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第一节　化学清洗的基本原理和处理

对于一些高温或不断浓缩的系统如锅炉、冷却水系统等，不论采用何种水处理措施，都只能把结垢速度控制在允许范围内，而不能彻底杜绝结垢隐患。系统一旦结了水垢、污垢，不但降低了热效率，给系统的安全、正常运行带来隐患，并且使得水处理剂无法及时到达金属表面而失效，加速了金属腐蚀的速度。因此，及时地去除水系统中的各类污垢，不仅仅是节能、安全的需要，也是延长设备使用寿命的需要。

化学清洗是一种最有效的除垢手段，只要清洗剂选择得当，清洗方式得当，对各类污垢都有极强的去除能力，且不论何种组成的系统，都能找到一种合适的化学清洗方式。至于对金属的腐蚀，只要清洗剂、缓蚀剂选用得当，可以控制到很小的程度，远远小于机械除垢对金属的损伤。下面对化学清洗的基本原理、煮炉转化的基本原理、除垢清洗剂用量计算、化学清洗废液的处理、化学清洗废液排放作一简要介绍。

一、清洗、缓蚀、钝化的基本原理

1.化学清洗的基本原理

一般，化学清洗从材料表面除去污垢的化学方法。以工业设备的化学清洗为例最为复杂。对于新设备主要进行除油、除锈、清洗和钝化处理；而检修后的设备则要进行酸洗，中和防锈和污泥剥离，对于炼油厂和石油化工厂的换热器还须考虑溶剂清洗，以除去有机垢。

2.除锈、缓蚀基本原理

一般，当水体接受电磁场能量的作用后，大量的单个水分子包围了溶解在水中的氧分子，使溶解氧成为惰性氧，切断了金属锈蚀所需氧的来源，从而大大减缓金属锈蚀对管道或容器的破坏影响。

另外，全频宽波段电磁波激起的悬垂复合调制频率的电磁场所产生的「集肤效应」在管壁上聚集了过剩的负电荷，而水内部聚集了过剩的正电荷，水中过剩的正电荷强烈排斥带正电的同性 Fe3+，阻止 Fe3+从金属管壁分离进入水中（系统中产生的黄色锈水就是 Fe3+在水中呈现的颜色），同时，管壁或容器壁上过剩的负电子也不断吸引带正电 Fe3+，阻碍 Fe3+溶入水中，从而能使原有管壁上的 Fe2O3（红锈）还原成具极强耐腐蚀力的黑锈外膜 Fe3O4，从而具有十分强的防腐作用，使得金属管道或容器内壁的腐蚀速度一般情况下可以下降 90% 以上。

3.钝化的基本原理

众所周知，铁、铝在稀 HNO3或稀 H2SO4中能很快溶解，但在浓 HNO3或浓 H2SO4中溶解现象几乎完全停止。碳钢通常很容易生锈，若在钢中加入适量的 Ni、Cr，就成为不锈钢了。

金属或合金受一些因素影响，化学稳定性明显增强的现象，称为钝化。由某些钝化剂（化学药品）所引起的金属钝化现象，称为化学钝化。如浓 HNO3、浓 H2SO4、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4等氧化剂都可使金属钝化。

金属钝化后，其电极电势向正方向移动，使其失去了原有的特性，如钝化了的铁在铜盐中不能将铜置换出。此外，用电化学方法也可使金属钝化，如将 Fe 置于 H2SO4溶液中作为阳极，用外加电流使阳极极化，采用一定仪器使铁电位升高一定程度，Fe 就钝化了。由阳极极化引起的金属钝化现象，叫阳极钝化或电化学钝化。

