鍋爐的化學清洗

鍋爐的化學清洗就是用某些化學藥品的水溶液，清洗鍋爐汽水系統內的沉積物，并使管壁表面形成良好的防腐蝕保護膜。

    新安裝的鍋爐在其制造、運輸與安裝過程中，可能有軋制鐵皮、腐蝕產物、防腐涂料、砂子等雜質進入或殘留在鍋爐管內。這些雜質在鍋爐投入運行前如不除去，投入運行后就會引起爐管堵塞、形成沉積物以及發生沉積物下的腐蝕。因此，新安裝鍋爐在啟動前，應進行化學清洗。

    運行中的鍋爐，由于給水攜帶雜質，會使鍋爐受熱面產生沉積物。當沉積物達到一定量時，就會影響鍋爐的安全經濟運行。因此，運行鍋爐也應該定期的或根據管壁沉積物的沉積量，進行化學清洗。

    一、化學清洗原理

    化學清洗鍋爐，是用含有緩蝕劑的酸溶液，來清除鍋爐管壁上的氧化鐵皮或沉積物。目前化學清洗方法，主要是用鹽酸、檸檬酸和氫氟酸清洗。

    1．鹽酸。由于鹽酸清洗效果較好，價格便宜，又容易買到，因此采用鹽酸清洗較為廣泛。

    (1) 清洗原理。鹽酸所以能夠清除管壁上的氧化皮和沉積物，是因為在酸洗過程中鹽酸能與這些雜質發生化學反應。

    ① 與管壁上的氧化皮作用。鋼材在高溫(575℃以上)加工過程中形成的氧化皮，是由FeO、Fe3O4和Fe2O4等三層不同的氧化鐵組成，其中FeO是靠近金屬基體的內層。鹽酸與這些氧化物接觸時，會發生化學反應，生成可溶性的FeCl2或FeCl3，使氧化皮溶解。其反應式如下：

FeO+2HCl→FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl→2FeCl3+3H2O

    在氧化皮溶解過程中，由于靠近金屬基體的FeO的溶解，還能使氧化皮從管壁上脫落。

    ② 與混雜在氧化皮中鐵作用。鹽酸能與氧化皮中的鐵作用，生成可溶性的氯化亞鐵和氫氣，反應式如下：

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

    產生的氫氣從氧化皮中逸出時，也能使尚未與鹽酸反應的氧化皮從管壁上剝落下來。

    ③ 與鈣、鎂碳酸鹽水垢作用。鹽酸還能與鈣、鎂的碳酸鹽發生化學反應，使水垢溶解，反應式如下：

CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2

MgCO3·Mg(OH)2+4HCl→2MgCl2+3H2O+CO2

    從鹽酸與管壁上各種沉積物的反應中可以看出，鹽酸在酸洗過程中，對管壁上的氧化皮和沉積物發生兩種作用：一是溶解作用，一是剝落作用。這兩種作用的結果都能使鍋爐得到清洗。

    (2) 對金屬表面的腐蝕作用。在酸洗過程中，鹽酸和氯化鐵能與鋼材裸露表面發生化學反應，使金屬受到腐蝕。

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

Fe+2FeCl3→3FeCl2

    為抑制金屬腐蝕，在清洗液中應加入緩蝕劑。

    (3) 注意事項。用鹽酸洗時，應注意以下兩點：

    ① 當水垢的主要成份是硅酸鹽時，單用鹽酸清洗效果較差。若向清洗液中加入適量的氟化物，可使硅化物溶解，改善清洗效果。

    ② 如果設備的材質是奧氏體鋼時則不能用鹽酸酸洗，因為鹽酸中的氯離子對奧氏體鋼產生應力腐蝕，即所謂“氯脆”作用。

    2．檸檬酸

    (1) 清洗原理。檸檬酸(H3C6H5O7·H2O)是一種無色晶體，易溶于水的有機酸。酸洗時，將檸檬酸配成2~3%的溶液，并用氨將其pH值調節為3~4。此時溶液的主要成份為檸檬酸單銨。用這種溶液清洗時，不僅利用它的酸性來溶解氧化鐵，更主要的是利用它能與鐵離子絡合生成易溶于水的絡合物而使氧化鐵溶解。因此，用檸檬酸酸洗沒有Fe3+的腐蝕和對奧氏體鋼的“氯脆”，也沒有大片的氧化皮或沉積物的剝落，所以不會出現大量的沉渣和懸浮物。這對清洗結構復雜的大機組是有利的。

