清洗原理概要及质量保证体系

化学清洗基于溶解、络合、转化及其他作用使污垢由设备表面脱离。当清洗介质对基体有腐蚀和侵蚀作用时，应进行缓蚀，抑制其腐蚀作用。清洗后的金属表面应被处理成钝态。对于要求严格的设备还应建立永久钝化膜。

　　1.污垢成分　

1.1锅炉和热交换器的污垢

　　由水中分离出的污垢仍保持这类杂质的难溶化合物成分。例如悬浮存在的硅酸和铁的氧化物，以二氧化硅和三氧化二铁形式析出；胶体状态的硅酸也可聚集成失水态的二氧化硅。难溶的物质则按其溶解度形成碳酸钙、氢氧化镁、硫酸钙等沉淀。

　 1.1.1水垢

　　同样成分的物质在垢中存在的形态不相同。例如二氧化硅，可以是砂粒，可以是无定形的石英、燧石，也可以是玛瑙、水晶或其他宝石结构；含有钙、镁、钠、钾等元素的硅酸盐，可以是长石、云母、石棉、花岗岩等，也可以是蛇纹石、橄揽石及玉石。水垢中居多的是碳酸钙，它是无定形或颗粒状，在自然界则是青石(石灰石)、白垩、方解石、大理石；钙与磷酸盐形成的垢在中压以上锅炉中最常见，它们可以是羟基磷灰石，也可以是成垢倾向大的磷灰石。钙与硫酸盐形成硫酸钙垢，视含结晶水不同可有无水、半水、二水等不同物质，它们分别称无水石膏、熟石膏和生石膏。钙与镁的碳酸盐是白云石。镁的碳酸盐是菱镁石，其氢氧化物为水镁石，失水或失去二氧化碳后为白苦土。钠与钾的盐在水中可溶解产生钠、钾离子，但是在长石中它们稳定地存在，因此，在不溶于水的污垢中常可检测出钠、钾元素。钠的铝氟化物冰晶石比较常见，氟与钙形成萤石，这是氢氟酸清洗废液经石灰乳处理后产生的沉淀。　

1.1.2腐蚀产物

　　在污垢中经常含有受热面和热交换面的腐蚀产物，使用钢铁者是氧化铁和磁性氧化铁，它们分别是赤铁矿与磁铁矿；有二氧化碳腐蚀的还会产生碳酸铁，即菱铁矿。使用铜和铜合金者可生成氧化铜与氧化亚铜，它们分别是黑铜矿与赤铜矿；在空气中铜和铜合金产生的绿锈是碱式碳酸铜，它与孔雀石的成分相同。黄铜是用得最广的热交换材料，它常以脱锌的形式腐蚀，因此污垢中常有氧化锌(氢氧化锌的失水形式)，有时也会以碳酸盐形式出现，前者是锌白，后者是炉甘石。

　　采用硫酸铝或聚合铝凝聚去浊时，过量的絮凝剂进入水中会成为污垢成分。如果水的pH过低或过高会使絮团溶解，搅动速度过大、水温变化等物理因素，也会使已脱稳的颗粒复稳而增加水中铝盐含量。铝在垢中以氢氧化铝的失水形式存在，这种氧化铝相当于铝矾土的成分。　

1.2机电产品投产前与运转期间所生成的污垢

　　锅炉和其他机电产品表面有钢铁轧制时的磁性氧化铁鳞皮，有焊接时的熔渣焊瘤，有为防锈涂敷的油脂，有露天放置时产生的锈层和粘附的灰尘。锅炉和其他受热设备除了水侧有水垢和腐蚀产物、蒸汽侧有盐垢外，火焰侧也有熔融的焦渣、沾着的烟炭、灰渣。用油润滑的设备必然会产生油渍腻垢。它们是由矿物油(或动、植物油)、石蜡等油脂和灰尘的混合物。脂肪类物质易氧化降解成为低分子酸，因此还常有设备腐蚀的产物。

　　有涂层的设备，在涂层失效后也变成附着物成分之一，在涂敷新的涂料时必须将其除净。海洋轮船的防污漆(船底漆)应经常补涂，当其中所含的亚铜盐或有机锡流失后，海洋生物将在船底结成坚硬的污垢层。

　　2.污垢成分分析

　　为了有效地除垢，必须确知被清洗物质的组成。对一般设备可由设备的介质条件推断可能形成的垢，再辅以定性试验判别。大容量锅炉及不能用常规清洗介质清洗的设备，应对其污垢进行成分分析，并进行除垢清洗模拟试验。　

2.1污垢的定性判别　

2.1.1外观及水质处理提供的信息

　　首先由外观察看所取的垢样是否含有油脂类成分，例如手摸有无粘腻滑软的感觉，用滤纸擦拭能否见到油渍，能否嗅到矿物油特有的味道，再置于去离子水中煮开观察液面是否有油花。向水中投入少许樟脑粉末，如果看不到在液面上发生布朗运动就是有油进入水中。

　　可由污垢的外状判别其主要成分。如果是未进行水质处理的热水锅炉、热交换器生长的垢，呈白色片状，断面呈颗粒状，则可能是碳酸钙垢。不进行水处理的蒸汽锅炉，也未进行锅内投药处理时，也多是碳酸钙垢。在这种水垢中常混有腐蚀产物而使水垢呈粉红色和红褐色。呈粉红色含铁量少于10%，如果含铁量达20%、而且有低价的铁(黑色的磁性氧化铁)则呈褐色。

