工業鍋爐絡合清洗工藝研究

陳勤華

(福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000)

1 前言

鍋爐經過長時間運行，不可避免地會出現結垢、銹蝕等問題。由于水垢的產生，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，輕則造成垢下腐蝕、燃料浪費和縮短鍋爐壽命，重則引發脹管、變形或爆管事故。因此，TSG G5003-2008《鍋爐化學清洗規則》規定，工業鍋爐受熱面被水垢覆蓋80%以上，且水垢平均厚度達到1mm以上時，或者鍋爐受熱面有嚴重銹蝕時，應進行除垢或除銹清洗。[1]

傳統的工業鍋爐化學清洗除垢方式有酸洗除垢、堿煮除垢和運行除垢。酸洗除垢風險較大，安全性低，對設備腐蝕性強，控制不當易造成過洗現象，且鹽酸購置不易，購買手續繁瑣；而堿煮除垢效果差，除垢率低；運行除垢耗時長，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，如排污不及時還易造成暴管事故。而絡合清洗除垢相對于以上的各種化學清洗，有其顯著的優點：（1）絡合清洗腐蝕率低，設備清洗過程安全；（2）絡合清洗除垢效果好，清洗后能在金屬表面形成一層穩定的保護膜，無需再作鈍化處理；（3）絡合清洗最終產物為乳狀物，流動性好，易隨鍋爐排污排除，可避免清洗過程中污垢成片脫落發生堵管現象；清洗后設備沒有事故隱患，例如不會在清洗后發生氫脆、過洗、點腐蝕、垢塊堵塞等現象；（4）絡合清洗工藝簡單，因腐蝕率低可不掛腐蝕指示片，耗時較短，清洗時間一般為4h～24h，可在企業短暫停產時清洗；（5）絡合清洗劑購買簡便，無需公安局審批。為此，提出采用絡合清洗除垢代替酸洗等傳統的除垢方式，可廣泛應用于工業鍋爐的化學清洗中。

2 絡合清洗原理

絡合反應：絡合劑與金屬離子結合，形成穩定的新的離子的過程就叫絡合反應。[2]反應式如下：

絡合物：由一個簡單陽離子（中心離子）和幾個中性分子或幾種陰離子（配位體）以配位鍵結合而成的復雜離子叫絡離子，含有絡離子的化合物叫絡合物，作配位體的物質稱絡合劑。[3]通俗地說，由絡合反應生成的產物就是絡合物，絡合物的化學性質穩定。

絡合清洗是根據絡合劑與水垢中的鈣、鎂離子通過絡合反應，將固態的化合物轉化為可溶性的穩定絡合物，進而將其產物排出鍋爐外，達到除垢的目的；[4]同時，絡合劑通過螯合功能在金屬表面形成一層穩定的保護膜。

3 絡合清洗工藝及清洗效果

工業鍋爐水垢類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]，對于不同類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，分別闡述絡合清洗工藝及其清洗效果。

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

3.1.1 制定絡合清洗方案

（1）了解鍋爐設備參數、投運年限及水處理情況，檢查鍋爐設備狀況、內部結垢或銹蝕狀況。

該鍋爐內部結垢情況：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

在鍋爐受熱面采取有代表性的垢樣，在實驗室進行水垢定性分析和小型溶垢試驗。

水垢類型的鑒別方法。（見表1）

表1 水垢類型的鑒別[2]

該鍋爐水垢定性分析結果：以碳酸鹽為主，含少量硅酸鹽。

（3）制定清洗方案

根據水垢定性分析和溶垢小型試驗結果，選擇合適的絡合清洗劑DJ-416，估算清洗劑用量，確定清洗工藝條件，制定絡合清洗方案。

3.1.2 清洗前準備

（1）打開鍋爐人孔、手孔，預先清除鍋內堆積的沉渣和污物。

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

（3）用耐腐蝕膠管聯接清洗箱、清洗泵與鍋爐，形成低進高出的循環工藝管路，關閉人孔、手孔、檢查孔及有關閥門。

（4）水壓檢漏。將清水注入鍋爐，進行檢漏試驗，檢查鍋爐、清洗泵及循環管路的閥門有無泄漏、失靈等現象。

3.1.3 絡合清洗

（1）將爐內水排出至鍋筒低水位處，點火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內加入700kg 5%絡合清洗劑DJ-416，啟動循環泵，將清洗劑送入鍋爐，循環泵持續循環。

