工業(yè)鍋爐絡(luò)合清洗工藝研究

陳勤華

(福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000)

1 前言

鍋爐經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，不可避免地會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢、銹蝕等問(wèn)題。由于水垢的產(chǎn)生，造成鍋爐金屬局部溫度冷熱不均，直接影響傳熱和汽水正常循環(huán)，輕則造成垢下腐蝕、燃料浪費(fèi)和縮短鍋爐壽命，重則引發(fā)脹管、變形或爆管事故。因此，TSG G5003-2008《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》規(guī)定，工業(yè)鍋爐受熱面被水垢覆蓋80%以上，且水垢平均厚度達(dá)到1mm以上時(shí)，或者鍋爐受熱面有嚴(yán)重銹蝕時(shí)，應(yīng)進(jìn)行除垢或除銹清洗。[1]

傳統(tǒng)的工業(yè)鍋爐化學(xué)清洗除垢方式有酸洗除垢、堿煮除垢和運(yùn)行除垢。酸洗除垢風(fēng)險(xiǎn)較大，安全性低，對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)，控制不當(dāng)易造成過(guò)洗現(xiàn)象，且鹽酸購(gòu)置不易，購(gòu)買(mǎi)手續(xù)繁瑣；而堿煮除垢效果差，除垢率低；運(yùn)行除垢耗時(shí)長(zhǎng)，需50天～70天，除垢期間鍋水堿度常處于高限，易影響鍋爐蒸汽品質(zhì)，如排污不及時(shí)還易造成暴管事故。而絡(luò)合清洗除垢相對(duì)于以上的各種化學(xué)清洗，有其顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1）絡(luò)合清洗腐蝕率低，設(shè)備清洗過(guò)程安全；（2）絡(luò)合清洗除垢效果好，清洗后能在金屬表面形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜，無(wú)需再作鈍化處理；（3）絡(luò)合清洗最終產(chǎn)物為乳狀物，流動(dòng)性好，易隨鍋爐排污排除，可避免清洗過(guò)程中污垢成片脫落發(fā)生堵管現(xiàn)象；清洗后設(shè)備沒(méi)有事故隱患，例如不會(huì)在清洗后發(fā)生氫脆、過(guò)洗、點(diǎn)腐蝕、垢塊堵塞等現(xiàn)象；（4）絡(luò)合清洗工藝簡(jiǎn)單，因腐蝕率低可不掛腐蝕指示片，耗時(shí)較短，清洗時(shí)間一般為4h～24h，可在企業(yè)短暫停產(chǎn)時(shí)清洗；（5）絡(luò)合清洗劑購(gòu)買(mǎi)簡(jiǎn)便，無(wú)需公安局審批。為此，提出采用絡(luò)合清洗除垢代替酸洗等傳統(tǒng)的除垢方式，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)鍋爐的化學(xué)清洗中。

2 絡(luò)合清洗原理

絡(luò)合反應(yīng)：絡(luò)合劑與金屬離子結(jié)合，形成穩(wěn)定的新的離子的過(guò)程就叫絡(luò)合反應(yīng)。[2]反應(yīng)式如下：

絡(luò)合物：由一個(gè)簡(jiǎn)單陽(yáng)離子（中心離子）和幾個(gè)中性分子或幾種陰離子（配位體）以配位鍵結(jié)合而成的復(fù)雜離子叫絡(luò)離子，含有絡(luò)離子的化合物叫絡(luò)合物，作配位體的物質(zhì)稱絡(luò)合劑。[3]通俗地說(shuō)，由絡(luò)合反應(yīng)生成的產(chǎn)物就是絡(luò)合物，絡(luò)合物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。

絡(luò)合清洗是根據(jù)絡(luò)合劑與水垢中的鈣、鎂離子通過(guò)絡(luò)合反應(yīng)，將固態(tài)的化合物轉(zhuǎn)化為可溶性的穩(wěn)定絡(luò)合物，進(jìn)而將其產(chǎn)物排出鍋爐外，達(dá)到除垢的目的；[4]同時(shí)，絡(luò)合劑通過(guò)螯合功能在金屬表面形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜。

