油田注汽鍋爐水垢成因、危害及處理方法

潘立生

摘 要：水垢是日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中比較常見的一種現(xiàn)象，給人們的生活和生產(chǎn)帶來了不同程度的困擾。工業(yè)生產(chǎn)中水垢的產(chǎn)生較為常見，鍋爐、中央空調(diào)等換熱設備，使用一段時間都會結(jié)生水垢。油田鍋爐形成水垢會降低鍋爐的傳熱效率，造成一定的能源浪費，還會影響鍋爐的正常運行，縮短正常使用壽命，從而降低鍋爐運行與工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性。為了避免由于鍋爐結(jié)生水垢引發(fā)不良事件，正確了解鍋爐水垢的形成原因、危害以及正確的處理方法及預防水垢形成顯得尤為重要。

關鍵詞：油田注汽鍋爐 ?水垢 ?危害 ?清除 ?預防

中圖分類號：TK228 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（c）-0031-02

鍋爐是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市居民個公共設施中主要應用的熱能動力設備，是以水為介質(zhì)生產(chǎn)蒸汽或高溫水的熱供主要設備。注汽鍋爐是油田對稠油的注蒸汽熱采的專用鍋爐，為直流式高壓鍋爐，傳能介質(zhì)與普通鍋爐一樣為水。油田鍋爐形成水垢會降低鍋爐的傳熱效率，造成熱能和燃料能源的浪費，還會影響鍋爐正常、安全的運行，縮短正常使用壽命，從而降低鍋爐運行與工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性，因此，必須重視鍋爐水垢的清除與防治工作。

1 注汽鍋爐水垢形成的原因與過程

1.1 水垢形成的原因

鍋爐用水中雜質(zhì)較多，水中的鈣、鎂鹽類因受熱分解、蒸發(fā)、濃縮，發(fā)生物理變化或化學變化，水的濃度達到一定程度時，在與水接觸的受熱面上會產(chǎn)生一層固態(tài)附著物，或是由于鍋爐中的水一次性蒸發(fā)完畢，水中的鹽類成分沉淀在鍋爐受熱面上。受熱面上的附著物與沉淀物為鍋爐水垢，隨著使用時間增長水垢厚度增加，阻礙熱能量的傳遞。

1.2 水垢形成的過程

（1）水在加熱過程中不斷蒸發(fā)，鍋爐水中的鹽類物質(zhì)含量不斷增加;（2）水中部分鈣、鎂鹽類受熱后在水中溶解度下降，如CaSO4、Mg（OH）2、Ca（OH）2水濃度達到飽和后在受熱面上析出結(jié)晶，形成水垢;（3）部分鹽類受熱分解，形成難溶于水的沉淀物。如：

Ca（HCO3）2→CaCO3↓+H2O+CO2↑

Mg（HCO）2→MgCO3+ H2O+CO2↑

MgCO3微溶于水，水溶液PH值呈弱堿性，MgCO3加熱時與水進一步反應，生成比MgCO3更難溶于水的Mg（OH） 2：

MgCO3+ H2O=Mg（OH） 2↓+CO2↑

（4）鍋爐水中的鹽類、堿類物質(zhì)的相互反應生成難溶于水的化合物沉淀結(jié)成水垢。如：

Ca（HCO3）2+2NaCl=CaCO3↓+Na2 CO3+H2O

CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl

2 鍋爐水垢的分類及性質(zhì)

鍋爐水垢的化學成分比較復雜，根據(jù)其成分不同可以分為以下幾類。

2.1 碳酸鹽水垢

碳酸鹽水垢是最為常見的水垢種類之一，主要成分是CaCO3，含少量MgCO3和Mg（OH） 2多形成于水未煮沸時，呈白色。水的pH值會影響水垢的硬度與形態(tài)，當水溫較低pH值較大時，產(chǎn)生的是疏松的軟質(zhì)水垢;而當水溫熱度較高pH值較小時，產(chǎn)生的則是堅硬致密的硬質(zhì)水垢，附著于鍋爐內(nèi)壁。碳酸鹽水垢在5%的鹽酸溶液中可以大部分溶解，反應時產(chǎn)生大量氣泡，充分反應后溶液中的不溶物很少。

2.2 硫酸鹽水垢

其主要成分是CaSO4，呈白色或微黃色，堅硬致密，手感滑膩，多產(chǎn)生于鍋爐內(nèi)溫度最高、蒸發(fā)率最大的受熱面上。硫酸鹽水垢在鹽酸溶液中反應時很少有氣泡，溶解較少，加入10%的氯化鋇溶液會產(chǎn)生大量白色沉淀物質(zhì)。

