地暖管水垢清洗劑的研究

劉永文，韓秀麗,王利來，趙麗娜，富中華

（大同大學(xué)綜合分析與測試中心，山西大同037009）

地暖管水垢清洗劑的研究

劉永文，韓秀麗,王利來，趙麗娜，富中華

（大同大學(xué)綜合分析與測試中心，山西大同037009）

采用物理（超聲波）與化學(xué)清洗相結(jié)合的方法對水垢進行清理，通過配制不同的清洗劑配方對地暖管進行清洗，對比清洗效果。得到最佳清洗劑配方，即無機組分（鹽酸、氟化鈉）與有機組分（檸檬酸、草酸鈉、EDTA二鈉鹽）按一定比例混合。此配方與物理方法（超聲波）聯(lián)合使用清洗效果更好，即先用清洗劑浸泡24 h，然后用超聲波進行清洗。

有機組分；無機組分；超聲波；混合組分

自來水在地暖管道中循環(huán)，加熱升溫以后，水的雜質(zhì)就會以不同的狀態(tài)存在，這些雜質(zhì)進一步形成了礦物質(zhì)水垢。水的硬度越大，形成的水垢就會越多。形成的這些水垢沉積非常快，水垢還降低熱效率，浪費能量，嚴(yán)重時會引起管道堵塞，裝置被迫停止工作，造成巨額的經(jīng)濟損失，因此有必要對地暖管道進行清洗。

1 水垢的形成與分類

水被加熱以后，一部分水被蒸發(fā)掉，不易溶解的正鹽（鈣、鎂）沉淀卻沉積下來，以前溶解了的酸式鹽，它們在加熱時分解，放出CO2，也會變成不易分解的鹽,比如CaCO3以及Mg(OH)2沉淀下來[1]。

水垢分為鈣鎂水垢[2]、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢及混合水垢。

2 水垢的清洗方法

2.1 物理清洗

物理清洗主要采用高壓水沖洗和超聲波清洗2種方法，它作用的依據(jù)是水通過管道被送到噴嘴，高壓低速水被它變?yōu)榈蛪焊咚俚牧鲃铀?，并且分別從上、下、左、右各個方向沖擊地暖管，最終完成清除水垢的工作[3]。

這2種方法不需要加熱，用料是不添加清洗劑的自來水，既經(jīng)濟又環(huán)保，現(xiàn)在地暖管大都采用這2種方法清洗，但是對一些水垢的清洗不夠徹底。

2.2 化學(xué)清洗

化學(xué)清洗是指用一些酸性溶液對管壁進行清洗，在清洗過程中，氫離子起決定性因素。酸洗對水垢的清洗很有效，常用的酸有無機酸和有機酸。酸的種類不同，氫離子的解離度也就不同。無機酸解離度較大，酸性強，能在常溫下清洗，但是腐蝕性強。有機酸解離度較小，酸性弱，常需加熱清洗，但腐蝕也較弱。無機酸主要有鹽酸[4]、硝酸[5]、磷酸和氫氟酸[6]等，溶解污垢的能力較好，速度快并且便宜。其缺點是：在清洗過程中會出現(xiàn)霧，從而引起環(huán)境問題。有機酸比較貴、耗時長、浪費能源，但是對人體的傷害較小。

20世紀(jì)初，人們對水垢形成的原因和水垢的影響以及處理方法進行了深入的探討，并且運用了大量的化學(xué)和物理方法來清洗水垢[7-8]。民用水熱地暖供熱是近十幾年流行起來的取暖方法，尤其在我國北方應(yīng)用普遍。好的溶解地暖管道水垢清洗劑，能保證地暖管道長期并且安全地運行，具有很好的社會意義和很大的經(jīng)濟價值。

