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鍋爐水垢的去除方法
鍋爐一旦結(jié)了水垢、污垢,不但會(huì)降低熱效率,給系統(tǒng)的安全、正常運(yùn)行帶來隱患,還會(huì)使水處理劑無法及時(shí)到達(dá)金屬表面而失效,加速金屬腐蝕的速度。因此,及時(shí)去除各類水垢是保障安全和設(shè)備壽命的重要前提!那么哪種方法能去除水垢呢?下面由工神鍋爐技術(shù)人員介紹介紹下鍋爐水垢的化學(xué)清洗方法。
一、鍋爐化學(xué)清洗的要求
1、新建鍋爐的化學(xué)清洗
1)對蒸汽壓力在5.9MPa以上的汽包爐,必須進(jìn)行啟動(dòng)前的鍋爐化學(xué)清洗。對容量在200MW以上機(jī)組的凝結(jié)水及高、低壓給水管道,應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗。
2)對蒸汽壓力在12.7MPa及以上鍋爐,應(yīng)進(jìn)行過熱器蒸汽吹管或化學(xué)清洗。
3)對過熱器進(jìn)行整體化學(xué)清洗時(shí),必須防止垂直蛇形管發(fā)生汽塞、氧化鐵沉積和奧氏鋼腐蝕的措施。
4)對再熱器,除銹蝕嚴(yán)重外,不再進(jìn)行化學(xué)清洗,可采取蒸汽吹管。
2、運(yùn)行鍋爐的化學(xué)清洗
對于運(yùn)行鍋爐的化學(xué)清洗,要在停爐期間進(jìn)行,通常是結(jié)合機(jī)組檢修時(shí)間加以安排。
化學(xué)清洗時(shí)間應(yīng)根據(jù)沉積物量及運(yùn)行年限確定。當(dāng)鍋爐水冷壁內(nèi)沉積物量達(dá)到表1中數(shù)值(洗垢法,向火側(cè)180°)或鍋爐化學(xué)清洗時(shí)間間隔達(dá)到表中規(guī)定時(shí),應(yīng)對鍋爐進(jìn)行化學(xué)清洗。
3、鍋爐清洗質(zhì)量
鍋爐及其熱力系統(tǒng)化學(xué)清洗的質(zhì)量應(yīng)達(dá)到如下要求:
(1)被清洗金屬表面清潔,基本無殘留氧化物、焊渣及其他雜物。
(2)無明顯金屬初晶析出的過洗現(xiàn)象,無二次浮銹,無點(diǎn)蝕;腐蝕指示片無點(diǎn)蝕,平均腐蝕速率應(yīng)小于8g/(m2h),腐蝕總量應(yīng)小于80g/m2;不應(yīng)有鍍銅現(xiàn)象并應(yīng)形成良好的鈍化保護(hù)膜。
為了達(dá)到上述要求,故鍋爐化學(xué)清洗通常包括堿洗(堿煮)、酸洗、漂洗及鈍化工藝。
二、鍋爐化學(xué)清洗方法
鍋爐化學(xué)清洗方法的范圍與要求,隨鍋爐機(jī)組參數(shù)、鍋爐狀態(tài)是新爐還是運(yùn)行爐,采取清洗劑及工藝的不同而要采取不同的清洗方法。
由于新爐各部位都可能較臟,清洗的范圍除鍋爐本體的水汽系統(tǒng)外,還應(yīng)包括清洗過熱器及爐前系統(tǒng)。也就是從凝結(jié)水泵出口,經(jīng)由除氧器,直至省煤器的全部水管道。而省煤器、水冷壁及汽包則屬于鍋爐本體水汽系統(tǒng)。
如果是運(yùn)行中鍋爐化學(xué)清洗,一般僅限于鍋爐本體水汽系統(tǒng)。
新爐化學(xué)清洗屬于機(jī)組分部試運(yùn)的工作,由安裝單位負(fù)責(zé)。長期以來,由于清洗對象為電廠主要設(shè)備,范圍大、工序多,有的清洗工藝如EDTA清洗,還需要鍋爐點(diǎn)火,涉及面很廣,故歷來受到各方面的重視。