    (2) 注意事項。用檸檬酸酸洗時，應注意以下兩點：

    ① 檸檬酸不能與銅垢，鈣、鎂水垢或硅酸鹽水垢作用。因此，當沉積物的主要成份為銅垢，鈣、鎂水垢或硅酸鹽垢時，不能用檸檬酸酸洗。

    ② 當清洗液的溫度低于80℃，pH值大于4.5或Fe3+超過0.5%時，都可能發生檸檬酸鐵沉淀。因此，采用檸檬酸酸洗時，應注意防止發生沉淀。

    3．氫氟酸

    (1) 清洗原理：

    ① 對氧化鐵的溶解作用。氫氟酸(HF)是一種弱酸，它在低濃度的條件下，對氧化鐵有較強的溶解能力。這種溶解能力主要靠氟離子的絡合作用。HF在水中能解離出H+和F，F-能與Fe3+絡合，而使氧化皮溶解。其反應如下：

    上述反應是在酸性溶液中進行的，但是，如果酸度過大([H+]>0.5M)，溶液中F減少，會導致Fe[FeF6]的解離。因此，一般采用1%的低濃度的氫氟酸做為清洗液。

    ② 對硅化物的溶解作用。氫氟酸能與硅化物發生反應，使硅化物的水垢很快溶解，其反應式為：

SiO2+4HF→SiF4+2H2O

    氫氟酸對氧化鐵或硅酸鹽水垢溶解得很快，約比用鹽酸快44倍。因此，當用氫氟酸清洗時，酸洗液可以一次通過，不需要循環。這樣避免了Fe3+對金屬基體的腐蝕，此時僅是氫氟酸的酸性腐蝕，因此腐蝕率較低，一般在1克/米2·小時左右。

    氫氟酸可用于奧氏體鋼等多種鋼材制造的設備，由于氫氟酸酸洗對金屬腐蝕性較小，在清洗時可以不拆卸系統中的閥門。

    (2) 注意事項。用氫氟酸酸洗時，應注意以下兩點：

    ① 氫氟酸有毒，能強烈刺激呼吸系統。與皮膚相接觸時，能引起劇烈的疼痛和難以治愈的燒傷，故在使用時應采取安全措施。

    ② 酸洗的廢液應妥善處理。一般是用石灰(CaO)中和廢液中的氫氟酸，其反應如下：

CaO+2HF→CaF2↓+H2O

    反應后生成了氟化鈣(CaF2)的沉淀，使廢液中的F-降至20ppm以下。

    二、緩蝕劑和緩蝕作用

    1．緩蝕劑

    在化學清洗時清洗液中的酸與裸露的金屬發生反應，使金屬受到腐蝕。為了減輕金屬的腐蝕，在清洗液中加入某些能減輕金屬腐蝕的藥品，這種藥品稱為緩蝕劑。如鄰二甲苯硫脲、烏洛托平等。