3 絡(luò)合清洗工藝及清洗效果

工業(yè)鍋爐水垢類(lèi)型可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵垢及混合垢等[3]，對(duì)于不同類(lèi)型的水垢需采取不同的清洗方案，方能取得理想的清洗效果。文中以碳酸鹽為主的水垢、硅酸鹽為主的水垢及混合水垢為例，分別闡述絡(luò)合清洗工藝及其清洗效果。

3.1 以碳酸鹽為主的水垢絡(luò)合清洗工藝及效果（以武平縣三卓紙業(yè)DZL6-1.25-WⅡ鍋爐清洗為例）

3.1.1 制定絡(luò)合清洗方案

（1）了解鍋爐設(shè)備參數(shù)、投運(yùn)年限及水處理情況，檢查鍋爐設(shè)備狀況、內(nèi)部結(jié)垢或銹蝕狀況。

該鍋爐內(nèi)部結(jié)垢情況：水垢覆蓋率＞85%，水垢厚度約3mm。

（2）水垢定性分析及溶垢小型試驗(yàn)

在鍋爐受熱面采取有代表性的垢樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水垢定性分析和小型溶垢試驗(yàn)。

水垢類(lèi)型的鑒別方法。（見(jiàn)表1）

表1 水垢類(lèi)型的鑒別[2]

該鍋爐水垢定性分析結(jié)果：以碳酸鹽為主，含少量硅酸鹽。

（3）制定清洗方案

根據(jù)水垢定性分析和溶垢小型試驗(yàn)結(jié)果，選擇合適的絡(luò)合清洗劑DJ-416，估算清洗劑用量，確定清洗工藝條件，制定絡(luò)合清洗方案。

3.1.2 清洗前準(zhǔn)備

（1）打開(kāi)鍋爐人孔、手孔，預(yù)先清除鍋內(nèi)堆積的沉渣和污物。

（2）選取與該鍋爐金屬同材質(zhì)（20G）的指示片（4片），經(jīng)乙醇清潔、干燥后稱量，分別懸掛于鍋筒和清洗箱內(nèi)（各2片）。

（3）用耐腐蝕膠管聯(lián)接清洗箱、清洗泵與鍋爐，形成低進(jìn)高出的循環(huán)工藝管路，關(guān)閉人孔、手孔、檢查孔及有關(guān)閥門(mén)。

（4）水壓檢漏。將清水注入鍋爐，進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，檢查鍋爐、清洗泵及循環(huán)管路的閥門(mén)有無(wú)泄漏、失靈等現(xiàn)象。

3.1.3 絡(luò)合清洗

（1）將爐內(nèi)水排出至鍋筒低水位處，點(diǎn)火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內(nèi)加入700kg 5%絡(luò)合清洗劑DJ-416，啟動(dòng)循環(huán)泵，將清洗劑送入鍋爐，循環(huán)泵持續(xù)循環(huán)。

清洗過(guò)程工藝條件控制：清洗液流速維持在0.6m/s～1m/s，溫度維持在90℃～98℃，清洗時(shí)間4h～6h。

（2）清洗過(guò)程進(jìn)行化學(xué)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為濁度、pH值、Ca2+濃度；監(jiān)測(cè)頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過(guò)程將pH值控制在4.5以下，當(dāng)pH值高于4.5時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加清洗劑DJ-416。

（3）清洗終點(diǎn)判斷：清洗至接近預(yù)定時(shí)間時(shí)，檢測(cè)Ca2+濃度基本趨于平衡時(shí)，終點(diǎn)到達(dá)，停止清洗。

3.1.4 水沖洗

清洗結(jié)束后，邊排清洗液邊上水，直至出水澄清，出水pH值接近進(jìn)水pH值。然后排盡鍋水，打開(kāi)人、手孔檢查清洗效果。

3.1.5 計(jì)算金屬腐蝕速度v

清洗結(jié)束時(shí)取出指示片，立即用清水淋洗后放入氨水溶液中浸泡1min～2min，取出后快速擦干，再放入無(wú)水乙醇中浸泡1min～2min后取出擦干，放入干燥器中，干燥2h后稱量。計(jì)算金屬腐蝕速度，見(jiàn)表2。