本文采用物理（超聲波）與化學(xué)清洗相結(jié)合的方法對水垢進行清理，通過配制不同的清洗劑配方對地暖管進行清洗，對比清洗效果。得到一種清洗效果很好的清洗劑配方，即無機組分（鹽酸、氟化鈉）與有機組分（檸檬酸、草酸鈉、EDTA二鈉鹽）按一定比例混合，此配方與物理方法（超聲波）聯(lián)合使用清洗效果更好。

3 實驗部分

3.1 儀器與材料

實驗儀器：電子分析天平，數(shù)控超聲波清洗器，移液管，容量瓶。

實驗材料：已連續(xù)使用3年的PE—x地暖管片段，管內(nèi)徑≯=15 mm，長度40 mm，管內(nèi)附著污垢量（表面積）＞3／4管內(nèi)表面積，以下簡稱試樣管。

實驗所用試劑均為分析純，水為一次蒸餾水。

3.2 試驗方法

1）先用自來水清洗地暖管表面的污垢，自然晾干，把每段試樣管從中間切開一分為二備用，并拍照。

2）每組實驗開始前先進行蒸餾水空白實驗進行對比。

3）按不同配方，將各種組分和蒸餾水混合均勻配制成100 mL的清洗液放入燒杯中，將待清洗試樣管靜置到清洗液中即可。

4）待反應(yīng)相同時間后，取出試樣管，用自來水沖洗，干燥后拍照，與清洗前留存的照片進行對比，判斷清洗效果。

5）配制成與3）一樣的清洗液，把待清洗試樣與燒杯一起放入超聲波清洗器中，看試樣表面基本清洗干凈需要多長時間，通過所用時間的長短來判斷清洗效果。

4 結(jié)果與討論

4.1 無機組分

1)無機單一組分：只有一種無機組分的配方為15 mL 5%的鹽酸、硫酸、硝酸或氟化鈉，清洗效果見圖1。

由圖1可見，只有一種無機組分的配方，鹽酸的清洗效果最好。

圖1 單一無機組分清洗效果圖

2）無機混合組分：無機組分混合的配方見表1，清洗效果通過photoshop得到B數(shù)值進行判斷，B數(shù)值越大，則此配方的清洗效果越好。

可見，鹽酸和氟化鈉混合后的清洗效果最好。通過實驗對比發(fā)現(xiàn)雖然酸的濃度越高清洗速率越快，但從經(jīng)濟和環(huán)境角度考慮鹽酸的量和氟化鈉的量分別控制在1 mL、0.05 g時最為合適。B值排序為1＞2＞3＞4＞5。

表1 無機混合組分配方

4.2 有機組分

1)有機單一組分：只有一種有機組分的配方及清洗效果，見表2。

可見檸檬酸和草酸鈉（含少量鹽酸）對水垢的清洗能力較強。

2）有機混合組分：有機組分混合的配方見表3，清洗效果見圖2。

由圖可見檸檬酸、草酸鈉、EDTA二鈉鹽組合和檸檬酸、磺基水楊酸、EDTA二鈉鹽組合對水垢的清洗效果較好，但耗時較長。

表2 有機單一組分配方

圖2 有機混合組分配方清洗效果

表3 有機混合組分配方/g

4.3 無機組分與有機組分的混合組分

無機組分與有機組分混合組分的清洗配方及清先效果見表4。

由數(shù)據(jù)可見，鹽酸、氟化鈉、檸檬酸、草酸鈉、EDTA二鈉鹽作為酸洗配方時清洗效果最佳。最佳使用量為每100 mL清洗劑含鹽酸1 mL、氟化鈉0.05 g、檸檬酸0.05 g、草酸鈉0.05 g、EDTA二鈉鹽0.05 g。還可發(fā)現(xiàn)，盡管鹽酸用量增加清洗效果還在增加，但考慮到酸性大強時負面效果增大，所以不宜過大。