2.3 硅酸鹽水垢

其成分較為復雜，主要成分是硅酸化合物，其中SiO2含量達20%以上，水垢呈白色或灰白色，堅硬，表面帶刺，主要形成于鍋爐溫度最高時。硅酸鹽水垢在鹽酸溶液中不溶解，加熱后其它組成成分緩慢溶解，產(chǎn)生透明砂粒狀沉淀物，加入1%的氫氟酸溶液可緩慢溶解。

2.4 混合水垢

混合水垢成分混雜，沒有主體成分，因此其性質(zhì)根據(jù)成分不同差異較大?；旌纤冈谙←}酸溶液中可以大部分溶解，并產(chǎn)生氣泡，反應結(jié)束后會存在殘留的水垢碎片或泥狀物。

2.5 含油水垢

水中混入油脂后形成的水垢質(zhì)地松軟，很難清除，一般含有水垢的油含量在5%以上，呈黑色，沉積在鍋爐溫度最高的部位，導熱性能差。在含油水垢中加入乙醚，溶液呈黃綠色。

2.6 鐵垢

鐵垢的主要成分是鐵的氧化物和氫氧化物，多結(jié)生在鍋爐受熱最強的受熱面上，堅硬但易清除，鐵的氧化物一般呈紅棕色，氫氧化物呈棕色和紅褐色。鐵垢加稀鹽酸溶液可溶解，溶液呈黃綠色，加硝酸能快速溶解，溶液呈黃色。

3 注汽鍋爐產(chǎn)生水垢的危害

水垢的導熱性能較差，結(jié)生水垢后的危害表現(xiàn)為以下幾種。

3.1 造成能源浪費

水垢的導熱性能僅是鋼材的幾十分之一，甚至是幾百分之一，因此燃料燃燒產(chǎn)生的熱量不能有效的傳遞給鍋爐中的水，大部分熱量被煙氣帶走，大大降低了鍋爐的傳熱效率;為了保證達到鍋爐工作時的額定參數(shù)，則要添加更多的燃料，也造成了一定程度的燃料浪費。

3.2 影響鍋爐的安全運行，縮短使用壽命

水垢的導熱性差，水垢的產(chǎn)生阻礙了受熱面吸收的熱量向鍋爐水的傳遞，使受熱面的工作溫度高于正常運行的溫度。若運行溫度高于鍋爐受熱面的最高承受溫度，金屬由于過熱會降低工作強度，鍋爐運行產(chǎn)生的壓力會導致金屬鼓包、穿孔、甚至發(fā)生爆管事故，使鍋爐運行存在安全隱患。如果不及時清理水垢，長期高溫、高壓、高強度的工作會破壞鍋爐壁，影響鍋爐水循環(huán);水垢附著的金屬會逐漸腐蝕，不僅會縮短鍋爐的正常使用壽命，還會引發(fā)安全事故。

3.3 降低鍋爐出力

鍋爐產(chǎn)生水垢后，導熱系數(shù)降低，鍋爐要達到額定蒸發(fā)量（熱量）需要燃燒更多燃料。隨著水垢生成厚度的增加，爐膛容積的排面量與沒有水垢時一樣大，沒有變化，燃料消耗受限，因此降低了鍋爐的出力。

3.4 降低了工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性

鍋爐結(jié)生水垢后影響了正常的運行，降低了工業(yè)生產(chǎn)量，水垢的清理與檢修要停爐，大量的財力、人力與物力，大大降低了工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性。

3.5 增加了大氣污染

水垢導致的鍋爐傳熱能力降低，熱量由于煙氣帶走造成的熱量浪費，與鍋爐沒有水垢正常運行相比排出了更多的煙塵、二氧化氯及其它的有害物質(zhì)，增加了生產(chǎn)對大氣環(huán)境的污染。

