鍋爐的化學(xué)清洗就是用某些化學(xué)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(hù)膜。
新安裝的鍋爐在其制造、運(yùn)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(jìn)入或殘留在鍋爐管內(nèi)。這些雜質(zhì)在鍋爐投入運(yùn)行前如不除去,投入運(yùn)行后就會(huì)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(dòng)前,應(yīng)進(jìn)行化學(xué)清洗。
運(yùn)行中的鍋爐,由于給水?dāng)y帶雜質(zhì),會(huì)使鍋爐受熱面產(chǎn)生沉積物。當(dāng)沉積物達(dá)到一定量時(shí),就會(huì)影響鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此,運(yùn)行鍋爐也應(yīng)該定期的或根據(jù)管壁沉積物的沉積量,進(jìn)行化學(xué)清洗。
一、化學(xué)清洗原理
化學(xué)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(xué)清洗方法,主要是用鹽酸、檸檬酸和氫氟酸清洗。
.鹽酸。由于鹽酸清洗效果較好,價(jià)格便宜,又容易買到,因此采用鹽酸清洗較為廣泛。
() 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?yàn)樵谒嵯催^程中鹽酸能與這些雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
① 與管壁上的氧化皮作用。鋼材在高溫(℃以上)加工過程中形成的氧化皮,是由FeO、FeO和FeO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(shí),會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成可溶性的FeCl或FeCl,使氧化皮溶解。其反應(yīng)式如下:
FeO+HCl→FeCl+HO
FeO+HCl→FeCl+HO
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+HCl→FeCl+H↑
產(chǎn)生的氫氣從氧化皮中逸出時(shí),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(xué)反應(yīng),使水垢溶解,反應(yīng)式如下:
CaCO+HCl→CaCl+HO+CO
MgCO·Mg(OH)+HCl→MgCl+HO+CO
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(duì)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。
() 對(duì)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(xué)反應(yīng),使金屬受到腐蝕。
Fe+HCl→FeCl+H↑
Fe+FeCl→FeCl
為抑制金屬腐蝕,在清洗液中應(yīng)加入緩蝕劑。
() 注意事項(xiàng)。用鹽酸洗時(shí),應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
① 當(dāng)水垢的主要成份是硅酸鹽時(shí),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(shí)則不能用鹽酸酸洗,因?yàn)辂}酸中的氯離子對(duì)奧氏體鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕,即所謂“氯脆”作用。
.檸檬酸
() 清洗原理。檸檬酸(HCHO·HO)是一種無色晶體,易溶于水的有機(jī)酸。酸洗時(shí),將檸檬酸配成~%的溶液,并用氨將其pH值調(diào)節(jié)為~。此時(shí)溶液的主要成份為檸檬酸單銨。用這種溶液清洗時(shí),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Fe+的腐蝕和對(duì)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(huì)出現(xiàn)大量的沉渣和懸浮物。這對(duì)清洗結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大機(jī)組是有利的。
() 注意事項(xiàng)。用檸檬酸酸洗時(shí),應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
① 檸檬酸不能與銅垢,鈣、鎂水垢或硅酸鹽水垢作用。因此,當(dāng)沉積物的主要成份為銅垢,鈣、鎂水垢或硅酸鹽垢時(shí),不能用檸檬酸酸洗。
② 當(dāng)清洗液的溫度低于℃,pH值大于.或Fe+超過.%時(shí),都可能發(fā)生檸檬酸鐵沉淀。因此,采用檸檬酸酸洗時(shí),應(yīng)注意防止發(fā)生沉淀。
.氫氟酸
() 清洗原理:
① 對(duì)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(duì)氧化鐵有較強(qiáng)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能與Fe+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(jìn)行的,但是,如果酸度過大([H+]>.M),溶液中F減少,會(huì)導(dǎo)致Fe[FeF]的解離。因此,一般采用%的低濃度的氫氟酸做為清洗液。
② 對(duì)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:
SiO+HF→SiF+HO
氫氟酸對(duì)氧化鐵或硅酸鹽水垢溶解得很快,約比用鹽酸快倍。因此,當(dāng)用氫氟酸清洗時(shí),酸洗液可以一次通過,不需要循環(huán)。這樣避免了Fe+對(duì)金屬基體的腐蝕,此時(shí)僅是氫氟酸的酸性腐蝕,因此腐蝕率較低,一般在克/米·小時(shí)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(duì)金屬腐蝕性較小,在清洗時(shí)可以不拆卸系統(tǒng)中的閥門。