表2 金屬腐蝕速度計(jì)算

3.1.6 檢查清洗質(zhì)量及效果

（1）除垢率達(dá)80%以上；

（2）金屬腐蝕速度為0.07g/m2.h，遠(yuǎn)小于6g/m2.h，腐蝕總量遠(yuǎn)小于80g/m2，試驗(yàn)表明，絡(luò)合清洗劑對(duì)金屬基本無(wú)腐蝕；

（3）鍋爐金屬表面形成良好的鈍化保護(hù)膜，無(wú)明顯的二次浮銹，無(wú)點(diǎn)蝕。

清洗效果圖如圖1、圖2所示。

圖 1 清洗前

圖 2 清洗后

3.2 以硅酸鹽為主的水垢絡(luò)合清洗工藝及效果（以武平縣龍興木業(yè)DZG2-1.0-WⅡ鍋爐清洗為例）

3.2.1 制定絡(luò)合清洗方案

（1）了解鍋爐設(shè)備參數(shù)、投運(yùn)年限及水處理情況，檢查鍋爐設(shè)備狀況、內(nèi)部結(jié)垢或銹蝕狀況。

該鍋爐內(nèi)部結(jié)垢情況：水垢覆蓋率＞88%，水垢厚度約2mm～3mm。

（2）水垢定性分析及溶垢小型試驗(yàn)

在鍋爐受熱面采取有代表性的垢樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水垢定性分析和小型溶垢試驗(yàn)，水垢類(lèi)型的鑒別方法同表1。

該鍋爐水垢定性分析結(jié)果：以硅酸鹽為主，含少量磁性氧化鐵和碳酸鹽。

（3）制定清洗方案

根據(jù)水垢定性分析和溶垢小型試驗(yàn)結(jié)果，選擇合適的絡(luò)合清洗劑DJ-415，估算清洗劑用量，確定清洗工藝條件，制定絡(luò)合清洗方案。

3.2.2 清洗前準(zhǔn)備

（1）打開(kāi)鍋爐人孔、手孔，預(yù)先清除鍋內(nèi)堆積的沉渣和污物。

（2）選取與該鍋爐金屬同材質(zhì)（20G）的指示片（4片），經(jīng)乙醇清潔、干燥后稱量，分別懸掛于鍋筒和清洗箱內(nèi)（各2片）。

（3）用耐腐蝕膠管聯(lián)接清洗箱、清洗泵與鍋爐，形成低進(jìn)高出的循環(huán)工藝管路，關(guān)閉人孔、手孔、檢查孔及有關(guān)閥門(mén)。

（4）水壓檢漏。將清水注入鍋爐，進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，檢查鍋爐、清洗泵及循環(huán)管路的閥門(mén)有無(wú)泄漏、失靈等現(xiàn)象。

3.2.3 絡(luò)合清洗

（1）將爐內(nèi)水排出至鍋筒低水位處，點(diǎn)火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內(nèi)加入325kg 8%絡(luò)合清洗劑DJ-415，啟動(dòng)循環(huán)泵，將清洗劑送入鍋爐，循環(huán)泵持續(xù)循環(huán)。

清洗過(guò)程工藝條件控制：清洗液流速維持在0.6m/s～1m/s，溫度維持在90℃～98℃，清洗時(shí)間18h～24h。

（2）清洗過(guò)程進(jìn)行化學(xué)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為濁度、pH值及鐵離子濃度；監(jiān)測(cè)頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過(guò)程將pH值控制在4.5以下，當(dāng)pH值高于4.5時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加清洗劑DJ-415。

（3）清洗終點(diǎn)判斷：清洗至接近預(yù)定時(shí)間時(shí)，檢測(cè)鐵離子濃度和pH值基本趨于平衡時(shí)，終點(diǎn)到達(dá)，停止清洗。