4 注汽鍋爐水垢的處理與預防

4.1 鍋爐水垢的清理

（1）人工清理：通過人工清理鍋爐水垢需要錘、砸、刮、鏟等，最后將清理的殘渣沖洗干凈。人工清理水垢工作效率低，人員需求與勞動強度較大，隨著科學技術的提高，采用人工清理的越來越少。（2）機械清理：當鍋爐結(jié)有水垢后，停爐冷卻，通過專業(yè)的清洗工具進行清理，如帶有電機、螺旋鋼絲刷的專業(yè)洗管器械。如果水垢堅硬，可采用高壓水射流清洗，再用帶鋼絲刷的洗管器清洗，一般均可清理干凈。機械清理為物理法清理，但是只適用于清洗鋼管，不適用銅管，因為銅管容易被損傷。（3）化學除垢，即通過化學或電化學反應將鍋爐金屬管壁上的水垢轉(zhuǎn)變成可溶性的鹽類溶解在清洗液中，隨著清洗液的排放而將水垢清理掉。常規(guī)水垢化學除垢：根據(jù)鍋爐的材質(zhì)選用能夠安全有效清理水垢的溶液，一般溶液濃度為5%～20%，也可根據(jù)水垢的厚度選擇合適的濃度進行清理。清理完成后需要將廢液排出，再用清水進行清洗，再將水加滿，加入適量中合劑，浸泡煮沸40 min左右，排除廢水，清洗1～2次即可使用。酸洗法清理水垢：通過此方法清理鍋爐水垢可選鹽酸、磷酸、鉻酸及氫氟酸，但不能選用硫酸。硫酸與水接觸時會在水垢的表面形成一層硫酸鈣硬膜，膜下的水垢不能有效接觸酸液，不能達到有效清理水垢的效果。由于磷酸和鉻酸的價格比鹽酸貴很多，雖然清理水垢的效果很少，一般還是選擇用鹽酸，鹽酸只能清洗碳酸鹽水垢，清洗過程中會生成氯化鎂和氯化鈣，比較容易清理，同時伴有二氧化碳生成，對鹽酸溶液有攪拌作用。硅酸鹽水垢可以選擇氫氟酸進行清洗。如果水垢是以硫酸鹽和硅酸鹽為主要成分的混合水垢，可以選擇用鹽酸進行清洗。酸洗時要注意控制鹽酸溶液的濃度，一般為3%～5%，也可以根據(jù)水垢的厚度選擇適合的濃度。由于酸洗時酸溶液不僅能夠清除水垢，還會根據(jù)濃度、溫度的高低對金屬造成不同程度的腐蝕性，因此酸洗時必須添加抑制劑。目前酸洗清除水垢是油田注汽鍋爐的常用清理方法。

4.2 鍋爐水垢的預防

（1）鍋爐內(nèi)水處理：此方法是通過在鍋爐水中添加化學制劑與結(jié)成水垢的鈣鹽、鎂鹽反應形成疏松的沉渣，通過排水將沉渣排除鍋爐，以減少或防止鍋爐結(jié)生水垢。在爐水中添加化學制劑一般用于小型低壓火管鍋爐。常用的化學藥品為磷酸三鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉及有機膠體等，加入鍋爐水的藥品應配制成溶液，配制時注意溶液濃度。一般磷酸三鈉溶液濃度為5%～8%，碳酸鈉溶液不超過5%，氫氧化鈉溶液不高于1%～2%。添加藥品溶液有的是定期添加，通過加藥罐操作;有的是連續(xù)加藥，在給水設備前連續(xù)添加。蒸汽鍋爐的藥品添加最好是采用連續(xù)添加的方式，以保證鍋爐內(nèi)藥品溶液的均勻。凡是采用鍋爐內(nèi)水處理方法預防水垢的，需要加強鍋爐排污，將形成的殘渣、泥垢排出，以保證預防水垢產(chǎn)生的效果。（2）鍋爐外水處理：鍋爐外水處理防止水垢結(jié)生適用于各種鍋爐。向澄清的水中添加適量的石灰和純堿進行軟化，達到預防水垢結(jié)生的目的。冷軟化法是在室溫下進行，使水中殘余的硬度降至1.5～2 mEp/L。熱法是將水溫加至20℃～80℃，將水中殘余硬度降至0.3～0.4 mEp/L，熱軟化法降低水硬度的效果明顯優(yōu)于冷軟化法，建議采用熱軟化法，提高軟化效果。

鍋爐結(jié)生水垢不僅影響工業(yè)生產(chǎn)量，還存在一定的安全隱患、造成能源浪費并會加重空氣污染的程度，因此對鍋爐水垢的預防工作尤為重要，結(jié)生水垢后的清理工作也十分必要。在進行鍋爐清洗工作時一定要嚴格按照鍋爐的清新規(guī)范進行操作，并達到清洗標準。目前國內(nèi)外對鍋爐水垢的清洗有了很多安全、經(jīng)濟的方法，但又都存在不同方面的問題，鍋爐的物理清洗、微生物清洗方法正在嘗試中。

參考文獻

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