() 注意事項(xiàng)。用氫氟酸酸洗時(shí),應(yīng)注意以下兩點(diǎn):
① 氫氟酸有毒,能強(qiáng)烈刺激呼吸系統(tǒng)。與皮膚相接觸時(shí),能引起劇烈的疼痛和難以治愈的燒傷,故在使用時(shí)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+HF→CaF↓+HO
反應(yīng)后生成了氟化鈣(CaF)的沉淀,使廢液中的F降至ppm以下。
二、緩蝕劑和緩蝕作用
.緩蝕劑
在化學(xué)清洗時(shí)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。
.緩蝕作用
有機(jī)緩蝕劑的分子能吸附在金屬表面上,形成一種很薄的保護(hù)膜,這種保護(hù)膜,能抑制金屬的腐蝕過程。
無機(jī)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(hù)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(yàn)決定。
三、添加劑及其作用
.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(duì)金屬的腐蝕,這種藥品稱為添加劑。
.各種添加劑的作用
① 使進(jìn)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(duì)氧化鐵的溶解。
② 防止Fe+、Cu+對(duì)鋼鐵腐蝕的添加劑。當(dāng)酸洗液中有較多的Fe+或Cu+時(shí),會(huì)使金屬基體遭到腐蝕。為了防止不同的離子對(duì)金屬的腐蝕,可向清洗液中加入不同的添加劑。
當(dāng)清洗液中Fe+較多時(shí),可向清洗液中添加還原劑,使Fe+轉(zhuǎn)變?yōu)?span>Fe+。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(dāng)清洗液中Cu+較多時(shí),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Cu+成為絡(luò)合離子。
四、鍋爐化學(xué)清洗的確定
鍋爐是否應(yīng)該進(jìn)行清洗,需根據(jù)具體情況決定。
.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(yùn)前應(yīng)該進(jìn)行化學(xué)清洗。
.運(yùn)行鍋爐。運(yùn)行鍋爐的酸洗,應(yīng)根據(jù)各臺(tái)鍋爐管內(nèi)沉積物的附著量或運(yùn)行年限確定。
① 根據(jù)鍋爐管內(nèi)沉積物附著量確定。當(dāng)鍋爐水冷壁管沉積物附著量達(dá)到表所列數(shù)值時(shí),應(yīng)在下次大修時(shí)進(jìn)行鍋爐酸洗。
表水冷壁向火側(cè)沉積物的極限量 (洗垢法測(cè)沉積量)
鍋爐類型
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汽 包 鍋 爐
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直 流 爐
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工作壓力 (公斤/厘米)
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≤
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~
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>
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沉積物量 (克/米)
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~
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~
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~
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~
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注:燃油或燃用天然氣的鍋爐,可按此表中工作壓力高一級(jí)的數(shù)值考慮。
為了查明爐管內(nèi)沉積物的量,應(yīng)進(jìn)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)選擇最容易結(jié)垢的部位進(jìn)行割管檢查。這些地方應(yīng)是受熱面熱負(fù)荷最大的部位,如噴燃器附近,對(duì)有燃燒帶的鍋爐,燃燒帶上部距爐膛中心最近處。割管檢查的間隔時(shí)間請(qǐng)參考所示。
表割管檢查間隔時(shí)間參考標(biāo)準(zhǔn) (單位:年)
壓 力 等 級(jí)
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燃 燒 方 式
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割管時(shí)間(運(yùn)行后或酸洗后)
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汽 包 爐
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直 流 爐
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超臨界壓力
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混 燒
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重 油
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(公斤/厘米)
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煤
