化学清洗Word格式.docx
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积垢可使产品质量下降,纯度降低,阴蒂清洗对提高生产效率和产品质量具有重要意义。
4)减少经济损失
积垢造成的经济损失时巨大的,给设备进行及时清洗可以减少经济损失,取得更大的经济效益。
化学清洗的工业应用
随着近代工业的迅速发展和生产需要,化学清洗的应用领域越来越广泛。
1化学工业的化学清洗化学工业的化学清洗主要包括如下几个方面。
(1)新建装置投产前的清洗。
主要除去轧制氧化皮,防锈油,保温材料碎屑等。
(2)设备垢层的清洗。
化工装置的垢层多种多样,相当复杂。
如各类油垢,积炭,各种催化剂,粉尘,副反应沉积物,聚合物,需要设计特殊的清洗工艺除垢,保证化工装置的正常使用。
(3)水冷系统的清洗。
主要除去各类水垢,设备腐蚀垢,其他系统带入的沉积物等。
2金属加工工业的化学清洗金属加工前和加工过程中往往需要除去表面的油垢,氧化物等。
电镀,涂漆,搪玻璃,冷轧热轧钢板,塑性加工等工艺,都要进行表面处理,进行化学清洗,提高镀层,涂层,搪玻璃等附着力。
3轻工业的化学清洗包括家用器皿,织物,皮革,卫生设备,家具,装饰品等的去污,去油,去灰,脱臭,脱脂等。
4动力工业的化学清洗主要是发电厂和工业,民用锅炉的清洗。
锅炉的清洗具有普遍性,一是去除水处理不妥而生成的水垢,二是清除由于停炉保护不够造成的腐蚀产物。
电厂的清洗包括整个汽水系统,水系统,蒸汽系统及冷却循环系统的清洗。
对于核电厂,主要清洗原子能反应堆。
5医药卫生和食品工业的化学清洗主要是以保持卫生为目的的消毒,灭菌,洗净。
包括生产车间,容器,器具,产品等,都要进行清洗。
6建筑工业的化学清洗建筑工业中的清洗包括建筑物的内部,外部,建筑材料的化学清洗。
7车辆工业的化学清洗主要包括以下几个方面
(1)铁路车辆的清洗,主要是机车的水汽系统的清洗和车辆外表面铁粉,铜粉,炭粉,砂石油污垢的清洗;
(2)汽车的化学清洗,包括汽车水箱,燃烧气系统和外表面的清洗;
(3)铝制拖车的化学清洗;
(4)车辆零件的清洗。
8船舶工业的化学清洗包括油舱,深舱,船体,发动机,部件等的化学清洗。
9航空工业的化学清洗主要是为了防腐蚀和美观而进行的机身外部和内部的清洗,发动机清洗,以及飞机外部老化涂料的剥离。
10宇航工业的化学清洗从宇航,外星系返回地球的座舱,器械,衣服,人体等要进行消毒,灭菌,去除宇宙污染等特殊清洗。
11军事工业的化学清洗军事工业中的清洗包括机械,炮,火箭的发射台,飞机,坦克,汽车,军舰,核潜艇的运转零部件及壳体的清洗,枋污染的清洗,以及化学和细菌沾污的清洗。
12其他领域的化学清洗化学清洗在园林,农业,生活等各方面有着广泛的应用。
如谷物,蔬菜,果品的杀菌去霉,去污物等的清洗,树木绿化的杀虫清洗,动物园脱臭清洗,桥梁,隧道的清洗,家用热水器的清洗,等等。
化学清洗的应用越来越广泛,已经成为生活中必不可少的重要环节。
酸洗除垢除锈机理
水垢是一种或多种化合物的混合物成垢物包括钙镁碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐及铁的氧化物等。
常见的是碳酸盐,由于钙镁的碳酸盐溶解度很小,水中的钙镁大部分以碳酸氢盐的形式存在,碳酸氢盐与碳酸盐、二氧化碳才在如下平衡关系:
Ca(HCO3)===CaCO3+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)===MgCO3+CO2↑+H2O
由于温度或者其他因素使方程式向右边移动,生成碳酸盐结垢。
为了除掉水垢,工业上常用盐酸、硫酸、磷酸清楚水垢。
其反应机理如下(以HCL和HNO3为例):