新建鍋爐在投運(yùn)前清洗質(zhì)量,直接關(guān)系到鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,而且還有助于改善啟動(dòng)時(shí)的水汽質(zhì)量,使之能大大縮短新機(jī)啟動(dòng)到正常水汽品質(zhì)的時(shí)間,同時(shí)也有助于鍋爐投入正常運(yùn)行后水汽質(zhì)量保持合格穩(wěn)定。
現(xiàn)在可選用的清洗劑有鹽酸、氫氟酸、檸檬酸、EDTA等,在國內(nèi)都有許多次實(shí)踐,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),屬于成熟工藝。關(guān)鍵是應(yīng)根據(jù)新爐的具體情況,正確選擇清洗工藝與控制標(biāo)準(zhǔn),創(chuàng)造實(shí)施清洗的條件。
鍋爐清洗時(shí)要使用多種化學(xué)藥劑,針對不同要求采取不同的配方。所用的藥劑主要包括清洗劑、緩蝕劑、添加劑等。既達(dá)到清洗的目的,又防止金屬腐蝕并有助于鈍化成膜。
1、清洗用藥劑
●清洗劑
通常鍋爐清洗用清洗劑包括無機(jī)酸及有機(jī)酸兩大類,常用的無機(jī)酸主要為鹽酸、氫氟酸;有機(jī)酸為檸檬酸、EDTA等。
鹽酸
鹽酸是比較常見的清洗劑,它除垢力強(qiáng)、反應(yīng)快、價(jià)格低廉,它還可以剝離水冷壁管中的氧化鐵垢;另一方面,如清洗條件控制不好,它會(huì)對鐵有腐蝕作用,故在清洗時(shí),加入一定的緩蝕劑是必要的。
CaCO3+ 2HCl→CaCl2+H2O+CO2↑
MgCO3·Mg(OH)2+4HCl→MgCl2+3H2O+CO2↑
FeO+2HCl→FeCl2+H2O
Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O
以上反應(yīng)就是鹽酸去除碳酸鹽垢及氧化鐵垢的基本原理。
鹽酸會(huì)對金屬鐵產(chǎn)生腐蝕,這是眾所周知的。
Fe+2HCl→FeCl2+H2↑
鹽酸作為清洗劑也有其不足之處:一是鹽酸中的Clˉ會(huì)促使奧氏體不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕;二是它對硅酸鹽垢清洗能力差,需外加氟化物添加劑。
氫氟酸
高參數(shù)鍋爐蒸汽中對SiO2含量的要求很嚴(yán),因而鍋爐化學(xué)清洗時(shí)必須盡可能多的除去系統(tǒng)中的硅酸鹽垢,故鹽酸在這方面就存在不足,對高參數(shù)鍋爐來說,氫氟酸常選用為清洗劑。
氫氟酸是一種弱無機(jī)酸,它對硅化合物有很強(qiáng)的溶解能力;另一方面,它對氧化鐵也有很強(qiáng)的去除作用。
SiO2+6HF→H2SiO6+2H2O
HF+H2O→H3O++F—
HF在水中電離產(chǎn)生的F—,還能與Fe3+產(chǎn)生絡(luò)合作用,從而達(dá)到去除氧化鐵的目的。此外,HF還可以用于清洗由奧氏體鋼制造的鍋爐部件。這樣清洗時(shí)不用拆卸水汽系統(tǒng)中的有關(guān)部件,減少工作量又縮短化學(xué)清洗時(shí)間。應(yīng)用氫氟酸作清洗劑,清洗費(fèi)用將較高。
檸檬酸
檸檬酸H3C6H5O7是大型鍋爐化學(xué)清洗的一種常用清洗劑。
它的主要優(yōu)點(diǎn)是:對鐵垢及鐵銹的清除能力強(qiáng),反應(yīng)產(chǎn)物是易溶的絡(luò)合物,對金屬鐵的腐蝕性??;可以清洗奧氏體鋼等。其缺點(diǎn)是:清除沉積物的能力不及鹽酸,對鈣、鎂水垢及硅化合物清洗能力差;藥品價(jià)格較貴;清洗工藝條件也較苛刻。
EDTA