　　由磷酸盐处理的锅炉中的水垢呈灰白色，硬质的碳酸钙垢为松散结构。由于锅炉结垢后难免有腐蚀，因此垢中总混有铁的氧化物，使垢由灰白转为灰红，红褐或黑褐色。铁的含量为10%～30%。如果锅炉补充水不进行除硅或脱盐处理，锅炉水垢中常含有二氧化硅，其含量为5%～20%。不进行石灰预处理的软化水，尤其是氢钠交换软化水系统，无除硅作用，这种水作为锅炉补充水时，垢中二氧化硅可超过20%。　

2.1.2电站锅炉的水垢

　　高压锅炉多使用除盐水作锅炉补充水，化学除盐水中不含硬度盐类，但是如果凝汽器渗漏或泄漏，在冷凝水中漏入了冷却水，必然会产生磷酸盐垢，如果泄漏量大，锅炉水中无过剩的磷酸根，也会产生部分碳酸钙垢。锅炉受热面上常有腐蚀产物和水垢掺混存在，如果给水系统有腐蚀使水中含铁、铜等杂质时，也会产生铁铜垢。但是在水垢的下面同样有腐蚀产物，因此，在10.7MPa及以上锅炉中，垢和腐蚀产物相伴出现，而且参数越高，腐蚀产物的比例越大，其外状越呈红褐和黑褐色，而且垢的密度可由2g/cm3升高到5g/cm3，拿在手中有沉重感。

　　用硫酸作为再生剂的阳床常有硫酸钙产生，它们有可能进入锅炉生成难溶的硫酸钙垢。

　　电站锅炉的不同部位垢的成分有较大差异，在省煤器中以铁的氧化物为主，钙、镁等的含量很少，不存在磷酸盐。在汽鼓中则多以磷酸盐垢为主，在阳离子中钙、镁占的比例较大。在锅炉的下降管和下联箱中，垢的成分与汽包中的成分接近，但是下联箱中常有堆积状的腐蚀产物，所以铁的含量高些。水冷壁管中多以铁的氧化物为主，凝汽器泄漏时常有磷酸盐垢。　

2.1.3热交换器和凝汽器中的垢

　　水与水或水与汽进行热交换的加热器或冷却器生成的垢都是碳酸钙垢。例如用原水作为冷却介质的压缩机、空调机的冷却器，用天然水作工质的分散采暖换热器等都是。发电厂的凝汽器所结的垢也是碳酸钙垢。

　　如果设备有腐蚀，垢中含有少量热交换材料和系统所用材料的成分，例如铜、锌、铁等。如果水的悬浮物较高，也常含有少量硅酸盐。　

2.1.4对水垢溶解特性的试验

　　确定水垢的成分是为了研究其来源、成因和制订清洗方案。成分较简单的水垢，在较有清洗经验人员根据外状、采集部位、设备参数、水质处理方法等因素的提示下，可以大体确定所使用的清洗介质，而进行简单的溶解特性试验，更有助于确定清洗介质和条件。

　　首先把垢置于热水中，如果垢有崩解、溶解现象，表明垢中有较易溶解的盐类。低压锅炉的蒸汽质量差，在过热器中常有盐垢；输电线路的绝缘子上附着的污垢也可用水溶解冲掉。

　　如果取自热交换器或低压锅炉的白色水垢在热水中无溶解、崩解现象，则置于3%(1:10)的盐酸溶液中，如果在室温下迅速溶解，而且有大量气泡产生，则是碳酸钙垢，其中也含少量氢氧化镁。如果垢未全部溶解，残渣为白色，则可能是有硅酸盐垢或硫酸盐垢；如果残渣为黑褐色，且溶液带有浅黄色则是含铁。

　　如果取自锅炉的灰白色水垢在3%的室温盐酸中溶解较慢，无气泡冒出，或冒泡很少，则是磷酸盐垢。这种垢在6%(1:5)的盐酸中常温下溶解较快，加热到50℃以上可快速溶解。由于垢中常有一定量的腐蚀产物，溶液常带有淡黄绿色。

　　如果垢呈黑褐色或红褐色，其密度较大(手感沉重)时是铁的氧化物，其密度是一般垢的一倍以上，为4.5g/cm3左右。这种垢常含有一定量的铜，含铜量高时可看到铜的金属光泽。这种垢在热的6%盐酸中溶解速度仍较慢，溶液颜色为黄绿。倾出少量溶液加入10%(1:1.5)氨水可产生棕色的氢氧化铁沉淀。如果含铜则在过量的氨水作用下，溶液呈铜氨络离子特有的蓝色。

　　为确认在盐酸中难溶的成分，可进一步做溶解特性试验，如果残渣为红褐色，加热及加少量硝酸易溶的是氧化铁；如果是白色残渣，在3%氢氟酸中可溶的是硅酸盐；如果是白色残渣，置于1%的氯化钡溶液中可溶，且溶液混浊，产生白色沉淀的是硫酸钙垢。

　　垢的溶解特性试验提示了应采用的清洗介质和浓度、温度条件。