冷卻水系統(tǒng)碳鋼設(shè)備清洗劑作用機(jī)理分析

1、         06-03-05 10:33:00     作者：郭良生 余興增 黃霓    編輯：studa9ngns論文作者：郭良生 余興增 黃霓裳 邱富榮 石小燕摘要：冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,會(huì)有水垢(包括各種鈣垢,主要是3)和污垢(包括淤泥,鐵銹和生物膠泥等)沉積在碳鋼設(shè)備傳熱管的表面上。隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù),上述沉積物不斷增厚,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸸艿蓝氯３练e物的存在不僅會(huì)影響換熱器的傳熱效率,而且會(huì)產(chǎn)生垢下腐蝕1,最終導(dǎo)致熱交

2、器鋼管穿孔。因此,為保證冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)碳鋼設(shè)備的使用壽命必須進(jìn)行水處理,以起到緩蝕、阻垢和殺菌滅藻的作用。碳鋼設(shè)備的清洗是實(shí)施水處理的重要環(huán)節(jié),傳熱管表面上的沉積物如不清洗干凈,使用的水處理劑將無法在鋼管表面形成有效的保護(hù)膜,本工作對(duì)一種專用的高效多功能清洗劑型清洗劑及其作用機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究。 關(guān)鍵詞：冷卻水系統(tǒng) 清洗劑 除垢  1 引言冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,會(huì)有水垢(包括各種鈣垢,主要是3)和污垢(包括淤泥,鐵銹和生物膠泥等)沉積在碳鋼設(shè)備傳熱管的表面上。隨著運(yùn)行時(shí)間的延續(xù),上述沉積物不斷增厚,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸸艿蓝氯３练e物的存在不僅會(huì)影響換熱器的傳熱效率,而且會(huì)產(chǎn)

3、生垢下腐蝕1,最終導(dǎo)致熱交器鋼管穿孔。因此,為保證冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)碳鋼設(shè)備的使用壽命必須進(jìn)行水處理,以起到緩蝕、阻垢和殺菌滅藻的作用。碳鋼設(shè)備的清洗是實(shí)施水處理的重要環(huán)節(jié),傳熱管表面上的沉積物如不清洗干凈,使用的水處理劑將無法在鋼管表面形成有效的保護(hù)膜,本工作對(duì)一種專用的高效多功能清洗劑型清洗劑及其作用機(jī)理進(jìn)行試驗(yàn)研究。 2 實(shí)驗(yàn) 2.1清洗速度的測(cè)定用工廠提供的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)碳鋼設(shè)備的實(shí)際試樣浸泡在型清洗劑中,在常溫和靜態(tài)的條件下,觀察試樣表面沉積物的去除情況,記錄不同試樣清洗干凈所需時(shí)間。 2.2緩蝕率的測(cè)定采用失重法和極化曲線法測(cè)定復(fù)合緩蝕劑的緩蝕效率。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為含31%的工業(yè)

4、鹽酸500/和型清洗劑。實(shí)驗(yàn)材料為235鋼。失重法試樣規(guī)格為5.0×2.50×0.15,表面積為27.252。極化曲線法試樣表面積為12。所用試樣均經(jīng)金相砂紙逐級(jí)打磨,再經(jīng)自來水、無水酒精清洗、冷風(fēng)吹干,置入干燥器中備用。(1)失重法試樣經(jīng)稱重后在實(shí)驗(yàn)介質(zhì)中浸泡23。取出的試樣按照634886方法處理、稱重,然后按式(1)計(jì)算緩蝕率(%)=-×100(1)式中試樣在31%的工業(yè)鹽酸500/中的腐蝕率,/試樣在型清洗劑中的腐蝕率,/(2)極化曲線法試驗(yàn)在605電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行,用鉑電極作為輔助電極,用飽和甘汞電極作為參比電極。 3結(jié)果與討論 3.1型清洗劑的