Ca(HCO3)+2HCL→CaCO3+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)+2HCL→MgCO3+CO2↑+H2O
Ca(HCO3)+2HNO3→Ca(NO3)2+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)++2HNO3→Mg(NO3)2+CO2↑+H2O
在除垢的同时也除了铁锈,反应机理如下(以盐酸为例):
FeO+2HCL→FeCL2+H2O
Fe2O3+6HCL→2FeCL3+3H2O
Fe2O4+8HCL→2FeCL3+FeCL3+4H2O
生成的氯化亚铁和三氯化亚铁能溶于溶液中。
与此同时,酸溶液还会与钢铁基体发生如下反应:
FeO+2HCL→FeCL2+2[H]
2[H]→H2↑
生成的氢气对难容的水垢及氢化物起机械剥离脱落作用,有利于除垢。
但原子氢渗入金属基体也有腐蚀作用。
在清洗除垢工程中,由于酸与垢反应生成二氧化碳和氢气,难容的硫酸盐水垢和硅垢等随着大量碳酸盐水垢被溶解后而变成松散的残渣片,自动脱落或由冲刷气动冲掉,同时把难溶的钙镁盐自动脱落冲掉。
化学清洗验收与评定标准
化学清洗效果的验收与评定内容主要包括除垢和腐蚀两个方面。
按原劳动部《低压锅炉化学清洗规则》规定:
“清洗碳酸盐水垢时,除垢面积应达到原水垢覆盖面积的80%以上,清洗硅酸盐或硫酸盐水垢时,除垢面积应达到原水垢覆盖面积的60%以上。
”
原苏联将清洗质量分成10级,按照单位面积残留垢量来测定洁度指标,并有标准件相比较:
清洁度级别012345678910
污垢量,mg/c㎡52.51.61.251.00.750.550.400.250.100.10
原化学工业部标准HGJ229-83把金属表面质量分为四级,其中二三级适用于化学清洗。
二级标准要求:
完全除去金属表面上油脂、氧化皮、锈蚀产物等一切杂物;
残存的锈斑、氧化皮等引发微变色的面积在任何100X100m㎡的面积上不得超过5%。
三级标准要求:
除去金属表面上的油脂、氧化皮、腐蚀产物等一切杂质;
紧附的氧化皮、点蚀锈坑等斑状残留物的面积在任何100X100m㎡面积上不得超过1/3.
化学清洗的分类
常
用
清
洗
剂
酸性清洗剂
无机酸
HCL、HNO3、H2SO4、HF、H3PO4、氨基磺酸
有机酸
柠檬酸、草酸、酒石酸、甲酸、羟基乙酸
碱性清洗剂
碱性清洗机
NaOH、Na2CO3、Na3PO4、水玻璃、Na2HPO4、Na3PO4
水基清洗液
以表面活性剂为主,加入助剂和无机碱
络合物清洗剂
EDTA、PMA、PAA、HEDA
黏泥菌藻清洗剂
聚丙烯酸钠、聚马来酸钠、过氧化氢、洁尔灭
有机溶剂清洗剂
含氯有机阻燃清洗剂、四氯化碳、F-113三氟三氯乙烷
氧化还原剂
KMnO4、H2O2、过硫酸钾、肼、二硫化钠(改变氧化还原态,改变结晶结构,使不溶性垢可溶)
化学清洗液对材质的适应性
设备材质有碳钢、奥氏体不锈钢、铜系金属、铝、钛等。
常用的清洗液有硫酸、盐酸(或盐酸与氢氟酸)、硝酸(或硝酸与氢氟酸)、氨基磺酸、柠檬酸或氨化柠檬酸等。
他们的适应性见下表
材质
酸洗液
中性洗液
碱性洗液
盐酸
硝酸
HNO3-HF
氨基磺酸
柠檬酸
碳酸
○
铜系金属
△
奥氏体不锈钢
×
混凝土
铝
注:
○表示好△表示可用×
表示不可用
化学清洗剂的选择
在化学清洗过程中,应根据被清洗设备的材质、结构型及污垢的组成来选择清洗剂的组成,见下表。
除垢类型
适用材质
H2SO4
金属加工表面的铁鳞、氧化皮、铁锈含钙量低的沉淀物,但除CaSO4垢不理想
碳钢
HCL
除硅垢之外,对其他垢溶解都很快
碳钢、铜,不可用于不锈钢
HCL-HF
碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐及铁垢
HNO3
除硅垢之外的所有垢
碳钢、铜、不锈钢
钙、镁、铁垢及硅垢
碳钢、铜、不锈钢、高合金钢
钙、镁垢、金属碳酸盐、氢氧化物类垢(除氧化铁垢较差)
柠檬酸或氨化柠檬酸
以清除氧化垢为主,对硅垢、钙镁垢无效。
但氨化柠檬酸可以除铜垢,而柠檬酸则不能
奥氏体钢
EDTA
螯合出去铁垢及垢中的金属离子,价格高,仅适用于重要场合和其他酸混用
清洗剂的清洗对象与清洗目的
清洗对象
清洗剂
低压锅炉
去除新积油脂;
润滑、剥离二氧化硅积垢;
去除氧化铁积垢;
去除硬质积垢
脱脂剂、湿润剂、有机酸、无机酸、中性螯合清洗剂、碱性螯合清洗剂
冷却水系统——换热器、管线
去除氧化积铁垢和硬质积垢;
去除泥渣;
去堆积积垢
无机酸系清洗剂、泥渣剥离剂、排泥剂
乙烯设备——急冷换热器
去除氧化铁垢
中性螯合清洗剂
钢铁厂——高锅
反应釜夹套部分
去除氧化铁垢、硬质积垢
无机酸系清洗剂
造纸设备——木釜蒸发器
翅片式空冷器
去除硬质积垢及铝的氧化物
排脱设备——压滤机滤布
去除硬质积垢及炭质积垢
无机碱系清洗剂
聚丙烯反应釜——工艺部分
去除废催化剂
船舶用造水器——蒸发器
有机酸系清洗剂
水道用计量器等
去除锈
清洗方案实例
清洗方法
清洗条件
配方/%
温度/°
C
时间/h
去除油脂
溶剂清洗
碳系溶剂、氯系溶剂
常温~100
2~10
乳液清洗
乳液清洗剂或酸碱混合液
常温~80
6~8
碱液清洗
Na2CO30.1~0.2
Na3PO40.1~0.2
表面活性剂0.1~0.2
60~90
12~24
去除SiO2
碱煮
Na2CO30.2、Na3PO40.2、Na2NO30.03~0.1
150~220
润化处理
Na2CO31~5
NaOH1~5
表面活性剂0.1~0.2
>80
10~24
去除氧化铁、碳酸盐结垢
盐酸清洗
HCL5~10
缓蚀剂0.25~0.30
还原剂0.2~0.5
(铜溶剂剂0.5~3)
(溶解促进剂0.5~2)
30~60
4~8
有机酸清洗(柠檬酸、羟基乙酸、柠檬酸氨)
有机酸2~5
抑制剂B0.3~0.5
还原剂0.1~0.3
(溶解促进剂适量)
85±
5
螯合物清洗
EDTA钠盐1~10
抑制剂C0.3~0.5
还原剂及其他0.1~0.3
120~150
6~12
去除铜垢
氨清洗
氨水3~10、铜溶解剂0.1~1、铜溶解促进剂0.2
40~60
4~6
去除泥渣
剥离泥渣排泥处理
过氧化氢系药剂1~3
抑制剂、氧化剂、还原剂
常温
3~15
化学清洗助剂
化学清洗的目的是除垢去锈,但由于清洗剂本身含有腐蚀性物质等多种原因,清洗时金属受腐蚀是难以避免的。
对于不同的腐蚀因素,应采取不同的预防措施,见下图
原因
措施
酸引起的腐蚀
选择正确的缓蚀剂
氧化性物质引起的腐蚀
使用还原剂,铜封锁剂;
改善施工技术
温度差浓度差引起的腐蚀
循环清洗,使清洗液混合均匀;
改施共技术
因此,在化学清洗主剂中,要适当加入缓蚀剂、铜溶解剂、溶解促进剂、润湿剂等助剂,这样不仅能阻止主剂对金属材料的腐蚀,还能够在清洗效果的其他方面起到促进作用。
化学清洗工艺
1.循环清洗 循环清洗是利用两条原有的平行排灰管线组成回路,与清洗泵站形成循环系统,加入一定浓度的酸洗液,在灰水管道中循环流动清洗,并在酸度下降至一定程度时,不断补充酸液。
对于短距离的单条灰水管道,若条件许可,可铺设一条临时管道与其构成循环回路清洗。
该工艺需在停运状态下进行,且工艺复杂,成本较高。
2.开路清洗 在清洗时不能有两条灰管形成回路,只能采用单条灰管开路清洗。
方法是将灰管一端与清洗装置连接,在配液罐中连续配制一定浓度的酸洗液,连续或间歇地注入灰管中。
此工艺需在停运状态下增加清洗设备,成本较高。