    2．緩蝕作用

    有機緩蝕劑的分子能吸附在金屬表面上，形成一種很薄的保護膜，這種保護膜，能抑制金屬的腐蝕過程。

    無機緩蝕劑能與金屬表面或溶液中的腐蝕產物發生作用，并在金屬表面生成一層致密而牢固的保護膜，同樣能抑制金屬的腐蝕過程。

    緩蝕劑的選擇和用量，與酸洗液的流速、酸洗液的溫度、金屬材料、清洗劑的種類和濃度有關。因此，緩蝕劑的選擇和用量，應通過酸洗前的小型試驗決定。

    三、添加劑及其作用

    1．添加劑。在清洗液中添加某種化這藥品，能夠加速沉積物的溶解或防止氧化性離子對金屬的腐蝕，這種藥品稱為添加劑。

    2．各種添加劑的作用

    ① 使進沉淀物溶解的添加劑。例如，在鹽酸清洗液中加入某種氟化物，它像氫氟酸與硅酸鹽、氧化鐵作用一樣，既可以使硅酸鹽水垢溶解，又可以加速對氧化鐵的溶解。

    ② 防止Fe3+、Cu2+對鋼鐵腐蝕的添加劑。當酸洗液中有較多的Fe3+或Cu2+時，會使金屬基體遭到腐蝕。為了防止不同的離子對金屬的腐蝕，可向清洗液中加入不同的添加劑。

    當清洗液中Fe3+較多時，可向清洗液中添加還原劑，使Fe3+轉變為Fe2+。如用鹽酸清洗，可用氯化亞錫和次亞磷酸等為還原劑。如用氫氟酸或檸檬酸清洗，則可用聯氨、草酸、抗壞血酸等為還原劑。

    當清洗液中Cu2+較多時，可向清洗液中添加銅離子絡合劑，如硫脲、六亞甲基四胺等，使Cu2+成為絡合離子。

    四、鍋爐化學清洗的確定

    鍋爐是否應該進行清洗，需根據具體情況決定。

    1．新裝鍋爐。新裝鍋爐的酸洗，需根據鍋爐壓力、鍋爐內部的清潔程度及設備結構來確定。高壓鍋爐及直流爐，在投運前應該進行化學清洗。

    2．運行鍋爐。運行鍋爐的酸洗，應根據各臺鍋爐管內沉積物的附著量或運行年限確定。

    ① 根據鍋爐管內沉積物附著量確定。當鍋爐水冷壁管沉積物附著量達到表13-9所列數值時，應在下次大修時進行鍋爐酸洗。

表13-9水冷壁向火側沉積物的極*  (洗垢法測沉積量)

注：燃油或燃用天然氣的鍋爐，可按此表中工作壓力高一級的數值考慮。

    為了查明爐管內沉積物的量，應進行割管檢查。由于鍋爐不同部位爐管中沉積物的量，有較大差異，因此，應選擇容易結垢的部位進行割管檢查。這些地方應是受熱面熱負荷大的部位，如噴燃器附近，對有燃燒帶的鍋爐，燃燒帶上部距爐膛中心近處。割管檢查的間隔時間請參考13-10所示。

表13-10割管檢查間隔時間參考標準  (單位：年)

注：高爐煤氣按煤考慮，原油、天然氣按重油標準，旋風爐按重油標準。

② 根據鍋爐運行年限確定。根據鍋爐運行經驗，定期進行化學清洗。表13-11中擬定的化學清洗間隔時間，僅供參考。

表13-11運行鍋爐化學清洗的間隔時間

注：燃油鍋爐應按高一級的參數定標準，進口機組應根據制造廠規定標準進行酸洗。

    五、化學清洗步驟和方法

    鍋爐化學清洗步驟一般按以下順序進行：

    1．水沖洗。水沖洗就是清洗系統在用化學藥品清洗前，先用清水沖洗。水沖洗的目的，地新裝鍋爐來說，是為了除去鍋爐內脫落的焊渣、氧化皮、鐵銹和塵埃等；對運行鍋爐來說，是為了除去其中被水沖洗掉的沉積物。水沖洗還可以對清洗系統的嚴密性進行一次檢查。

    2．堿液清洗。堿液清洗的目的，對新安裝鍋爐，是為了除去在制造、安裝過程中，管內涂覆的防銹劑和附著的抽污；對運行鍋爐，是為了除去鍋內附著的沉積物、硅化物等，為下一步酸洗創造條件。

