水垢的清洗

2018年12月31日 反应釜技术 366 views

 现代石油化工厂中,锅炉、换热器、反应釜、管道、贮罐等设备种类很多,尤其是换热器约占全厂设备的20 ~30%。这些设备每天都要用大量的水。根据资料所述,一座化工厂仅循环用水量就达500~600吨/时。由于水中含有钙、镁离子及无机盐,因此给生产带来很大危害—结垢、耗能、腐蚀、穿孔及爆炸。      

1.水垢的形成及鉴别方法

一般工厂大都用地下水,水中含有各种无机盐,如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐、磷酸盐等,同时还有泥沙及有机物等。碳酸氢盐不稳定,受热后易分解,其反应如下: 

Ca(HCO3)2=CaCO3↓ +CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2=MgCO3↓+CO2↑+ H2O

碳酸盐溶解度很小,从水中沉积到设备管壁表面形成水垢。虽在碱性条件下,碳酸氢盐发生如下反应:   

Ca(HCO3)2+2OH→CaCO3↓+2H2O+CO32ˉ

水中含有较多的氯化钙时,发生如下反应:

CaCl2 +CO3--→CaCO3↓+ 2Clˉ

水中溶有过量的磷酸盐时,氯化钙转化成磷酸钙,其反应如下: 

2PO43- + 3CaCl2→Ca3 (PO4)2 + 6CIˉ

水垢的主要成分就是碳酸钙和磷酸钙。如果水中硫酸钙、硅酸钙和硅酸镁的离子浓度超过溶度积时也会产生沉淀,沉积在设备管壁上。因此,水中的SiO含量不可超过150mg/L。

一般来说水垢是由多种化合物组成的混合物,其中包括碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐及铁的氧化物等。

为了除掉水垢,工业上常用盐酸、硫酸、硝酸或磷酸,其反应机理如下(以盐酸、硝酸为例): 

   CaCO3+ 2HCI→CaC2 + CO2↑+ H2O

MgCO3 + 2HCl→MgCl2 +CO2↑+ H2O

CaCO3+ 2HNO3→Ca(NO3)2+ CO2↑+H2O

MgCO3 + 2HNO3→Mg(NO3)2+ CO2↑+ H2O

在除去水垢的同时也除去了铁锈,其反应机理如下(以盐酸为例):

FeO + 2HCl→FeCl2 + H2O

Fe2O3 + 6HCl→2FeCl3 + 3H2O 

Fe3O4 + 8HCl→2FeCl3 + FeCl2 + 4H2O

氯化亚铁和三氯化铁均溶于酸溶液中。与此同时,酸溶液还会与钢铁基体发生如下反应: 

Fe + 2HC1→FeCl2 + 2[H]

          2[H]→H2↑

生成的氢气对难溶的水垢及氧化物起机械剥离作用,有利于除垢。由于原子氢渗入金属基体产生腐蚀作用,所以要选择合适的缓蚀剂,减缓腐蚀作用。 

在清洗除后过程中,由于酸与水垢反应生成二氧化碳和氢气,随着大量碳酸盐水垢被溶解,难溶的硫酸盐水垢(如CaSO4, MgSO,)和硅垢变成松散的残渣片,自动脱落或被冲洗掉。在清洗过程中仅有30~60%的水垢是化学反应除掉的。

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