3.2.4 水沖洗

清洗結(jié)束后，邊排清洗液邊上水，直至出水澄清，出水pH值接近進(jìn)水pH值。然后排盡鍋水，打開(kāi)人孔、手孔，用高壓水槍沖洗鍋內(nèi)各部位，清除鍋內(nèi)附著的泥狀絡(luò)合清洗產(chǎn)物。

3.2.5 計(jì)算金屬腐蝕速度v

清洗結(jié)束時(shí)取出指示片，立即用清水淋洗后放入氨水溶液中浸泡1min～2min，取出后快速擦干，再放入無(wú)水乙醇中浸泡1min～2min后取出擦干，放入干燥器中，干燥2h后稱量。計(jì)算金屬腐蝕速度，見(jiàn)表3。

表3 金屬腐蝕速度計(jì)算

3.2.6 檢查清洗質(zhì)量及效果

（1）除垢率達(dá)60%以上；

（2）金屬腐蝕速度為0.08g/m2.h，遠(yuǎn)小于6g/m2.h，腐蝕總量遠(yuǎn)小于80g/m2，試驗(yàn)表明，絡(luò)合清洗劑對(duì)金屬基本無(wú)腐蝕；

（3）鍋爐金屬表面形成良好的鈍化保護(hù)膜，無(wú)明顯的二次浮銹，無(wú)點(diǎn)蝕。

清洗效果圖如圖3、圖4所示。

圖 3 清洗前

圖 4 清洗后

3.3 混合水垢的絡(luò)合清洗工藝及效果（以福建中天農(nóng)業(yè)WNS2-1.25-Y.Q鍋爐清洗為例）

3.3.1 制定絡(luò)合清洗方案

（1）了解鍋爐設(shè)備參數(shù)、投運(yùn)年限及水處理情況，檢查鍋爐設(shè)備狀況、內(nèi)部結(jié)垢或銹蝕狀況。

該鍋爐內(nèi)部結(jié)垢情況：水垢覆蓋率＞85%，水垢厚度約2mm。

（2）水垢定性分析及溶垢小型試驗(yàn)

在鍋爐受熱面采取有代表性的垢樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水垢定性分析和小型溶垢試驗(yàn)，水垢類(lèi)型的鑒別方法同表1。該鍋爐水垢定性分析結(jié)果：氧化鐵、四氧化三鐵、硅酸鹽的混合垢。

溶垢試驗(yàn)如圖5所示。

圖5 溶垢試驗(yàn)

（3） 制定清洗方案

根據(jù)水垢定性分析和溶垢小型試驗(yàn)結(jié)果，選擇有機(jī)除銹劑DJ-417和絡(luò)合清洗劑DJ-415，估算清洗劑用量，確定清洗工藝條件，制定絡(luò)合清洗方案。

3.3.2 清洗前準(zhǔn)備

（1）打開(kāi)鍋爐人孔、手孔，預(yù)先清除鍋內(nèi)堆積的沉渣和污物。

（2）選取與該鍋爐金屬同材質(zhì)（20G）的指示片（4片），經(jīng)乙醇清潔、干燥后稱量，分別懸掛于鍋筒和清洗箱內(nèi)（各2片）。

（3）用耐腐蝕膠管聯(lián)接清洗箱、清洗泵與鍋爐，形成低進(jìn)高出的循環(huán)工藝管路，關(guān)閉人孔、手孔、檢查孔及有關(guān)閥門(mén)。

（4）水壓檢漏。將清水注入鍋爐，進(jìn)行檢漏試驗(yàn)，檢查鍋爐、清洗泵及循環(huán)管路的閥門(mén)有無(wú)泄漏、失靈等現(xiàn)象。

3.3.3 除鐵垢

（1）將爐內(nèi)水排出至鍋筒低水位處，點(diǎn)火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內(nèi)加入250kg 10%有機(jī)除銹劑DJ-417和適量40%氨水，啟動(dòng)循環(huán)泵，將清洗液送入鍋爐，用氨水調(diào)整清洗液pH值至3.5～4，循環(huán)泵持續(xù)循環(huán)。

