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(tǒng)內(nèi)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(chǎn)物、防腐涂料、砂子等雜質(zhì)進入或殘留在鍋爐管內(nèi)。這些雜質(zhì)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(fā)生沉積物下的腐蝕。因此，新安裝鍋爐在啟動前，應(yīng)進行化學清洗。

    運行中的鍋爐，由于給水攜帶雜質(zhì)，會使鍋爐受熱面產(chǎn)生沉積物。當沉積物達到一定量時，就會影響鍋爐的安全經(jīng)濟運行。因此，運行鍋爐也應(yīng)該定期的或根據(jù)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(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)。

    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(nèi)層。鹽酸與這些氧化物接觸時，會發(fā)生化學反應(yīng)，生成可溶性的FeCl2或FeCl3，使氧化皮溶解。其反應(yīng)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(yīng)式如下：

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

    產(chǎn)生的氫氣從氧化皮中逸出時，也能使尚未與鹽酸反應(yīng)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(fā)生化學反應(yīng)，使水垢溶解，反應(yīng)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(yīng)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(fā)生兩種作用：一是溶解作用，一是剝落作用。這兩種作用的結(jié)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(fā)生化學反應(yīng)，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(yīng)加入緩蝕劑。

    (3) 注意事項。用鹽酸洗時，應(yīng)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(shè)備的材質(zhì)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(chǎn)生應(yīng)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(diào)節(jié)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(luò)合生成易溶于水的絡(luò)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(xiàn)大量的沉渣和懸浮物。這對清洗結(jié)構(gòu)復雜的大機組是有利的。

    (2) 注意事項。用檸檬酸酸洗時，應(yīng)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(fā)生檸檬酸鐵沉淀。因此，采用檸檬酸酸洗時，應(yīng)注意防止發(fā)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(luò)合作用。HF在水中能解離出H+和F，F(xiàn)-能與Fe3+絡(luò)合，而使氧化皮溶解。其反應(yīng)如下：

    上述反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)，使硅化物的水垢很快溶解，其反應(yīng)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(huán)。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(shè)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(tǒng)中的閥門。

    (2) 注意事項。用氫氟酸酸洗時，應(yīng)注意以下兩點：

    ① 氫氟酸有毒，能強烈刺激呼吸系統(tǒng)。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(yīng)采取安全措施。

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

CaO+2HF→CaF2↓+H2O

    反應(yīng)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(fā)生反應(yīng)，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(chǎn)物發(fā)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(guān)。因此，緩蝕劑的選擇和用量，應(yīng)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(zhuǎn)變?yōu)镕e2+。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(lián)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(luò)合劑，如硫脲、六亞甲基四胺等，使Cu2+成為絡(luò)合離子。

    四、鍋爐化學清洗的確定

    鍋爐是否應(yīng)該進行清洗，需根據(jù)具體情況決定。

    1．新裝鍋爐。新裝鍋爐的酸洗，需根據(jù)鍋爐壓力、鍋爐內(nèi)部的清潔程度及設(shè)備結(jié)構(gòu)來確定。高壓鍋爐及直流爐，在投運前應(yīng)該進行化學清洗。

    2．運行鍋爐。運行鍋爐的酸洗，應(yīng)根據(jù)各臺鍋爐管內(nèi)沉積物的附著量或運行年限確定。

    ① 根據(jù)鍋爐管內(nèi)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(shù)值時，應(yīng)在下次大修時進行鍋爐酸洗。

表13-9水冷壁向火側(cè)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(shù)值考慮。

    為了查明爐管內(nèi)沉積物的量，應(yīng)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(yīng)選擇容易結(jié)垢的部位進行割管檢查。這些地方應(yīng)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(jù)鍋爐運行年限確定。根據(jù)鍋爐運行經(jīng)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(yīng)按高一級的參數(shù)定標準，進口機組應(yīng)根據(jù)制造廠規(guī)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(tǒng)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(nèi)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(tǒng)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(nèi)涂覆的防銹劑和附著的抽污；對運行鍋爐，是為了除去鍋內(nèi)附著的沉積物、硅化物等，為下一步酸洗創(chuàng)造條件。