EDTA即乙二胺四乙酸,也是一種有機(jī)酸,它難溶于水,但它的鈉鹽或銨鹽,則在水中溶解性大大增加,作為清洗劑,它能與沉積物中鐵、銅、鈣、鎂等金屬氧化物反應(yīng)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物轉(zhuǎn)入溶液而具有較強(qiáng)的除垢能力。清洗中產(chǎn)生的沉渣少,系統(tǒng)不易堵塞;對鐵的腐蝕性小,而且對奧氏體鋼沒有危害;清洗后金屬表面光潔,具有耐蝕性,不必再進(jìn)行鈍化處理;清洗工藝實(shí)施比較方便,它較適合鍋爐的整體清洗。EDTA價(jià)格高,這是一個(gè)很明顯的不足之處,不過清洗后的排出液還可以作為它用,或者從中回收部分EDTA,以降低清洗成本。
●緩蝕劑
鍋爐化學(xué)清洗劑通常為無機(jī)酸及有機(jī)酸,它們具有除垢能力的同時(shí),對金屬鐵都有不同程度的腐蝕作用。因而在鍋爐化學(xué)清洗過程中,要添加某種添加劑,來抑制金屬的腐蝕,而又不至降低清洗劑對水垢及沉積物的去除效果,這類添加劑,即稱為緩蝕劑。
采用不同的清洗劑,往往的配用不同的緩蝕劑。它們按緩蝕的作用原理可分為陽極性、陰極性、復(fù)合性;按形成保護(hù)膜的性質(zhì)則可分為氧化膜、沉淀膜、吸附膜型。各種緩蝕劑多為含氮、含硫或同時(shí)含有氮及硫的有機(jī)化合物如有機(jī)胺的亞硝酸鹽、硫醇、硫脲等。
作為緩蝕劑,應(yīng)具備如下性能:
1)加入少量的緩蝕劑,就能大大降低金屬的腐蝕速度,但不能降低去除水垢及沉積物的能力,而且對水汽系統(tǒng)各部位,如焊接點(diǎn),不同金屬的連接處等均有良好的緩蝕效果;
2)對金屬的機(jī)械性能與金相組織沒有任何影響;
3)無毒性、易溶、使用方便、價(jià)格較低,且清洗后的廢液易于處理,不致對環(huán)境產(chǎn)生污染。 各種緩蝕劑都有不錯(cuò)的使用條件,這可通過試驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果來加以確定。例如鹽酸作清洗劑,常規(guī)的緩蝕劑為IS-129、IS-156、若丁等。有資料介紹它們的試驗(yàn)結(jié)果。
●添加劑
還原劑
在化學(xué)清洗的初期階段,清洗液中會(huì)產(chǎn)生Fe3+、Cu2+等,它們能引起鐵的腐蝕。如:Fe+2Fe3+→3Fe2+
Fe+Cu2+→Fe3++ Cu
當(dāng)清洗液中Cu2+較多時(shí),銅就會(huì)在鐵的表面上沉積析出,即產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象。因此,清洗液中要加入某些還原劑或掩蔽劑,如氯化亞錫、硫脲等,以消除它們的影響。
助溶劑
當(dāng)水汽系統(tǒng)的沉積物中含有較多硅酸鹽及銅垢時(shí),各種清洗液不易溶解,故在清洗液中要加入適量的助溶劑。如少量的氟化物,如NaF以加快溶解速度,同時(shí)氟化物在清洗液中產(chǎn)生氫氟酸,可以促使硅酸鹽水垢的溶解,它又能與Fe3+形成絡(luò)合物,降低了Fe3+含量,加快了氧化鐵垢的溶解。
表面活性劑
在化學(xué)清洗中,為提高清洗效果,加入少量的具有長鏈極性的有機(jī)化合物,它們可降低清洗液的表面張力,產(chǎn)生增溶去污、潤濕滲透及乳化分散等一系列表面活性,從而提高了清洗效果。
2、清洗系統(tǒng)流程
現(xiàn)在普遍采用流動(dòng)清洗方式對鍋爐進(jìn)行清洗。首先應(yīng)制定清洗方案,確定清洗的工藝條件:這包括藥品選擇與劑量、清洗液溫度與流速、清洗時(shí)間與清洗結(jié)果的檢查標(biāo)準(zhǔn)等。
