j第十章热力设备的化学清洗课件.ppt
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1、学习内容,绪论第一章 电厂用水概述第二章 水的预处理第三章 水的预脱盐(超滤、反渗透)第四章 锅炉补给水深度除盐第五章 凝结水精处理第六章 超临界机组热力设备腐蚀概述第七章 热力设备的氧腐蚀和酸性腐蚀第八章 超临界机组的水化学工况第九章 冷却水系统的腐蚀与防护第十章 热力设备的化学清洗,第十章 热力设备的化学清洗,第一节化学清洗的必要性 一、新建炉化学清洗的必要性 锅炉在制造、储运和安装过程中,不可避免地会形成氧化皮、腐蚀产物及焊渣,并带入砂子、尘土、水泥和保温材料碎渣等含硅杂质。管道在加工成型时,有时使用含硅、铜的冷热润湿剂,或在热弯管时灌砂,都可能使管道内残留含硅、铜的杂质。此外,设备在出
2、厂时还可能涂覆有油脂类的防腐剂。锅炉投运时若不去除这些脏污物,就可能产生下列危害:(1)锅炉启动时,汽水品质长期不合格,使机组启动时间延长;(2)在锅炉内的水中形成碎片或沉渣,堵塞炉管,破坏正常的汽水流动工况;(3)直接妨碍炉管管壁的传热或者导致水垢的产生,使炉管金属过热和损坏;(4)促使锅炉在运行中发生沉积物下腐蚀,以致炉管变薄,甚至发生穿孔和爆管。二、运行炉化学清洗的必要性 锅炉投运后,即使有十分完善的给水处理和合理的炉水处理,仍然不可避免地会有结垢性物质进入给水系统,而热力系统本身也会产生一定的腐蚀产物。这些杂质在炉管内形成水垢或附着物,影响炉管的传热和水汽流动特性,加速炉管的腐蚀和损坏
3、,污染蒸汽,危害机组正常运行。因此,锅炉运行一定时间后,也有必要进行化学清洗。,第二节常用的清洗剂和添加剂,一、常用的清洗剂 1盐酸溶解附着物过程:FeO+2HCIFeCl2+H20 Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O Fe3O4,可以看作是FeO和Fe2O3的混合物。使附着物从金属表面上脱落(腐蚀)过程:Fe+2HClFeCl2+H2 Fe+2FeCl33FeCl2溶解钙、镁水垢,其反应如下:CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2 MgCO3Mg(OH)2+4HCl2MgCl2+3H2O+CO2 盐酸优点:清洗能力很强,添加适当的缓蚀剂,就可非常有效地抑制它对锅炉金属的腐蚀;
4、价格便宜,货源充足,输送简便;清洗操作容易掌握。盐酸的缺点和局限性:不适用于有奥氏体不锈钢的锅炉结构体系;清洗后的残余浓度较高,浪费较大;除铜和硅的能力差。当附着物中含铜较多时,应考虑添加铜离子络合剂或采用特殊的除铜工艺;当清洗含硅较多的沉积物时,在清洗液中往往需要补加氟化物等添加剂。,2氢氟酸(HF)氢氟酸与盐酸相比是弱酸,但低浓度的氢氟酸却比盐酸具有更强的溶解氧化铁的能力。2Fe3+6FFe(FeF6)当氢氟酸浓度过大时,除铁作用会降低。用氢氟酸清洗时,通常是采取开路清洗方式,即将清洗液一次性地流过清洗的设备,所以清洗液与金属表面的接触时间很短,加上酸液的浓度小,温度较低,而且还可添加适当
5、的缓蚀剂,所以对金属的腐蚀较轻。氢氟酸可用于清洗由奥氏体钢等多种钢材制作的锅炉部件,而且由于它对金属的腐蚀性小,所以清洗时,可不必拆卸锅炉水汽系统中的阀门等,从而可简化清洗的临时装置。废液用石灰中和,将阳离子和阴离子以氢氧化铁和氟化钙的形式沉淀出来。氢氟酸作为清洗剂的缺点是有毒、腐蚀性大,容易烧伤人体,必须十分注意使用安全。另外,氢氟酸的来源不充足,价格也较高。,3柠檬酸 在清洗液中加氨,将溶液的pH调至3.54.0,柠檬酸与氨生成是柠檬酸单氨,其与铁离子会生成易溶的络合物可得到较好的清洗效果。Fe3O4+3NH4H2C6H5O7 NH4FeC6H5O7+2NH4(FeC6H5O7OH)+2H