5、主要特點(diǎn)型清洗劑的化學(xué)組成和技術(shù)指標(biāo)見表1、2。 型清洗劑的主要特點(diǎn)：(1)具有多種功能,可一次性將成分復(fù)雜的沉積物除凈。(2)清洗速度快,清洗表面質(zhì)量好,具有活性,有利于水處理劑在其表面形成有效保護(hù)膜。(3)緩蝕效率高,對(duì)碳鋼設(shè)備的腐蝕性很小。(4)操作安全簡(jiǎn)便,溶液容易配制和調(diào)整。(5)常溫使用,節(jié)約能源。(6)原材料價(jià)廉易得,清洗成本低。 3.2型清洗劑的作用機(jī)理分析 3.2.1鹽酸鹽酸是型清洗劑的主劑。它依靠化學(xué)溶解和機(jī)械剝離除去沉積物中的3、34和氧化鐵一類的腐蝕產(chǎn)物。(1)化學(xué)溶解由于鹽酸與上述物質(zhì)反應(yīng)生成可溶性的并且溶解度很大的金屬氯化物,因此,鹽酸對(duì)3、3(4)2和氧化鐵一類腐

6、蝕產(chǎn)物特別有效。即3+22+2+2(1)3(4)2+632+234(2)23+623+32(3)34+823+2+42(4)+22+2(5)23+32(6)(2)機(jī)械剝離鹽酸與基體鐵反應(yīng)產(chǎn)生的2可達(dá)1個(gè)大氣壓,從而把水垢和銹層剝離下來。+22+2(7)鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)很快,但對(duì)于銹蝕產(chǎn)物而言,盡管鹽酸的除銹速度在同濃度和同溫度的條件下是硫酸的1.52倍,在各種酸洗藥品中,鹽酸是首選的一種,但對(duì)鐵銹的溶解速度仍然較慢。鹽酸的除銹速度與其濃度有關(guān)。由圖12不難看出:在20時(shí),鹽酸濃度在15%20%的范圍內(nèi),除銹速度最快。作者把工業(yè)鹽酸(含31%)稀釋一倍,其溶液的鹽酸濃度正好落在除銹速度最快的范圍

7、內(nèi)。繼續(xù)提高鹽酸濃度不僅無益,反而有害。這是由于鹽酸易揮發(fā),產(chǎn)生的酸霧會(huì)腐蝕周圍的設(shè)備。由圖1還可以看出:提高鹽酸溶液溫度可以大幅度提高除銹速度。然而溫度太高,也會(huì)使鹽酸揮發(fā)。因此鹽酸溶液的溫度最好控制在2040為宜。    3.2.2氟化鈉鹽酸對(duì)硅酸鹽垢的清洗效果較差。這是由于鹽酸與硅酸鹽垢反應(yīng)生成氯化鈣和硅酸,硅酸是一種不溶于水或酸(除外)的凝膠狀沉淀物,阻礙2+進(jìn)入溶液,即3+22+23(8)在鹽酸溶液中加入適量的氟化鈉能提高清洗劑對(duì)硅酸鹽垢和氧化鐵的去除能力。-半徑特別小,負(fù)電性大,由于靜電吸引作用,易與體積小的多價(jià)正離子形成穩(wěn)定的絡(luò)陰離子62-和63-,即+(9)

8、3+62+62-+32(10)23+126+263-+32(11)62-與2+構(gòu)成絡(luò)合物63,6可溶于鹽酸或氫氟酸,從而把硅酸鹽垢和氧化鐵從沉積物中除去。這就是鹽酸清洗結(jié)合絡(luò)合劑清洗提高了清洗劑的除垢效率。此外,氟化鈉還具有一定緩蝕作用。由表3和圖2中不難發(fā)現(xiàn):在含烏洛托品和硫脲的鹽酸溶液(2#溶液)中添加氟化鈉(3#溶液)后,其試樣的陽極極化曲線3較之2#試樣下移幅度較大,而陰極極化曲線3變化甚微,說明氟化鈉的引入具有一定的陽極抑制作用,試樣的緩蝕率從90.0%提高至94 7%。其原因可能是陽極反應(yīng)產(chǎn)物2+被溶液中的溶解2氧化成3+,繼而3+與-絡(luò)合成穩(wěn)定的絡(luò)陰離子63-,63-帶負(fù)電,易被吸附在帶正電的微電池陽極上,而起到陽極抑制作用。 3.2.3乳化劑鹽酸溶液對(duì)油脂和微生物生成的膠狀物質(zhì)的清洗效果很差。為分散上述沉積物,在鹽酸溶液中加入適量非離子型表面活性劑乳化劑。乳化劑是一種非離子表面活性劑,其分子中既有親油基,又有親水基。親油基被油層所吸附,親水基朝向水溶液。分子定向排列的結(jié)果,使其表面張力降低,油層破裂,分散開來。乳化劑具有很好的濕潤(rùn)性、滲透性和擴(kuò)散性。其分子滲入油層底部,將油層剝離下