氨基磺酸清洗成分復雜難溶水垢的實踐

曹永讓

(山西晉緣電力化學清洗中心有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

熱交換系統通常用水作為介質進行工作，由于水中存在多種鹽類，經過一段時間的運行，系統中就會結垢，影響系統的工作效率，一般采用化學清洗的辦法除垢。有些水垢，多種成分混雜其中，如硫酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等，這些鹽類組成的水垢，用鹽酸、硫酸等強酸，很難徹底清洗。氨基磺酸對于這些成分復雜且難溶水垢有較強的溶解能力。

1 氨基磺酸的性質

氨基磺酸[1]英文名：sulfamic acid。

1.1 物理性質

無色或白色斜方結晶，溶于水，水中溶解度：146.8 g/L（20℃）， 熔點：205℃，常溫下穩定性好，260℃時分解，工業品純度大于98%。

1.2 化學性質

可理解為硫酸分子中的一個氫離子被胺基取代而生成，是中強酸，具有酸的通性，其鹽類易容于水，1%水溶液在25℃時pH值1.18，分子量97.09，分子式為NH2SO3H，工業是用發煙硫酸與尿素反應制取。

2 氨基磺酸溶垢機理

氨基磺酸的溶垢反應均在水溶液中進行。

2.1 氨基磺酸與弱酸鹽及金屬氧化物的化學反應[2]

大多為復分解反應，速度快，生成鹽和水。

2.2 氨基磺酸與難溶鹽類MpRq反應

主要是通過化學平衡的移動及氨基磺酸鹽的較大溶解度來完成。

當氨基磺酸濃度足夠大時，平衡向右移動，即難溶鹽MpRq被溶解，生成氨基磺酸鹽和對應于MpRq的酸HqR。由于氨基磺酸鹽的溶解度較大，生成的氨基磺酸鹽溶于水中，垢被逐漸溶解掉，而MpRq則會分解或溶于水中。

3 氨基磺酸清洗難溶水垢工程實踐

某氧氣廠冷卻系統由冷卻塔、循環泵及管道等組成。經過長時間的運行，系統結垢較多，冷卻效率下降，影響正常生產，決定進行清洗除垢。

3.1 垢樣成分分析

對該氧氣廠冷卻系統采集的垢樣進行鹽酸浸泡時發現，10%的鹽酸在60℃下，毫無反應。后考慮垢樣可能是由硫酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等復雜難溶鹽類構成，于是對其進行成分的定性和定量分析，結果證實，垢樣確實如此。其成分含量如表1所示。

表1 氧氣廠垢樣成分

這種垢用鹽酸或硫酸是不能溶解的，試用了多種清洗介質發現，只有氨基磺酸和乙二胺四乙酸 EDTA（ethylene diamine tetraacetic acid） 可以較好地溶解垢樣。比較這兩種清洗介質，最適宜的是氨基磺酸，其經濟優勢，操作條件和安全性都優于EDTA。

3.2 小型試驗

選定氨基磺酸清洗為清洗劑，首先進行靜態小型試驗，項目有氨基磺酸濃度、溫度、時間、緩蝕劑及助劑。然后，在靜態小型試驗的基礎上，做動態模擬試驗，模擬酸洗、沖洗、中和、鈍化等工藝過程。

3.2.1 靜態小型試驗

考慮到該氧氣廠循環冷卻系統適宜微生物的滋長，將垢樣先用0.3%的雙氧水，在35℃左右的溫度下，浸泡1 h進行預處理，再浸入1%、3%、5%、7%、8%的氨基磺酸溶液中，加入0.3%氨基磺酸專用緩蝕劑，在45℃的恒溫下浸泡。結果如表2所示。

表2 氨基磺酸清洗為清洗劑工藝參數

從表1、表2結果綜合比較，確定動態模擬試驗采用的工藝參數為：0.3%的雙氧水,在35℃左右的溫度預處理1 h；氨基磺酸濃度質量比3%～5%；氨基磺酸專用緩蝕劑0.3%；溫度40～50℃；時間 4～6 h。

3.2.2 動態模擬試驗

按照述工藝參數，在模擬試驗平臺上，進行動態模擬試驗，然后用0.2%的磷酸三鈉在35℃下中和1 h。動態模擬試驗的結果，證實了通過靜態試驗確定的工藝參數是正確的和可行的。

3.3 清洗過程簡述

3.3.1 按照圖1安裝清洗臨時系統

制氧廠水冷塔清洗系統如圖1所示。

圖1 制氧廠水冷塔清洗系統圖 (mm)

3.3.2 清洗過程

在清洗條件具備后，按照：建立循環→水沖洗至排水清澈→投蒸汽加熱至40℃→加入緩蝕劑循環20 min→加入氨基磺酸至回酸濃度大于0.3%→清洗記時→循環至清洗泵出入口濃度相等→拆看監視管樣是否清洗干凈→繼續循環30 min→清洗結束的流程進行清洗。共計用時5 h。

3.4 清洗效果檢查及評價

冷卻系統管道、冷卻塔內部各部位及冷卻塔內部塑料多面空心球填料，清洗干凈徹底，無殘留垢，無過洗。清洗效果優良。

4 氨基磺酸清洗成分復雜且難溶的水垢后續實踐

該氧氣廠循環冷卻系統在以后采用此工藝，又進行了2次清洗，效果良好，均被甲方評定為優級工程。

由于氨基磺酸溶解碳酸鹽垢的能力強，用于清洗凝汽器不銹鋼管，特別是凝汽器空氣抽氣區有較多復雜難溶水垢時，效果亦佳。

5 結論

氨基磺酸作為一種優良的化學清洗介質，用于清洗成分復雜且難溶的水垢時表現良好，具有鹽酸等強酸不具備的優勢，較EDTA（需在125℃以上的高溫）更經濟、更易操作。由于氨基磺酸是固體，便于運輸，純度高，安全、經濟，適用范圍廣，在工業清洗實踐中必將得到廣泛的應用。