3.不停运化学清洗 该工艺是在灰管正常输灰不停运的状态下,连续注入一定量的酸液,同时注入一定量的输灰管运行清洗缓蚀剂和管道清剥离剂,开路清洗。
清洗助剂的主要作用是在一定浓度及流速的酸液中,促进酸液与灰垢的反应,同时增加二氧化碳在水中的溶解度,减少气阻的产生,保证灰管的清洗质量。
操作方法是:
清洗前,先按管道中总垢量估算出所需的酸量,再根据灰水流量及酸度计算出加酸速度及输灰管运行清洗缓蚀剂和管道清剥离剂的加入流速。
清洗时,在灰管前端取样点每隔30min取样测试酸度,并通过加酸的流量调节来严格控制酸度。
清洗后期,在灰管末端每隔15min取样测试pH值,当pH值达到一定数值并保持30min不变时,可判定清洗结束。
此种工艺方法具有如下特点:
(1)不增加清洗设备(直接在灰水池加药),清洗系统简单。
(2)酸利用率高。
由于不停机清洗,一般输灰管道内压力较大,酸与垢反应生成大量CO2气体,当输灰管线距离较长时,在这个体系中,参加清洗反应除酸外的物质有:
气体CO2、溶解于水中的二氧化碳(CO2)、碳酸(H2CO3)、碳酸氢根离子(HCO3-)、碳酸根(CO32-)、灰垢(CaCO3)、活性氧化钙(CaO)组成的反应体系,并存在这样一个反应平衡:
CO2(气)CO2(液)K=10-1.5
CO2(液)+H2OH2CO3Km=10-2.8
在输灰管道清洗过程中,由于酸性灰浆液在管道中流动时间长,灰浆液中二氧化碳量相当多,从量值关系上看:
CO2(气)>>CO2(液)>>H2CO3,
这样为反应:
CaCO3+H2CO3=Ca(HCO3)2
提供有利条件,从而提高酸的利用率。
(3)除垢彻底。
(4)不影响输灰管道的正常运行。
化学清洗安全防护措施和废液处理及排放
一、安全措施
(1)在化学清洗前,必须对锅炉进行严格的检查,如果发现锅炉热交换管有严重的局部腐蚀(小孔腐蚀、溃疡腐蚀)和任何形式的裂开、鼓泡,都必须将这些部位进行切换,然后才能进行清洗。
(2)临时管线的安装必须严格保证质量,安装完毕后必须经过水压试验,试压合格后方可投入工作。
对于任何细小的渗、漏都必须重新补焊直到完全合格为止。
(3)化学清洗系统的最高部位,应安装排气出口,以防止因缓蚀剂效果不好或使用不当而使铁腐蚀产生的氢气的危害。
同时,最高部位放气后,可保证整个清洗系统充满清洗介质,不留死角。
(4)清洗现场必须照明充足,道路通畅。
动力电源和照明电源分开,并将电源控制板设置在离开清洗系统较远,而又操作方便的地方。
(5)准备必要的急救药品和劳保用品。
急救药品一般有如下几种:
2~3%的重碳酸钠和碳酸钠溶液;
饱和石灰水;
1~2%的硼酸水溶液;
1~2%的醋酸或盐酸水溶液;
蒸馏水等。
劳保用品有:
橡皮手套、围裙;
防护眼睛;
工作服;
毛巾;
药棉;
洗眼用的器具等。
(6)操作时必须统一指挥,分工负责。
所有重要部位(如酸泵、阀门、加药点)都要设置专人值班。
值班人员必须严守岗位,听从指挥。
(7)化学清洗现场不得动用明火(如电焊、抽烟,取暖等)。
以防火灾及其他事故的发生。
(8)清洗现场必须设置专门的休息室供非值班人员休息,不许在酸洗系统旁边睡觉和休息。
饮水及食品需放在休息室内,不得和化学药品混放,以免误食中毒。
(9)每一化学操作步骤,都必需严格按照操作规程和要求进行,不得图省事而任意改变操作程序。
特别是严禁用人工抱住酸瓶子直接往锅炉中加酸,这样会因酸液随气体(二氧化碳)的大量产生而溅出,造成人身事故。
2、废液处理及排放
废液排放的标准必须按照国家规定的废液排放标准执行,对超过排放标准的碱洗液、酸洗液和钝化液应当作相应的后处理,经处理后的溶液达到国家规定的排放标准之后方可排放。
对于中小型锅炉化学清洗工艺而言,后处理方法一般是稀释和中和法。