鍋爐化學(xué)清洗按一定的程序進(jìn)行,一般為:水沖洗、堿洗或堿煮、酸洗、漂洗、鈍化等步驟。
●水沖洗
在鍋爐清洗前,用清水將存在于水汽系統(tǒng)中殘留物(新鍋爐)及附著性不高的沉積物、腐蝕產(chǎn)物等(運(yùn)行爐)用較高流速的清水沖洗掉,同時(shí)這還可以檢驗(yàn)系統(tǒng)是否存在泄漏,加以消除。
●堿洗或堿煮
新建鍋爐一般采用堿洗,以消除鍋爐在制造、貯運(yùn)、安裝過程中沾染的油污等,從而有助于提高酸洗效果。
堿洗液通常用Na3PO4、Na2HPO4加至除鹽水中配制成一定濃度,而且應(yīng)將水溫加熱至90℃以上。
對運(yùn)行中爐一般采用堿煮。因?yàn)閴A煮有助于沉積物的松動(dòng),從而易于被消除。使用的堿通常為Na3PO4與NaOH,堿煮過程中應(yīng)反復(fù)進(jìn)行補(bǔ)水及底部排污。
既然是堿煮,就得將鍋爐點(diǎn)火,使鍋內(nèi)水煮沸,且汽壓升高至一定壓力時(shí),維持壓力下煮沸一定時(shí)間。堿煮后待水溫降低至80℃以下時(shí),排出堿煮廢液,并將系統(tǒng)內(nèi)的被煮洗下來的污物清理干凈。
隨之進(jìn)行氨洗,以除去銅對酸洗的影響,也就是前文所說的產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象,它將促使金屬的腐蝕,氨洗結(jié)束,再用除鹽水將系統(tǒng)沖洗干凈,然后酸洗。
●酸洗
酸洗時(shí),藥液的配制分邊循環(huán)邊加藥或在清洗箱中配制清洗液的方式??刂坪盟嵯礂l件,定時(shí)取樣化驗(yàn),當(dāng)循環(huán)清洗液中Fe2+無明顯變化,則可結(jié)束酸洗。
●漂洗
當(dāng)鹽酸或檸檬酸作清洗液時(shí),酸洗后先用除鹽水沖洗后,一般還要用稀鹽酸或檸檬酸液對被沖洗系統(tǒng)進(jìn)行一次沖洗,以利用檸檬酸(H3C6H5O7)具有與鐵離子絡(luò)合的能力,去除系統(tǒng)中產(chǎn)生的附銹和仍可能殘存的鐵離子。
這種檸檬酸漂洗時(shí)應(yīng)加入少量的緩蝕劑,并用氨水調(diào)節(jié)pH值??刂坪胮H值、溶液溫度、漂洗時(shí)間。漂洗后不再用水沖洗。
●鈍化
鍋爐經(jīng)酸洗、沖洗或漂洗后,裸露的金屬表面暴露于大氣中易受到腐蝕,故必須加以防腐處理。一般是采用化學(xué)藥劑處理,使其金屬表面上形成一層保護(hù)膜,這種處理工藝,稱為鈍化。
鈍化的方法有多種,如亞硝酸鈉法、聯(lián)氨法、多聚磷酸鈉法及其他方法等。各種處理方法各有利弊,具體工藝條件也不相同。
3、鍋爐清洗后的工作
●化學(xué)清洗廢液的處理
鹽酸廢液用中和法處理;檸檬酸廢液用焚燒法處理;氫氟酸廢液用石灰乳處理,使其生產(chǎn)CaF2沉淀。
●清洗效果的檢查
清洗結(jié)束后,要仔細(xì)檢查水汽系統(tǒng),凡能打開的部分,應(yīng)打開檢查,并將其中殘存物盡量清除干凈。必要時(shí),可割管檢查水垢及腐蝕產(chǎn)物的清除以及成膜情況。結(jié)合清洗系統(tǒng)中所安裝的腐蝕指示片的腐蝕速度、在啟動(dòng)期內(nèi)水汽質(zhì)量是否合格,以及在啟動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中有沒有發(fā)生異常、化學(xué)清洗費(fèi)用等予以綜合分析評(píng)價(jià)。
鍋爐清洗完畢,清洗裝置拆除后,鍋爐應(yīng)立即投入運(yùn)行;如果不能立即投入運(yùn)行,則應(yīng)采取停爐保護(hù)措施。