6、2O Fe+NH4H2C6H5O7NH4FeC6H5O7+H2柠檬酸作清洗剂时的工艺条件:(1)柠檬酸溶液应有足够的浓度,不能小于1,常用24;(2)温度9098,最低时不得低于85,且清洗过程中不应突然降低温度;(3)将清洗液的pH调控在3.54.0的范围内;(4)清洗流速一般采用0.6m/s,最高可用1.0m/s;(5)在保证清洗效果的条件下,可采用最短的时间(34h),一般不得超过6h;(6)在清洗结束后,必须采用热水或柠檬酸单氨的稀溶液来置换清洗废液,而不能将热的柠檬酸清洗废液直接放空。优点:由于铁离子与它生成易溶的络合物,清洗中不会形成大量的悬浮物和沉渣;它对金属基体的侵蚀性小,对奥
7、氏体不锈钢安全性高,可采用较高流速。因此,它可用来清洗受热面大、管径小、结构复杂的高参数、大容量机组的炉本体系统和炉前系统。缺点:药品较贵,除垢能力较盐酸差,对铜垢、钙镁垢以及硅垢溶解能力较差,清洗过程要求较高的温度与流速,需要大容量酸洗泵。,4,EDTA EDTA清洗就是利用EDTA的络合作用溶解金属表面的沉积物。EDTA是四元弱酸。它本身难溶于水,但当羧基上的氢被Na+或NH4+取代后,则其水溶性增强。在溶液中,它能与锅炉内部沉积物中的铜铁和钙镁等金属氧化物反应,并形成可溶的稳定络合物。络合反应按1:1的比例进行,使锅炉内部沉积物络合溶解,具有较强的除铁垢能力。EDTA清洗可分为EDTA胺
8、盐和EDTA钠盐两种工艺。EDTA钠盐清洗又称为协调EDTA清洗,其特点是:利用EDTA络合除垢原理,从弱酸性开始洗炉,依靠炉内络合体系自身的物理化学变化,随铁垢的不断溶解,清洗液的pH值自动升高,最后以钝化pH值结束洗炉,从而实现了除垢和钝化一步完成。近年来协调EDTA清洗技术得到越来越广泛的应用。影响协调EDTA清洗效果的主要因素:(1)清洗液的EDTA浓度。协调EDTA清洗,一般EDTA浓度取15左右为宜。(2)清洗液的pH值。EDTA钠盐溶液的pH值在5358的范围内时,清洗结束时溶液的pH值可上升到8595,从而可保证良好的钝化效果。(3)清洗液的温度。常将温度控制在130140的范
9、围内。(4)清洗液的流速。EDTA清洗的流速控制在0.51.0m/s范围内便能取得良好的清洗效果。(5)缓蚀剂及其他助剂的选择。在EDTA清洗中常用的缓蚀剂和其他助剂主要有乌洛托品、硫脲、N2H4、MBT等单体,以及TSX04、TSX05等复配物。除了缓蚀剂之外,为了抑制Fe3+和Cu2+离子对金属基体的腐蚀,以及防止镀铜现象的发生,在清洗中还必须根据实际情况添加有效地抑制剂和掩蔽剂。优点是可用同一介质实现除垢和钝化,从而克服了盐酸清洗等工艺程序多、工期长、用水量大、排放困难的缺点。但是,其药品价格高,清洗成本高,这是限制其应用的主要原因。另外,它配药工作量较大,清洗时需要100以上的高温。,
10、5锅炉设备起动前的加氧蒸汽清洗工艺(1)原理:新建锅炉汽水管道内表面上的氧化物主要由热力学不稳定的低价氧化铁(FeO)组成,它在适当的温度下与氧发生反应,可转变为高价铁的氧化物(Fe3O4或Fe2O3)。这样,沉积层的相组成和结构将发生变化,其结构坚固性被破坏。在一定压力、温度的过热蒸汽以较高流速通过时,便能将沉积物机械地除去;另外,在清洗后的金属表面,由于高温下氧化剂的作用,会形成良好的保护膜。(2)特点:工艺简单、无需使用化学药剂、除垢与钝化合一、可形成较稳定的钝化膜。(3)工艺:蒸汽吹洗速度5080m/s质量流量不低于600kg/(m2s);蒸汽压力4MPa,温度170450;加氧量0.