清洗過(guò)程工藝條件控制：清洗液流速維持在0.6m/s～1m/s，溫度維持在90℃～98℃，清洗時(shí)間4h～6h。

（2）清洗過(guò)程進(jìn)行化學(xué)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為濁度、pH值、鐵離子濃度；監(jiān)測(cè)頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過(guò)程將pH值控制在4.5以下，當(dāng)pH值高于4.5時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加清洗劑DJ-417。

（3） 清洗終點(diǎn)判斷：清洗至接近預(yù)定時(shí)間時(shí)，檢測(cè)鐵離子濃度和pH值基本趨于平衡時(shí)，終點(diǎn)到達(dá)，除銹清洗結(jié)束。

（4）水沖洗

清洗結(jié)束后，邊排清洗液邊上水，直至出水澄清，出水pH值接近進(jìn)水pH值。

3.3.4 除硅酸鹽垢

（1）將爐內(nèi)水排出至鍋筒低水位處，點(diǎn)火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內(nèi)加入250kg8%絡(luò)合清洗劑DJ-415，啟動(dòng)循環(huán)泵，將清洗劑送入鍋爐，循環(huán)泵持續(xù)循環(huán)。

清洗過(guò)程工藝條件控制：清洗液流速維持在0.6m/s～1m/s，溫度維持在90℃～98℃，清洗時(shí)間18h～24h。

（2）清洗過(guò)程進(jìn)行化學(xué)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為濁度、pH值及鐵離子濃度；監(jiān)測(cè)頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過(guò)程將pH值控制在4.5以下，當(dāng)pH值高于4.5時(shí)適當(dāng)補(bǔ)加清洗劑DJ-415。

（3）清洗終點(diǎn)判斷：清洗至接近預(yù)定時(shí)間時(shí)，檢測(cè)鐵離子濃度和pH值基本趨于平衡時(shí)，終點(diǎn)到達(dá)，停止清洗。

（4）水沖洗

清洗結(jié)束后，邊排清洗液邊上水，直至出水較為澄清，出水pH值接近進(jìn)水pH值。然后排盡鍋水，打開(kāi)人孔、手孔，用高壓水槍沖洗鍋內(nèi)各部位，清除鍋內(nèi)附著的泥狀絡(luò)合清洗產(chǎn)物，并檢查清洗效果。

（5）計(jì)算金屬腐蝕速度v

第二次清洗結(jié)束時(shí)取出指示片，立即用清水淋洗后放入氨水溶液中浸泡1min～2min，取出后快速擦干，再放入無(wú)水乙醇中浸泡1min～2min后取出擦干，放入干燥器中，干燥2h后稱量。計(jì)算金屬腐蝕速度，見(jiàn)表4。

表4 金屬腐蝕速度計(jì)算

3.3.5 檢查清洗質(zhì)量及效果

（1）除垢率達(dá)80%以上；

（2）金屬腐蝕速度為0.31g/m2.h，小于6g/m2.h，腐蝕總量小于80g/m2；

（3）鍋爐金屬表面形成良好的鈍化保護(hù)膜，無(wú)明顯的二次浮銹，無(wú)點(diǎn)蝕。

清洗效果圖如圖6、圖7所示。

圖6 清洗前

圖7 清洗后

4 結(jié)論

絡(luò)合清洗實(shí)踐表明，絡(luò)合清洗工藝做到了清洗、鈍化一步完成，大大縮短了清洗工序，清洗過(guò)程安全可靠，可不掛腐蝕試片，除垢率、腐蝕速度和腐蝕總量均符合TSG G5003-2008《鍋爐化學(xué)清洗規(guī)則》的要求，且在保證化學(xué)清洗質(zhì)量的基礎(chǔ)上最大限度地降低了對(duì)環(huán)境的污染。工業(yè)鍋爐化學(xué)清洗采用絡(luò)合清洗工藝，代替酸洗等傳統(tǒng)的清洗工藝，可有效提高鍋爐清洗的安全性，解決清洗劑（鹽酸）購(gòu)買(mǎi)困難、購(gòu)買(mǎi)手續(xù)繁瑣的問(wèn)題，具有廣泛的應(yīng)用前景。