圖3 混合組分清洗效果圖

此清洗劑清洗后仍有水垢斑點存在，特別是水垢比較厚的地方清洗不夠徹底，為此采用了與超聲波相結(jié)合的方法。通過一系列實驗證明在使用超聲波的時候應(yīng)該預(yù)先對試樣進行一段時間的浸泡處理，如果直接將酸洗液和試樣放入超聲波進行清洗，仍然有少量污垢斑點存在，因此清洗效果最好的方法是預(yù)先浸泡24 h，然后用超聲波清洗。

5 結(jié)論

1）只有1種無機組分的配方時，鹽酸的酸洗效果很好，使用無機混合組分的配方時，鹽酸和氟化鈉混合后的清洗效果是較好的，雖然酸的濃度越高清洗速率越快，但從經(jīng)濟和環(huán)境角度考慮鹽酸的量和氟化鈉的量應(yīng)該控制在1 mL、0.05 g時最為合適。

2）只有1種有機組分的配方時，檸檬酸和草酸鈉（含少量鹽酸）對水垢的清洗能力比較強，當(dāng)使用有機組分混合配方時，檸檬酸、草酸鈉、EDTA二鈉鹽組合和檸檬酸、磺基水楊酸、EDTA二鈉鹽組合對水垢的清洗效果比較好，但耗時較長。

3）有機組分與無機組分混合使用，即鹽酸、氟化鈉、檸檬酸、草酸鈉、EDTA二鈉鹽混合組分清洗效果最佳，酸性既不是太強也能把試樣管清洗干凈。

4）超聲波與清洗劑聯(lián)合使用對水垢的清洗效果最好，在使用超聲波的時候應(yīng)該用最佳清洗劑（每100 mL清洗劑含鹽酸1 mL、氟化鈉0.05 g、檸檬酸0.05 g、草酸鈉0.05 g、EDTA二鈉鹽0.05 g）預(yù)先浸泡24 h，然后用超聲波清洗。

表4 無機組分與有機組分混合組分配方

參考文獻

[1]蔡敏.淺談鍋爐水垢的形成及危害[J].安全與健康,2008(9):37-38.

[2]張基沛,閆艷,郭奇.初冷器管道水垢化學(xué)清洗技術(shù)的分析與應(yīng)用[J].中國科技信息,2005,2(22A):128-128.

[3]滿毅.高壓水除鱗系統(tǒng)計算軟件的開發(fā)[D].沈陽：東北大學(xué),2008.

[4]康永,鄭莉,邵世權(quán).超聲波清洗技術(shù)研究進展[J].清洗世界,2012,28(4):12-16.

[5]陳景昭.鍋爐化學(xué)清洗的安全性分析及防護措施分析[J].中國科技博覽,2014(33):110-110.

[6]胡偉.金屬清洗劑技術(shù)原理及應(yīng)用綜述[J].農(nóng)機質(zhì)量與監(jiān)督,1989(5):27-30.

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[8]郭信忠.一種民用固體清洗劑的研制與應(yīng)用[J].山西化工,2004,24(4):34-35.

Research of Scale Cleaning Agent for Heating Pipe

LIU Yong-wen,Han Xiu-li,WANG Li-lai,ZHAO Li-na,FU Zhong-hua
(Comprehensive Analysis and Test Center,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

Adopting physical combined with chemical method to clean up the scale by confecting different detergent formulation was carried out on the floor heating pipe cleaning.we contrastecl before and after cleaning the pipe by means of the pictures to judge the effect of cleaning the surface dirt.Through a series of experiments we selected the appropriate cleaning agent formula that inorgan?ic acid and organic acid mixture formula(hydrochloric acid,sodium fluoride,sodium citric acid,oxalic acid,EDTA disodium salt),and then the experiment proved that this formula with physical method using the best cleaning effect.that is to use detergent soaked for 24 hours,and then use ultrasonic cleaning.

organic component;inorganic component;ultrasonic wave;mixed component

069

A

1674-0874(2017)03-0031-04

〔責(zé)任編輯 楊德兵〕

2017-02-23

劉永文（1965-），男，山西渾源人，博士，教授，研究方向：分析化學(xué)。