余热锅炉水垢的清洗

余热锅炉水垢的清洗

新源公司有一台每小时产蒸汽2t的余热锅炉。是3#电石炉除尘降温和厂区内供暖的主要设备。不管余热锅炉在运行过程中采取任何水处理方法,也只能有限地减少炉内结垢。另外余热锅炉给水还会带入腐蚀金属的氧化物,使金属受热面上发生化学反应,造成垢下腐蚀。由于水垢和腐蚀,造成了余热锅炉导热性下降、余热锅炉效率下降、金属过热;金属过热也会使强度下降,造成局部变形、鼓包,使锅炉受到严重破环,甚至引起爆炸事故。因此余热锅炉清洗是非常重要的。

1、水垢的形成

余热锅炉运行期间,受热面管壁经常产生一层白色固体附着物,这就是人们常说的水垢。水在炉内被加热到饱和温度时,不断蒸发、浓缩,使炉水中钙、镁、盐类的浓度越来越高,当超过溶解度时就会从水中析出,大部分附着在炉壁和管道上,影响传热,有的沉淀在锅底,沉淀在炉底的水垢通过排污易于除去。水在炉内加热后,可溶性重碳酸盐如碳酸氢钙、碳酸氢镁受热分解转化为难溶于水的碳酸钙、氢氧化镁。随着余热锅炉水温的提高,碳酸钙、硅酸钙在水中溶解度下降,故有一部分此类盐就从水中析出形成水垢。

2、水垢的种类和性质

由于给水含盐和炉水的组成性质使余热锅炉垢有以下四种。

2.1碳酸盐水垢:颜色为白色,在碱性炉水中pH>10,则形成松软垢渣沉淀;若炉水pH过低,则生成坚硬的水垢附着在余热锅炉壁上。

2.2硫酸盐水垢:外观黄白色,是坚硬和质密的水垢,,常附着在余热锅炉蒸发面上。

2.3硅酸盐水垢:外观灰白色,这种垢非常坚硬,导热性很差容易在余热锅炉辐射受热面聚集。例如,水冷壁内最易沉积此垢。

2.4含油水垢:外观发黑,当给水混入油脂后,就会结成含油的水垢,这种水垢比较疏软,常沉积在余热锅炉温度最高的部位上。

3、水垢的危害

水垢影响余热锅炉的正常运行,具体危害如下。

3.1水垢的导热性能很差,比碳钢的导热性能低30～50倍。受热面有水垢后,热能传递困难,致使余热锅炉水吸热量减少,余热锅炉的蒸发量降低,据试验,在余热锅炉壁上生成1X厚水垢,余热锅炉效率降低1%～2%。

3.2受热面结垢后,受热面壁温增加,强度降低,严重时引起金属过热容易发生爆炸事故。

3.3水垢的各种化学盐类,在不同条件下对金属起着腐蚀作用。

3.4清除水垢不但增加了检修费用,浪费了人力、物力,而且使受热面受到损失,降低余热锅炉寿命。

4、余热锅炉水垢的清除

清除水垢前后应了解水垢的性质和垢厚,水垢性质可根据外观及水源水质判断,最好是经过化学分析鉴别。结垢的厚度应当按水垢平均厚度来考虑。一般除垢方法可分两大类。

4.1手工及机械除垢

这种方法可使用手锤、铲刀、刮刀、金属刷子、洗管器等工具用人力直接从余热锅炉壁上除去水垢。这种方法操作简单,易于实行,但劳动强度大,费时间长,易受余热锅炉结构型式的限制,除垢时余热锅炉壁易受机械损失。

4.2化学除垢

4.2.1酸洗法

国内外比较成熟的水垢的清洗是酸洗除垢。此法比较有效、经济、简便、迅速。酸洗用酸有盐酸(HCl)、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、氨基磺酸H)、磷酸(H3PO4)、甲酸(HCOOH)、乙酸(CH3COOH)、羟基乙酸(CH2OHCOOH)、柠檬酸(H3C6H5O7)、EDTA(乙二胺四乙酸)等。其他酸费用过高,故一般用盐酸。当前国内外在酸洗除垢工作中,采用了不少的新技术,如用柠檬酸、柠檬酸氨和氨基磺酸等方法,也有的用特殊的有机酸和表面活性剂等。在用酸洗设备方面,目前大部分用耐酸泵、进、出水管道、药剂槽等,也有一些单位尝试使用全自动清洗台。

①酸洗除垢的原理

溶解作用:盐酸能与钙、镁的碳酸盐和氢氧化物起作用,生成易溶于水的氧化物:CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑MgCO3+Mg(OH)2+4HCl=2MgCl2+3H2O+CO2↑剥离作用:盐酸不但能溶解锅炉金属表面的氧化物,而且能使附在金属表面的氧化物剥离下来:FeO+2HCl=FeCl2+H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OFe3O4+8HCl=2FeCl3+FeCl2+4H2O疏松作用:夹杂碳酸盐的永久性水垢、盐酸与碳酸盐化合产生大量的二氧化碳,伴随一定的搅拌作用使水垢疏散和脱离。