    (1) 堿洗藥品。堿洗使用的化學藥品有：碳酸鈉、磷酸鈉、*以及表面活性劑(如洗衣粉——烷基磺酸鹽)等。這些藥品，常常是混合使用。一般采用的混合液為：

    Na3PO4            濃度為0.5~1.0%

    NaOh           濃度為0.5~1.0%

    表面活性劑      濃度為0.05%

    (2) 堿洗方法。堿洗按其清洗方式的不同，分為循環清洗和堿煮。

    ① 循環清洗。這種方法，就是在清洗系統中先充以除鹽水進行循環，同時將除鹽水加熱到80~100℃，然后連續地、緩慢地向清洗溶液箱內加入已配制好的濃堿液，通過除鹽水的不斷循環，使堿液流入清洗系統，進行循環清洗。堿液在清洗系統中的循環流速應大于0.3米/秒，循環清洗時間為8~24小時。

    ② 堿煮。堿煮就是向鍋爐加入堿液后，加熱升壓到10~20公斤/厘米2，并維持此壓力4小時，然后進行排污，排污量為額定蒸發量的5~10%。再被水——升壓——排污。如此反復進行，直至水中無油為止。堿煮時，當堿液濃度下降到開始濃度的時，應補加藥品，使其再達到初始濃度。堿煮完畢后，待堿液溫度降至70~80℃時，方可排掉廢液。

    在堿煮過程中，*能與沉積物中的硅化物發生如下反應：

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O

    生成的Na2SiO3是一種可溶性物質。因此，當鍋爐內沉積物中含有硅化物較多時，應采用堿煮的方法。

    如果鍋爐內沉積物中含銅較多，為了洗掉銅，防止酸洗時Cu2+對金屬基體的腐蝕，可利用氨和銅離子形成穩定的絡合離子的原理，達到除銅的目的。所以，在堿洗后還應進行氨洗。

    氨洗的工藝條件一般為：氨溶液濃度為1.5~3%，過硫酸銨溶液濃度為0.5~0.75%，氨洗的溫度為35~70℃，清洗時間為5~6小時。

    氨洗后再用除鹽水或軟化水沖洗。

    3．酸洗

    (1) 酸洗液的配制。配制酸洗溶液的方法，有以下兩種：

    ① 在酸洗溶液箱內配好所需濃度的酸溶液。此法是將所需的酸和其它藥品都加入到酸溶液箱內，用除鹽水配制一定濃度的溶液，然后加熱到規定溫度，再用清洗泵(耐酸泵)送到清洗系統中。

    ② 邊循環邊加藥。此法是在堿洗和水沖洗完畢后，用清水泵使留存鍋爐內的除鹽水在清洗系統內循環，并加熱到所需溫度，然后慢慢地向循環的除鹽水中加入緩蝕劑，待循環均勻后，再加入清洗所用的酸。

    (2) 酸洗工藝。用鹽酸清洗時，初始濃度為5~10%，高溫度為70℃，循環酸洗流速在0.3~1.0米/秒之內，酸洗時間一般為6小時。

    檸檬酸酸洗時，初始濃度為2~4%，溫度通常控制在90~98℃，循環酸洗流速為0.3~2米/秒的范圍內，酸洗時間一般為3~4小時。

    氫氟酸酸洗時，初始濃度為1~1.5%,高溫度為60℃，開路酸洗時酸洗流速應大于0.15米/秒，酸洗時間約為2~3小時。

    酸洗結束后，廢液不能用放空的方法排除，應當用降鹽水(或軟化水)或氮氣頂排，并及時進行清洗，防止酸洗后金屬表面腐蝕。排放的廢液應進行處理。

    4．漂洗

    (1) 漂洗的目的。鹽酸或檸檬酸酸洗和水沖洗后，再用稀檸檬酸溶液進行一次沖洗，這種沖洗一般稱為漂洗。

    漂洗的目的，是除去在酸洗和水洗后殘留在清洗系統內的鐵離子，以及沖洗金屬表面可能產生的鐵銹。漂洗后的金屬表面很清潔。有利于下一步鈍化處理。

    (2) 漂洗工藝。漂洗時，檸檬酸濃度為0.1~0.2%，也可以在漂洗液中加入若丁(濃度為0.05%)或其他緩蝕劑，用氨水調節pH值為3.5~4.0，溶液溫度為70~80℃，循環沖洗時間為1.5~2.0小時。