    (1) 堿洗藥品。堿洗使用的化學藥品有：碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉以及表面活性劑(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(huán)清洗和堿煮。

    ① 循環(huán)清洗。這種方法，就是在清洗系統(tǒng)中先充以除鹽水進行循環(huán)，同時將除鹽水加熱到80~100℃，然后連續(xù)地、緩慢地向清洗溶液箱內(nèi)加入已配制好的濃堿液，通過除鹽水的不斷循環(huán)，使堿液流入清洗系統(tǒng)，進行循環(huán)清洗。堿液在清洗系統(tǒng)中的循環(huán)流速應(yīng)大于0.3米/秒，循環(huán)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(fā)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(yīng)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，氫氧化鈉能與沉積物中的硅化物發(fā)生如下反應(yīng)：

SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O

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

    如果鍋爐內(nèi)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(wěn)定的絡(luò)合離子的原理，達到除銅的目的。所以，在堿洗后還應(yīng)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(nèi)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(nèi)，用除鹽水配制一定濃度的溶液，然后加熱到規(guī)定溫度，再用清洗泵(耐酸泵)送到清洗系統(tǒng)中。

    ② 邊循環(huán)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(nèi)的除鹽水在清洗系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，并加熱到所需溫度，然后慢慢地向循環(huán)的除鹽水中加入緩蝕劑，待循環(huán)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(huán)酸洗流速在0.3~1.0米/秒之內(nèi)，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(huán)酸洗流速為0.3~2米/秒的范圍內(nèi)，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(yīng)大于0.15米/秒，酸洗時間約為2~3小時。

    酸洗結(jié)束后，廢液不能用放空的方法排除，應(yīng)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(yīng)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(tǒng)內(nèi)的鐵離子，以及沖洗金屬表面可能產(chǎn)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(diào)節(jié)pH值為3.5~4.0，溶液溫度為70~80℃，循環(huán)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(diào)節(jié)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(lián)氨法。此法是用除鹽水配成濃度為200~500毫克/升的聯(lián)氨溶液，用氨調(diào)節(jié)其pH值為9.5~10左右，溫度維持在90~160℃，在清洗系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)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(jié)束后，既可以將液體排掉，也可以將液體保留在設(shè)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(tǒng)中循環(huán)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(chǎn)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(jīng)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(yīng)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(yīng)準備齊全數(shù)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(xù)地、大量地向清洗系統(tǒng)供水，不允許中斷，如果中斷供水就會影響清洗效果。因此，應(yīng)根據(jù)清洗過程中每一步的用水量，考慮除鹽設(shè)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(yīng)做周密地計劃。

    4．電源。應(yīng)安裝好清洗水泵的電源和其它有關(guān)清洗工作的電源。

    5．廢液和廢氣的處理和分析。清洗現(xiàn)場應(yīng)備有良好的排水設(shè)施，廢液應(yīng)進行處理，排放的廢液或廢氣均應(yīng)符合環(huán)境保護部門的規(guī)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(fā)生人身與設(shè)備的事故，應(yīng)作好以下工作：

    1．操作現(xiàn)場，必須有充分的照明設(shè)施和必要的通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備。

    2．在有通道的臨時酸洗管道上，要設(shè)有臨時架橋。

    3．在酸洗設(shè)備和閥門上，應(yīng)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(xiàn)場應(yīng)備用臨時救護藥品，附近應(yīng)準備帶有橡膠軟管的安全水。

    6．在酸洗過程中會產(chǎn)生氫氣，因此操作現(xiàn)場及其周圍應(yīng)嚴禁煙火。操作現(xiàn)場也應(yīng)備有必要的消防設(shè)施。

    7．在清洗的操作過程中，應(yīng)將酸洗和氨洗等工序安排在白天進行。