈉鹽清洗又稱為協(xié)調EDTA清洗，其特點是：利用EDTA絡合除垢原理，從弱酸性開始洗爐，依靠爐內絡合體系自身的物理化學變化，隨鐵垢的不斷溶解，清洗液的pH值自動升高，最后以鈍化pH值結束洗爐，從而實現了除垢和鈍化一步完成。近年來協(xié)調EDTA清洗技術得到越來越廣泛的應用。 影響協(xié)調EDTA清洗效果的主要因素： (1)清洗液的EDTA濃度。協(xié)調EDTA清洗

9、，一般EDTA濃度取15左右為宜。 (2)清洗液的pH值。EDTA鈉鹽溶液的pH值在5358的范圍內時，清洗結束時溶液的pH值可上升到8595，從而可保證良好的鈍化效果。 (3)清洗液的溫度。常將溫度控制在130140的范圍內。 (4)清洗液的流速。EDTA清洗的流速控制在0.51.0m/s范圍內便能取得良好的清洗效果。 (5)緩蝕劑及其他助劑的選擇。在EDTA清洗中常用的緩蝕劑和其他助劑主要有烏洛托品、硫脲、N2H4、MBT等單體，以及TSX04、TSX05等復配物。 除了緩蝕劑之外，為了抑制Fe3+和Cu2+離子對金屬基體的腐蝕，以及防止鍍銅現象的發(fā)生，在清洗中還必須根據實際情況添加有效地

10、抑制劑和掩蔽劑。 優(yōu)點是可用同一介質實現除垢和鈍化，從而克服了鹽酸清洗等工藝程序多、工期長、用水量大、排放困難的缺點。但是，其藥品價格高，清洗成本高，這是限制其應用的主要原因。另外，它配藥工作量較大，清洗時需要100以上的高溫。 ? 5鍋爐設備起動前的加氧蒸汽清洗工藝鍋爐設備起動前的加氧蒸汽清洗工藝 (1)原理：新建鍋爐汽水管道內表面上的氧化物主要由熱力學不穩(wěn)定的低價氧化鐵 (FeO)組成，它在適當的溫度下與氧發(fā)生反應，可轉變?yōu)楦邇r鐵的氧化物(Fe3O4或Fe2O3)。這樣，沉積層的相組成和結構將發(fā)生變化，其結構堅固性被破壞。在一定壓力、溫度的過熱蒸汽以較高流速通過時，便能將沉積物機械地除去；

11、另外，在清洗后的金屬表面，由于高溫下氧化劑的作用，會形成良好的保護膜。 (2)特點：工藝簡單、無需使用化學藥劑、除垢與鈍化合一、可形成較穩(wěn)定的鈍化膜。 (3)工藝：蒸汽吹洗速度5080m/s質量流量不低于600kg/(m2s)；蒸汽壓力4MPa，溫度170450；加氧量0.11S/L。 ?二、化學清洗添加劑 ?1緩蝕劑緩蝕劑 在腐蝕介質中加入少量某種物質就能大大降低金屬的腐蝕速度，這種物質稱為緩蝕劑。其緩蝕效果常用緩蝕效率(I)來表示 V0和V1分別為未加緩蝕劑時和加入緩蝕劑后金屬的腐蝕速度。 化學清洗的緩蝕劑應滿足下列要求： (1)有良好的緩蝕性能，必須使腐蝕速度降至8g/(m2h)以下，不

12、發(fā)生明顯的局部腐蝕(如點蝕)，并且有利于防止氫脆； (2)不影響清洗劑的清洗能力； (3)無毒性，使用安全方便，并且清洗廢液排放以后不污染環(huán)境。 ? 2掩蔽劑掩蔽劑 清洗液中Cu2+離子的濃度較高時，這些Cu2+離子會與鐵發(fā)生置換反應：Fe+Cu2+Fe2+Cu，從而導致鋼鐵腐蝕，并在鋼鐵表面析出金屬銅，這就是所謂的鍍銅現象。為了防止鍍銅，可添加銅離子絡合劑，即掩蔽劑，例如，硫脲、NH3等。 ? 3還原劑還原劑 清洗液中的Fe3+會引起基體金屬的腐蝕：Fe+2Fe3+ 3Fe2+。當Fe3+超過一定量時，會使鋼鐵腐蝕顯著加快，甚至產生點蝕。一般希望Fe3+10的聯(lián)氨保護溶液。 (2)用木塞或特