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

（2）清洗過程進行化學監測，監測項目為濁度、pH值、Ca2+濃度；監測頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過程將pH值控制在4.5以下，當pH值高于4.5時適當補加清洗劑DJ-416。

（3）清洗終點判斷：清洗至接近預定時間時，檢測Ca2+濃度基本趨于平衡時，終點到達，停止清洗。

3.1.4 水沖洗

清洗結束后，邊排清洗液邊上水，直至出水澄清，出水pH值接近進水pH值。然后排盡鍋水，打開人、手孔檢查清洗效果。

3.1.5 計算金屬腐蝕速度v

清洗結束時取出指示片，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。計算金屬腐蝕速度，見表2。

表2 金屬腐蝕速度計算

3.1.6 檢查清洗質量及效果

（1）除垢率達80%以上；

（2）金屬腐蝕速度為0.07g/m2.h，遠小于6g/m2.h，腐蝕總量遠小于80g/m2，試驗表明，絡合清洗劑對金屬基本無腐蝕；

（3）鍋爐金屬表面形成良好的鈍化保護膜，無明顯的二次浮銹，無點蝕。

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合清洗工藝及效果（以武平縣龍興木業DZG2-1.0-WⅡ鍋爐清洗為例）

3.2.1 制定絡合清洗方案

（1）了解鍋爐設備參數、投運年限及水處理情況，檢查鍋爐設備狀況、內部結垢或銹蝕狀況。

該鍋爐內部結垢情況：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

在鍋爐受熱面采取有代表性的垢樣，在實驗室進行水垢定性分析和小型溶垢試驗，水垢類型的鑒別方法同表1。

該鍋爐水垢定性分析結果：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

根據水垢定性分析和溶垢小型試驗結果，選擇合適的絡合清洗劑DJ-415，估算清洗劑用量，確定清洗工藝條件，制定絡合清洗方案。

3.2.2 清洗前準備

（1）打開鍋爐人孔、手孔，預先清除鍋內堆積的沉渣和污物。

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

（3）用耐腐蝕膠管聯接清洗箱、清洗泵與鍋爐，形成低進高出的循環工藝管路，關閉人孔、手孔、檢查孔及有關閥門。

（4）水壓檢漏。將清水注入鍋爐，進行檢漏試驗，檢查鍋爐、清洗泵及循環管路的閥門有無泄漏、失靈等現象。

3.2.3 絡合清洗

（1）將爐內水排出至鍋筒低水位處，點火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內加入325kg 8%絡合清洗劑DJ-415，啟動循環泵，將清洗劑送入鍋爐，循環泵持續循環。

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

（2）清洗過程進行化學監測，監測項目為濁度、pH值及鐵離子濃度；監測頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過程將pH值控制在4.5以下，當pH值高于4.5時適當補加清洗劑DJ-415。