11、11S/L。,二、化学清洗添加剂1缓蚀剂 在腐蚀介质中加入少量某种物质就能大大降低金属的腐蚀速度,这种物质称为缓蚀剂。其缓蚀效果常用缓蚀效率(I)来表示 V0和V1分别为未加缓蚀剂时和加入缓蚀剂后金属的腐蚀速度。化学清洗的缓蚀剂应满足下列要求:(1)有良好的缓蚀性能,必须使腐蚀速度降至8g/(m2h)以下,不发生明显的局部腐蚀(如点蚀),并且有利于防止氢脆;(2)不影响清洗剂的清洗能力;(3)无毒性,使用安全方便,并且清洗废液排放以后不污染环境。,2掩蔽剂 清洗液中Cu2+离子的浓度较高时,这些Cu2+离子会与铁发生置换反应:Fe+Cu2+Fe2+Cu,从而导致钢铁腐蚀,并在钢铁表面析出金属铜
12、,这就是所谓的镀铜现象。为了防止镀铜,可添加铜离子络合剂,即掩蔽剂,例如,硫脲、NH3等。3还原剂 清洗液中的Fe3+会引起基体金属的腐蚀:Fe+2Fe3+3Fe2+。当Fe3+超过一定量时,会使钢铁腐蚀显著加快,甚至产生点蚀。一般希望Fe3+300mg/L.当其含量过高时,可以加还原剂(加氯化亚锡),使Fe3+还原为Fe2+。除了氯化亚锡可作为还原剂之外,在有机酸清洗液中还可加联氨、草酸等作还原剂。4助溶剂 硅酸盐水垢、铜垢在一般的酸液中不易溶解,氧化铁在其中的溶解速度也不快。为了促进沉积物的溶解,可在清洗剂中加适量的助溶剂。在清洗液中加0.20.3的氟化铵可以促进氧化铁的溶解,因为氟化物和
13、Fe3+有络合作用,可以使溶液的Fe3+浓度很小,这样清洗剂和氧化铁的反应容易进行。进行盐酸清洗时,如有硅酸盐水垢,为了促进其溶解,在清洗液中加入氟化钠或氟化铵,一般加入量为清洗液的0.52.0,氟化物在盐酸中生成氢氟酸,将促进硅化合物的溶解。,5表面活性剂 表面活性剂又称界面活性剂,它是能够显著降低水的表面张力的物质,这些物质是有机化合物,其分子由极性基和非极性基组成,极性基(如-OH、-COOH、-COO-、NH3+、-SO3H等)是亲水的,非极性基(碳氢基)是憎水的。表面活性剂能够在液体/液体界面或液体/固体界面上定向排列,改变界面张力,从而起到润湿、加溶和乳化等作用。(1)润湿作用。(
14、2)加溶作用(3)乳化作用。,第三节 化学清洗的工艺过程,一、工艺条件 1清洗方式 锅炉化学清洗可采用静态浸泡和动态清洗两种方式,现在一般是采用动态清洗加一定的浸泡。,3清洗液的温度和流速对于铁的氧化物等沉积物,酸洗时清洗液的温度高对清除这种沉积物有利,因为它们的溶解度和溶解速度都随温度升高而增大,当清洗温度下降时已溶解的沉积物还可能再沉淀出来。但是,缓蚀剂的缓蚀效果可能随温度的上升而下降,当超过一定的温度时,甚至可能使其完全失效。因此,清洗液的温度应根据清洗介质的组成及其特性来确定。采用动态清洗方式时,应适当控制清洗液的流速。增加流速,虽然可使沉积物的溶解加快,但也可能使金属腐蚀加速。4清洗
15、时间除了HF开路法外,其他清洗工艺一般都是洗至溶液中含铁量不再发生明显变化,监视管样已基本洗净时,再循环1h左右,即可停止酸洗。但是,接触酸液的总时间应小于10h。5某超临界直流锅炉本体和炉前系统的清洗工艺(1)碱洗:1除油剂+0.04消泡剂,505,46h。(2)酸洗:3.5柠檬酸+0.4SH-369缓蚀剂+0.2氟化铵,pH=3.54.0,905,6h。(3)钝化:0.2柠檬酸+0.2双氧水,pH=9.010.0、505、46h。1清洗泵二、化学清洗系统的设计1清洗泵根据系统的通流截面和流动阻力选择适当的清洗泵,保证它有足够的流量和扬程。一般应设两台清洗泵,互为备用。如果清洗泵的容量不够或
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