13、制塑料塞將汽包蒸汽引出管堵塞。若因汽包內部裝置焊死，無法進行堵塞時，則應考慮嚴格控制汽包內的液位。為此，應拆下原有水位計，并在其管座上安裝臨時玻璃水位計來指示液位。同時，在臨時水位計處安裝停止清洗泵的事故按鈕，并將汽包內事故放水管改作為臨時酸液溢流管用。 8氫氣的排放 為避免酸洗時所產生氫氣引起爆炸事故，或者產生氣塞而影響清洗，在清洗系統(tǒng)的最高點及酸箱頂部，都應安裝無彎頭、并具有一定管徑的排氫管。 ? 三、化學清洗步驟 ? 化學清洗過程一般包括水沖洗、堿洗、酸洗、漂洗和鈍化等步驟。 1水沖洗 化學清洗前，先用工業(yè)水對整個酸洗系統(tǒng)進行大流量沖洗，再用除鹽水沖洗。沖洗掉系統(tǒng)中的沉積物。沖洗流速越大

14、越好。 2堿洗 高壓以上鍋爐的堿洗通常是采用0.20.5Na3PO4+0.10.2Na2HPO4，中低壓爐可采用0.51.0NaOH+0.51.0Na3PO4。為了進一步提高堿洗效果還可以同時加入0.010.1的表面活性劑或除油劑。應注意，當系統(tǒng)中有奧氏體鋼，不宜采用NaOH。堿洗溶液應采用除鹽水或軟化水配制，一般是采用邊循環(huán)邊加藥的方式配制溶液。具體作法是：首先是將清洗系統(tǒng)內充以除鹽水，并進行循環(huán)，同時將除鹽水加熱到80以上，然后連續(xù)注入事先已配好的濃堿母液。加藥完畢后，使溶液溫度維持在8090，循環(huán)流速在0.3m/s以上，持續(xù)824h，即可排放廢液。 堿洗結束后，先放盡系統(tǒng)內的堿洗廢液，然

15、后用除鹽水沖洗清洗回路至出水pH8.4，水質澄清、無顆粒物為止。 ?3酸洗 當使用鹽酸或檸檬酸清洗時，通常采用閉式循環(huán)方式進行。在堿洗后，往系統(tǒng)注入適量的除鹽水，維持循環(huán)，并加熱到所需溫度，鹽酸最高溫度為60，檸檬酸通?？刂茰囟葹?098，然后邊循環(huán)邊加入所需的緩蝕劑和濃酸量。加藥后繼續(xù)按擬定的清洗回路進行大流量的循環(huán)清洗，并定期倒換清洗回路。酸洗持續(xù)的時間一般為46h，但實際上應根據化學監(jiān)督的結果來判斷酸洗的終點。當清洗至酸液中全鐵含量和酸度基本穩(wěn)定時，應退出監(jiān)視管進行檢查。若監(jiān)視管已清洗干凈，再循環(huán)1h左右，即可結束酸洗。這時，便可開始用除鹽水頂排廢液，并進行水沖洗，沖洗至排出水的電導率5

16、0S/cm、pH=3.54.5、全鐵含量95者為優(yōu)良。 (3)根據腐蝕指示片的失重計算腐蝕速度，腐蝕指示片的腐蝕速度應低于8g(m2 h)。 (4)清洗后鍋爐啟動時的汽水品質也是評定清洗效果的一個重要標準，其水平值達到正常運行標準所需的時間越短，則清洗效果越好。 ?二、廢液的處理 1亞硝酸鈉廢液的處理 (1)尿素分解法。將尿素用鹽酸酸化后，能使亞硝酸根轉化為氮氣而除去，反應式如下： (2)氯化銨處理法。將 NaNO2廢液排人廢液處理池，然后加入 NH4C1，將發(fā)生如下反應： 實際處理時，氯化銨的加藥量應為理論量的 34倍，為加快反應速度可向廢液池通入加熱蒸汽，使處理溫度維持在 7080。為防止亞硝酸鈉在低 pH值下分解造成二次污染，應維持pH值在59。另外，此廢液不能與廢酸液排入同一池內。 (3)次氯酸鈣處理法。將 NaNO2排入廢液處理池并加次氯酸鈣后，將會發(fā)生如下反應： 次氯酸鈣加藥量應為亞硝酸鈉的 2.6倍。此法可在常溫下通入壓縮空氣進行攪拌。 ?2聯(lián)氨廢液的處理 將聯(lián)氨廢液排入廢液處理池，并加入次氯酸鈉后，將發(fā)生如下反應： 處理過程中，應監(jiān)測水中殘余氯的含量，當其含量0.5mg/L時，即可排放。 3氫氟酸廢液處理 將石灰乳或石灰粉連續(xù)加入氫氟酸廢液中，然后排入一個專門的反應