    5．鈍化。鈍化就是用某些化學藥品的水溶液對金屬表面進行處理，使金屬表面生成防腐蝕的保護膜。目前采用的鈍化方法有三種：

    (1) 亞硝酸鈉法。采用此法鈍化時，亞硝酸鈉(NaNO3)溶液的濃度為0.5~2.0%，并用氨水將其pH值調節為9~10，溫度為60~90℃，清洗時間為6~10小時然后排掉廢液，后用除鹽水沖洗，以免殘留的亞硝酸鈉在運行時引起鍋爐腐蝕。這種方法能使鈍化后的金屬表面，形成致密的、銀灰色的保護膜。

    (2) 聯氨法。此法是用除鹽水配成濃度為200~500毫克/升的聯氨溶液，用氨調節其pH值為9.5~10左右，溫度維持在90~160℃，在清洗系統內循環24~30小時。用這種方法處理后，金屬表面通常生成棕紅色或棕褐色的保護膜。

    鈍化處理結束后，既可以將液體排掉，也可以將液體保留在設備中作為防腐劑。

    (3) 堿液法。此法是采用1~2%的Na3PO4或Na3PO4與NaOH混合液進行鈍化，溫度維護在70~90℃，在清洗系統中循環10~12小時，后用除鹽水沖洗，直到排出水的堿度和磷酸根與鍋爐運行時所允許的標準相近為止。鈍化后的金屬表面產生黑色保護膜。這種膜的防腐性能不如前兩種，因此，此法一般只用于中、低壓汽包爐。

六、清洗前的準備工作

    化學清洗是保證機組安全、經濟運行的重要措施。清洗前準備工作的好壞，直接影響到化學清洗的效果。因此，清洗前應做好以下幾項準備工作：

    1．清洗用藥。對清洗用的各種化學藥品，應準備齊全數量足夠，并有適當余量。

    2．清洗用水。在化學清洗過程中，某段時間要求連續地、大量地向清洗系統供水，不允許中斷，如果中斷供水就會影響清洗效果。因此，應根據清洗過程中每一步的用水量，考慮除鹽設備的制水能力、水箱的貯水量，擬訂好用水和制水計劃。

    3．加熱用蒸汽。進行化學清洗時，常用蒸汽加熱清洗溶液，為使清洗液達到并保持一定的溫度，對蒸汽的壓力、溫度、用量和取用點等，應做周密地計劃。

    4．電源。應安裝好清洗水泵的電源和其它有關清洗工作的電源。

    5．廢液和廢氣的處理和分析。清洗現場應備有良好的排水設施，廢液應進行處理，排放的廢液或廢氣均應符合環境保護部門的規定，并做好廢液、廢氣的分析準備工作。

    七、清洗的安全措施

    為了防止發生人身與設備的事故，應作好以下工作：

    1．操作現場，必須有充分的照明設施和必要的通訊聯絡設備。

    2．在有通道的臨時酸洗管道上，要設有臨時架橋。

    3．在酸洗設備和閥門上，應掛有明顯的標示牌。

    4．操作人員必須配戴好安全防護用品，如防酸服、膠靴、橡皮手套、口罩、防護眼鏡等。

    5．操作現場應備用臨時救護藥品，附近應準備帶有橡膠軟管的安全水。

    6．在酸洗過程中會產生氫氣，因此操作現場及其周圍應嚴禁煙火。操作現場也應備有必要的消防設施。

    7．在清洗的操作過程中，應將酸洗和氨洗等工序安排在白天進行。