当选用了特殊毒性的清洗剂、缓蚀剂或钝化剂时,就必须针对所选用的物质作特殊的后处理,废液才能排放。
稀释法主要适用于浓度不高的一般酸、碱清洗液。
当浓度不高的盐酸和碳酸钠或氢氧化钠、磷酸三钠溶液从锅炉中排放时,用较大量的水冲稀排放,使得混合后进入污水管道的废液的pH值为6~9,悬浮物小于500毫克/升,这样排出的废液基本上符合国家标准。
当然,对于浓度较高的酸、碱清洗液排放时采用这一方法是不适宜的,因为它需要消耗的水量太大。
对于这样的排放液,应当先作适当的中和,然后再稀释排放。
中和法主要适用于较高浓度的盐酸,氢氧化钠排放液。
如果排放液是盐酸,则用烧碱或石灰中和,如果是碱则用盐酸中和,中和到pH值为7~9之间,再经适当稀释就可排放了。
这种方法需要消耗一点酸或碱,但所耗代价是不高的,而且比较容易达到排放标准。
具体操作是在排放过程中,将废液先排到一个过渡坑内,废液进坑的同时加入处理药剂,药剂加入速度正好保证从过渡坑出去的废液符合废液排放标准。
如果碱洗排放液和酸洗排放液正好是相互中和的酸和碱,而又有条件储存先排放出的碱液的话,那么,利用碱洗和酸洗废液相互中和,而节省中和所消耗的原料是可行的。
必须注意,并不是所有的酸、碱溶液都能采用中和法进行处理的。
如氢氟酸排放液的后处理,它不仅考虑排放液的pH值达到标准,还必须考虑F-的浓度不能大于国家规定的排放标准。
因此,对于氢氟酸废液的处理只能采用石灰中和法,既提高排放液的pH值到6~9,还降低游离F-离子的浓度到10毫克/升以下,方可排放。
石灰用量一般不低于纯氢氟酸量的2倍。
在中小型锅炉清洗工艺中,钝化液一般采用磷酸三钠溶液,钝化后废液的处理按碱类物质,采用中和法处理即可!
如果采用亚硝酸钠钝化,那么,钝化液必须经过特殊化学处理措施。
保证NaNO2残余浓度符合排放要求。
亚硝酸钠处理的方法尚没有成熟定型的方法,在酸性介质中用尿素分解使其生成氮气是目前比较好的方法,其方程式如下:
控制pH值是完成上述反应的关键,在人口密集的地区进行这一化学处理前必须经过充分的小型实验,使操作人员充分熟练掌握好工艺条件后,才能够进行工业性的化学处理。
我们认为,中小型锅炉的钝化最好采用磷酸盐,只有在特殊要求时才选用亚硝酸盐。
两条灰管形成回路,只能采用单条灰管开路清洗。
方法是将灰管一端与清洗装置连接,在配液罐中连续配制一定浓度。
化学清洗注意事项
1、要了解被清洗设备化学清洗前首先要了解被清洗设备材质、结构、适用时间、工艺介质、温度、介质流速、结垢情况、历次化学清洗情况分析等。
2、进行垢样分析
3、清洗剂对材料的影响特别注意清洗剂对某些材质应力腐蚀破坏敏感性。
4、正确选择清洗主剂一般碳钢设备,碳酸盐垢、铁垢可选用盐酸、硝酸清洗,个别含硅垢20%以上,可加HF、NaF补助清洗剂。
5、选择优质缓蚀剂缓蚀剂能吸附或沉淀在金属表面而有效地防止氢离子、氧化性离子对多属的腐蚀。
缓蚀剂选择不当,如若丁缓蚀剂含有NaCL,不能用于清洗不锈钢。
清洗温度过高会使缓蚀剂分解失效造成腐蚀。
6、加入一定量的还原剂为防止Fe离子的积累,应预先加入一定量的还原剂,要经常分析Fe离子的含量,当达到500mg/L时要补加还原剂。
当Fe离子含量超过1000mg/L时,出现点蚀。
应立即采取有效措施,将清洗液排空,重新更新清洗液清洗。
7、慎用溶垢促进剂对溶垢促进剂HF、氟化氢铵应慎用,除非清洗含硅垢,否则一般清洗不加入。
8、清洗温度用无机酸清洗尽可能在常温进行。
高温时会水解生成硫酸铵,除了失去除垢能力之外,还会腐蚀铜部件。
9、清洗时间达到终点后,应排放废液,总清洗时间不宜太长。
10、清洗流速一般控制在0.5m/s为宜。
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