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~
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混 燒
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重 油
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(公斤/厘米)
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煤
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~
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混 燒
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重 油
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(公斤/厘米)
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煤
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混 燒
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~
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~
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重 油
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~
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注:高爐煤氣按煤考慮,原油、天然氣按重油標(biāo)準(zhǔn),旋風(fēng)爐按重油標(biāo)準(zhǔn)。
② 根據(jù)鍋爐運(yùn)行年限確定。根據(jù)鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),定期進(jìn)行化學(xué)清洗。表中擬定的化學(xué)清洗間隔時(shí)間,僅供參考。
表運(yùn)行鍋爐化學(xué)清洗的間隔時(shí)間
鍋爐類型
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汽 包 鍋 爐
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直 流 爐
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工作壓力
(公斤/厘米)
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≤
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~
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>
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時(shí) 間(年)
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—
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注:燃油鍋爐應(yīng)按高一級(jí)的參數(shù)定標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)口機(jī)組應(yīng)根據(jù)制造廠規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行酸洗。
五、化學(xué)清洗步驟和方法
鍋爐化學(xué)清洗步驟一般按以下順序進(jìn)行:
.水沖洗。水沖洗就是清洗系統(tǒng)在用化學(xué)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(duì)運(yùn)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(duì)清洗系統(tǒng)的嚴(yán)密性進(jìn)行一次檢查。
.堿液清洗。堿液清洗的目的,對(duì)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(duì)運(yùn)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。
() 堿洗藥品。堿洗使用的化學(xué)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:
NaPO 濃度為.~.%
NaOh 濃度為.~.%
表面活性劑 濃度為.%
() 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(jìn)行循環(huán),同時(shí)將除鹽水加熱到~℃,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(jìn)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.米/秒,循環(huán)清洗時(shí)間為~小時(shí)。
② 堿煮。堿煮就是向鍋爐加入堿液后,加熱升壓到~公斤/厘米,并維持此壓力小時(shí),然后進(jìn)行排污,排污量為額定蒸發(fā)量的~%。再被水——升壓——排污。如此反復(fù)進(jìn)行,直至水中無油為止。堿煮時(shí),當(dāng)堿液濃度下降到開始濃度的時(shí),應(yīng)補(bǔ)加藥品,使其再達(dá)到初始濃度。堿煮完畢后,待堿液溫度降至~℃時(shí),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):
SiO+NaOH→NaSiO+HO