二、煮炉转化的基本原理

煮炉是利用难溶化合物转化的原理除垢。在煮炉化学反应中，使用较高浓度的转化溶液，在相当高的温度下，对水垢进行液-固两相间的化学反应，经过相当长的时间，使垢变得松软而脱落，再辅以人工的清理铲刮，可达到 80% 以上的除垢效果，这是在锅炉制造工艺为铆接和胀接时代的安全快速（和人工除垢相比）的清洗方法。锅炉采取全焊接工艺后，煮炉压力降为常压，温度小于等于 95℃，使水垢能浸润和疏松，有利于酸洗的进行。

常规的煮炉是对 3.8MPa 及以下的采暖锅炉和工业锅炉进行的投产前清洗。它利用碱的皂化除污作用，洗去制造、运输和存放中的油脂、灰尘和沙粒。煮炉还有使金属表面钝化的作用。

三、除垢清洗剂用量计算

目前国内高效缓蚀剂，可适用于锅炉钢，不锈钢、黄铜、紫铜等多种金属及合金材质，缓蚀率达 99.7%，比盐酸类除垢剂要高几十倍到几百倍。

一般水溶液与碳酸盐水垢能发生激烈的化学反应，生成易溶脱水的盐类和二氧化碳。把水垢投入除垢剂溶液中可见有大量气泡生成，并逐渐把水垢溶解掉。由于国内产品一般不含氯离子，故可以用于不锈钢及奥氏体钢设备的除垢。

但对硫酸盐水垢和硅酸盐水垢效果不佳。

此类水垢不宜用此水垢型除垢剂，应使用锅炉速除垢剂。

1.水垢清洗剂用量计算

循环水除垢清洗剂用量应根据水垢多少确定。一般每公斤水垢需要 1kg 除垢剂清除。也可按公式计算：用药量（kg）=1.5 倍结垢厚度（mm）× 热交换面积（m2），配制的清洗液浓度一般为 2%～4%。也可采取多次投药的方法，随时观察反应情况，控制 pH 值 1～1.5 至水垢除尽为止。清洗过程中监测铁离子含量、pH、浊度等。循环水除垢清洗剂方法可采用浸泡或强制循环法。

循环水除垢清洗剂可以常温清洗，也可以加热循环清洗，清洗时间一般 3～8h 即可。水垢较厚时，可适当延长至 24h 左右，浸泡完毕，升温煮沸，1～2h 即可排放掉。为了防止设备锈蚀，清洗完成后对管道进行中和钝化，排放掉钝化液，再用清水冲洗。设备可投入运行，或进行保养以备使用。

2.锅炉水垢清洗剂使用投放量

如某工厂配制清洗剂 1t，其中原料占 28%，水占 72%，清洗剂使用时按 30% 投放。现为降低包装费用，新浓缩配方中原料占 56%，水占 44%，如要达到原使用效果，浓缩配方清洗剂使用时投放比例就相当于原料增大了两倍，投放量是 15% 就够了。

3.锅炉速除垢剂用量计算

锅炉除垢剂用量应根据水垢多少确定。一般每公斤水垢需要 1～2kg 除垢剂清除。也可按公式计算。用药量（kg）=1.5 结垢厚度（mm）× 热交换面积（m2），配制的清洗液浓度一般不超过 15%。也可采取多次投药的方法，随时观察反应情况，pH 值 1～1.5 时水垢除尽为止。

锅炉除垢的方法可采用浸泡或强制循环法。

除垢液的温度应控制在 60℃ 左右为宜，温度低反应速度慢，清洗时间长；温度提高，反应速度加快，清洗时间缩短，但温度过高，超过 80℃，会使除垢剂中有效成分分解，失去除垢能力，因此以控制在 60℃ 左右为佳。

清洗时间一般 8h 即可，水垢较厚的锅炉，可适当延长至 24h，浸泡完毕升温煮沸，1～2h 即可排放掉。为了防止锅炉锈蚀，应加 1% 的磷酸三钠水溶液中和纯化锅炉，然后排放掉钝化液，再用清水冲洗。锅炉可投入运行，或进行保养以备使用。

4.循环水系统清洗剂用量