（3）清洗終點判斷：清洗至接近預定時間時，檢測鐵離子濃度和pH值基本趨于平衡時，終點到達，停止清洗。

3.2.4 水沖洗

清洗結束后，邊排清洗液邊上水，直至出水澄清，出水pH值接近進水pH值。然后排盡鍋水，打開人孔、手孔，用高壓水槍沖洗鍋內各部位，清除鍋內附著的泥狀絡合清洗產物。

3.2.5 計算金屬腐蝕速度v

清洗結束時取出指示片，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。計算金屬腐蝕速度，見表3。

表3 金屬腐蝕速度計算

3.2.6 檢查清洗質量及效果

（1）除垢率達60%以上；

（2）金屬腐蝕速度為0.08g/m2.h，遠小于6g/m2.h，腐蝕總量遠小于80g/m2，試驗表明，絡合清洗劑對金屬基本無腐蝕；

（3）鍋爐金屬表面形成良好的鈍化保護膜，無明顯的二次浮銹，無點蝕。

清洗效果圖如圖3、圖4所示。

圖 3 清洗前

圖 4 清洗后

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

3.3.1 制定絡合清洗方案

（1）了解鍋爐設備參數、投運年限及水處理情況，檢查鍋爐設備狀況、內部結垢或銹蝕狀況。

該鍋爐內部結垢情況：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

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

溶垢試驗如圖5所示。

圖5 溶垢試驗

（3） 制定清洗方案

根據水垢定性分析和溶垢小型試驗結果，選擇有機除銹劑DJ-417和絡合清洗劑DJ-415，估算清洗劑用量，確定清洗工藝條件，制定絡合清洗方案。

3.3.2 清洗前準備

（1）打開鍋爐人孔、手孔，預先清除鍋內堆積的沉渣和污物。

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

（3）用耐腐蝕膠管聯接清洗箱、清洗泵與鍋爐，形成低進高出的循環工藝管路，關閉人孔、手孔、檢查孔及有關閥門。

（4）水壓檢漏。將清水注入鍋爐，進行檢漏試驗，檢查鍋爐、清洗泵及循環管路的閥門有無泄漏、失靈等現象。

3.3.3 除鐵垢

（1）將爐內水排出至鍋筒低水位處，點火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內加入250kg 10%有機除銹劑DJ-417和適量40%氨水，啟動循環泵，將清洗液送入鍋爐，用氨水調整清洗液pH值至3.5～4，循環泵持續循環。

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

（2）清洗過程進行化學監測，監測項目為濁度、pH值、鐵離子濃度；監測頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過程將pH值控制在4.5以下，當pH值高于4.5時適當補加清洗劑DJ-417。

（3） 清洗終點判斷：清洗至接近預定時間時，檢測鐵離子濃度和pH值基本趨于平衡時，終點到達，除銹清洗結束。

（4）水沖洗

清洗結束后，邊排清洗液邊上水，直至出水澄清，出水pH值接近進水pH值。

3.3.4 除硅酸鹽垢

（1）將爐內水排出至鍋筒低水位處，點火升溫至90℃～98℃，后停止加熱；在清洗箱內加入250kg8%絡合清洗劑DJ-415，啟動循環泵，將清洗劑送入鍋爐，循環泵持續循環。

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

（2）清洗過程進行化學監測，監測項目為濁度、pH值及鐵離子濃度；監測頻次為清洗初、中期1次/h，后期1次/30min。清洗過程將pH值控制在4.5以下，當pH值高于4.5時適當補加清洗劑DJ-415。

（3）清洗終點判斷：清洗至接近預定時間時，檢測鐵離子濃度和pH值基本趨于平衡時，終點到達，停止清洗。

（4）水沖洗

清洗結束后，邊排清洗液邊上水，直至出水較為澄清，出水pH值接近進水pH值。然后排盡鍋水，打開人孔、手孔，用高壓水槍沖洗鍋內各部位，清除鍋內附著的泥狀絡合清洗產物，并檢查清洗效果。

（5）計算金屬腐蝕速度v

第二次清洗結束時取出指示片，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。計算金屬腐蝕速度，見表4。

表4 金屬腐蝕速度計算

3.3.5 檢查清洗質量及效果

（1）除垢率達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膜，無明顯的二次浮銹，無點蝕。

清洗效果圖如圖6、圖7所示。

圖6 清洗前

圖7 清洗后

4 結論

絡合清洗實踐表明，絡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《鍋爐化學清洗規則》的要求，且在保證化學清洗質量的基礎上最大限度地降低了對環境的污染。工業鍋爐化學清洗采用絡合清洗工藝，代替酸洗等傳統的清洗工藝，可有效提高鍋爐清洗的安全性，解決清洗劑（鹽酸）購買困難、購買手續繁瑣的問題，具有廣泛的應用前景。