生成的NaSiO是一種可溶性物質(zhì)。因此,當(dāng)鍋爐內(nèi)沉積物中含有硅化物較多時(shí),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(shí)Cu+對(duì)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(dá)到除銅的目的。所以,在堿洗后還應(yīng)進(jìn)行氨洗。
氨洗的工藝條件一般為:氨溶液濃度為.~%,過硫酸銨溶液濃度為.~.%,氨洗的溫度為~℃,清洗時(shí)間為~小時(shí)。
氨洗后再用除鹽水或軟化水沖洗。
.酸洗
() 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。
() 酸洗工藝。用鹽酸清洗時(shí),初始濃度為~%,最高溫度為℃,循環(huán)酸洗流速在.~.米/秒之內(nèi),酸洗時(shí)間一般為小時(shí)。
檸檬酸酸洗時(shí),初始濃度為~%,溫度通常控制在~℃,循環(huán)酸洗流速為.~米/秒的范圍內(nèi),酸洗時(shí)間一般為~小時(shí)。
氫氟酸酸洗時(shí),初始濃度為~.%,最高溫度為℃,開路酸洗時(shí)酸洗流速應(yīng)大于.米/秒,酸洗時(shí)間約為~小時(shí)。
酸洗結(jié)束后,廢液不能用放空的方法排除,應(yīng)當(dāng)用降鹽水(或軟化水)或氮?dú)忭斉?,并及時(shí)進(jìn)行清洗,防止酸洗后金屬表面腐蝕。排放的廢液應(yīng)進(jìn)行處理。
.漂洗
() 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(jìn)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。
() 漂洗工藝。漂洗時(shí),檸檬酸濃度為.~.%,也可以在漂洗液中加入若丁(濃度為.%)或其他緩蝕劑,用氨水調(diào)節(jié)pH值為.~.,溶液溫度為~℃,循環(huán)沖洗時(shí)間為.~.小時(shí)。
.鈍化。鈍化就是用某些化學(xué)藥品的水溶液對(duì)金屬表面進(jìn)行處理,使金屬表面生成防腐蝕的保護(hù)膜。目前采用的鈍化方法有三種:
() 亞硝酸鈉法。采用此法鈍化時(shí),亞硝酸鈉(NaNO)溶液的濃度為.~.%,并用氨水將其pH值調(diào)節(jié)為~,溫度為~℃,清洗時(shí)間為~小時(shí)然后排掉廢液,最后用除鹽水沖洗,以免殘留的亞硝酸鈉在運(yùn)行時(shí)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(hù)膜。
() 聯(lián)氨法。此法是用除鹽水配成濃度為~毫克/升的聯(lián)氨溶液,用氨調(diào)節(jié)其pH值為.~左右,溫度維持在~℃,在清洗系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)~小時(shí)。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(hù)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。
() 堿液法。此法是采用~%的NaPO或NaPO與NaOH混合液進(jìn)行鈍化,溫度維護(hù)在~℃,在清洗系統(tǒng)中循環(huán)~小時(shí),最后用除鹽水沖洗,直到排出水的堿度和磷酸根與鍋爐運(yùn)行時(shí)所允許的標(biāo)準(zhǔn)相近為止。鈍化后的金屬表面產(chǎn)生黑色保護(hù)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(zhǔn)備工作
化學(xué)清洗是保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施之一。清洗前準(zhǔn)備工作的好壞,直接影響到化學(xué)清洗的效果。因此,清洗前應(yīng)做好以下幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作:
.清洗用藥。對(duì)清洗用的各種化學(xué)藥品,應(yīng)準(zhǔn)備齊全數(shù)量足夠,并有適當(dāng)余量。
.清洗用水。在化學(xué)清洗過程中,某段時(shí)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(huì)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(jì)劃。
.加熱用蒸汽。進(jìn)行化學(xué)清洗時(shí),常用蒸汽加熱清洗溶液,為使清洗液達(dá)到并保持一定的溫度,對(duì)蒸汽的壓力、溫度、用量和取用點(diǎn)等,應(yīng)做周密地計(jì)劃。
.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。
.廢液和廢氣的處理和分析。清洗現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備有良好的排水設(shè)施,廢液應(yīng)進(jìn)行處理,排放的廢液或廢氣均應(yīng)符合環(huán)境保護(hù)部門的規(guī)定,并做好廢液、廢氣的分析準(zhǔn)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:
.操作現(xiàn)場(chǎng),必須有充分的照明設(shè)施和必要的通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備。
.在有通道的臨時(shí)酸洗管道上,要設(shè)有臨時(shí)架橋。
.在酸洗設(shè)備和閥門上,應(yīng)掛有明顯的標(biāo)示牌。
.操作人員必須配戴好安全防護(hù)用品,如防酸服、膠靴、橡皮手套、口罩、防護(hù)眼鏡等。
.操作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)備用臨時(shí)救護(hù)藥品,附近應(yīng)準(zhǔn)備帶有橡膠軟管的安全水龍頭。
.在酸洗過程中會(huì)產(chǎn)生氫氣,因此操作現(xiàn)場(chǎng)及其周圍應(yīng)嚴(yán)禁煙火。操作現(xiàn)場(chǎng)也應(yīng)備有必要的消防設(shè)施。
.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(jìn)行。