②缓蚀剂的应用

酸既能除垢,但却又腐蚀金属,所以为使金属避免腐蚀,须在酸液中加缓蚀剂,以防止金属腐蚀,因此缓蚀剂对所有工业清洗是重要的,而且对锅炉除垢更是关键,常见缓蚀剂如下。Lan-5:硝酸酸洗缓蚀剂,由苯胺、乌洛托品等组成,适用于钢铁/硝酸体系。Lan-826:多用酸洗缓蚀剂,是一种目前广泛应用的高效多能的缓蚀剂,适用多种金属/多种酸的体系。TPR1-6EDTA清洗专用缓蚀剂:由国家电力公司西安热工研究所生产,用于多种金属/无机酸和有机酸体系。

③酸洗除垢的技术条件

余热锅炉通过检查必须要酸洗后,应对有结垢的炉管样品进行静态浸泡和强制循环酸洗的小型试验,然后确定切实可行的酸洗方案。若余热锅炉壁内部表面有严重的溃疡性腐蚀,应先将损伤比较严重的部分进行切换后在进行清洗,否则在酸洗过程中可能会引起渗透,影响酸洗工作顺利进行。

④酸洗系统的确定

酸洗系统应根据余热锅炉结构的特点、污脏的部位和程度以及现场设备的条件而定。通常有2种方法。静态浸泡酸洗:即把配好的酸液注入余热锅炉内,根据情况保持一定的温度(一般酸洗在常温下进行,需要加温,一定不可超过(55±1)℃,最好在常温下进行。以下举例说明于表1。表1酸洗温度对低碳钢腐蚀速率的影响200.321.3300.421.7400.601.9500.902.8601.75.3703.059.5805.6717.7盐酸的浓度应根据水垢的性质及水垢的厚度选择,为了减少酸洗时对金属的腐蚀,盐酸的质量分数一般为4%～6%,最大不超过12%。为了有效清除硫酸盐和硅酸盐水垢,应先用碱煮(先起疏软、龟裂、剥离、转型作用),然后再进行酸洗。若单纯进行硅酸盐水垢清洗可在盐酸中加少量氢氟酸,质量分数应严格控制在0.5%～1%为宜。酸洗的时间:酸液和金属面接触的时间越长越对金属有腐蚀,因此酸洗中凡是静态浸泡应保持在4～8小时,强制循环保持在2～4小时,最多不可超过12小时。水垢过厚可适当延长,具体判断应定期(30分钟)抽测酸液浓度,当两次分析酸液浓度相差很小时,即认为反应结束。缓蚀剂的添加量应与酸液浓度有一定的比例。所用缓蚀剂的品种不同添加量也不同,一般应遵循说明书操作。

(5)余热锅炉酸洗除垢的工艺过程

检查炉体及管道,如有腐蚀、穿孔或裂缝应先修补,并作好记录,在可能情况下拍片,以便日后考查和比较清洗效果。垢样应进行分析。根据确定的清洗方案和系统,计算必要的清洗药剂和贮备设备。酸洗时盐酸的用量可按(1)计算:Q=Vc1/c(1)式中:Q——所需酸量,kg;V——酸液的体积,m3;c1——盐酸的质量分数,%;c——工业盐酸的质量分数,%。缓蚀剂的用量按式(2)计算:W=V.a(2)式中:W——缓蚀剂用量,kg;V——缓蚀剂体积,m3;a——缓蚀剂的质量分数,%按照所采用的酸洗方法进行准备和安装(即准备防护用具及循环管道设备等安装),同时可进行酸洗前余热锅炉的冲洗工作(先冲净炉内水渣及泥垢,以防止浪费酸液,降低酸洗效果)。必须准备足够量的配药及冲洗用水,以免由于酸洗过程水量不足而影响酸洗工作的顺利进行;同时还要对酸的浓度和质量进行检查,以免混有其它酸和药剂。一切准备好,经有关人员检查后,回酸管路开始正常运行。

(6)酸洗

进酸:把配好的缓蚀剂按规定的条件注入余热锅炉,要在半小时内把酸进完,为提高酸洗除垢效果,可将进酸管路接在水垢较厚的地方。浸泡或循环:进酸完即为浸泡,在此过程中每隔半小时取样化验一次,直至两次化验浓度差低于20%为止。回酸(排酸):浸泡,循环结束后,应在半小时内排掉炉内酸液,以防对余热锅炉的腐蚀。中和余酸和水冲洗:酸液排完后,要中和冲洗,先用冷水冲洗几次,再把余热锅炉上满水加入1%的纯碱煮半小时后中和余酸,放出碱后,再用清水冲洗,直至排水变清为止。钝化处理:使余热锅炉表面形成良好钝化膜,防止余热锅炉运行期腐蚀。清洗评价:检查余热锅炉及酸洗效果,以达国家相关标准为宜。余热锅炉清洗后的保养:短期停炉可采用压力保养法;停炉3个月之内可采用湿保养法,即将质量分数为10%的碱性保护液注入余热锅炉,其水溶液成分为氢氧化钠2mm/t或磷酸三钠5mm/t;余热锅炉长期停用可采用干法保养。

5、余热锅炉清洗的注意事项

①余热锅炉清洗必须要有相应的专业资质单位来实施。对于低压锅炉清洗必须获有省级以上批准的资质证件。

②在锅炉清洗前,工厂一定要作出清洗规划,在清洗工程中,甲乙两方必须密切配合,安装临时管线、阀门、仪表时特别要注意安全,以防在清洗时破坏,严防药剂渗漏,若出现问题应立即采取防止措施。清洗结束后,应对汽包和联箱、管道中的污物、泥坩埚。坩埚架应选用镍铬丝或者耐热金属丝制成的。