小型工业设备清洗操作

⒈污垢形成过程除垢作为专门技术和形成行业，来自蒸汽机的工业应用。蒸汽机的发明与应用推动了工业革命，但是自从它诞生之日起，结水垢问题也随之产生。为了除垢，发展起清洗行业。无论是为了更好地防垢，还是为了有效地除垢，都应研究污垢的性质及其形成过程。为了回收蒸汽凝结水，或者为了利用蒸汽的热能，出现了各种热交换器，在换热面上也会形成污垢的热交换器的广泛应用，使其除垢并驾齐驱。因此，也有必要研究冷却水系统中污垢特点及其形成机理。污秽存在于被大气笼罩着的所有处所。小到家庭厕所房间，达到各种设施，随着人们物质文化水平的提高，人们消费生活的需要，清污技术将有很大发展。研究污秽的成因，对于开拓这一有极大的潜力的市场有重要意义。1．1锅炉污垢的形成过程1．1．1锅炉锅炉在其200多年的发展中有了很大演化。按其功能分，有采暖锅炉、工业锅炉和发电锅炉；按其参数分，有低压锅炉、中压锅炉、次高压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界参数锅炉和超临界参数锅炉；按工作介质的循环方式分，有自然循环锅炉、强制循环锅炉和直流锅炉。采暖锅炉都是低压锅炉，按采暖方式又可分为蒸汽供热锅炉和热水锅炉两大类。低压蒸汽锅炉均为自然循环锅炉，它利用锅炉水与补1给水的密度大于带有蒸汽的锅炉水（常称作水汽混合物）密度的原理而循环，以带走燃烧产生的热量。轻工业供汽的工业锅炉多为低压锅炉，大型工矿企业的供汽工业锅炉多用中压锅炉、次高压锅炉和高压锅炉。后者常用同时用于发电。这类锅炉也是自然循环锅炉。发电锅炉也称电站锅炉，除少量与电网不连接的地方电厂仍使用中压锅炉外；基本都是高压、超高压锅炉和亚临界参数锅炉、超临界参数锅炉。高压、超高压锅炉基本都是自然循环锅炉；亚临界参数锅炉必然是直流锅炉。直流锅炉的最大特点是去掉了循环（不论是自然的或强制的）锅炉所必须存在的汽鼓，它可使补给水直接受热气化，并成为过热的蒸汽。为节约有限的能源资源和保护大气环境，大量的低压小容量蒸汽锅炉被热水取代。热水锅炉常按热水温度与额定热功率划分。热水温度大致分为≤95℃和≥95℃两个等级，热功率的单位为MW，例如⒈4MW、⒉8MW、⒋2MW等。1．1．2水中可形成污垢的杂质锅炉所结的污垢来自水中杂质，其中悬浮物质、胶体物质可直接沉者与受热表面成垢，溶解物质中钙、镁、铁、铜等杂质可能过热分解或沉积而成垢。锅炉金属被腐蚀后形成的腐蚀产物密度不足钢铁的1/2，传热能力更差，也是主要的污垢。因此，能引起锅炉腐蚀的酸碱、氧和游离二氧化碳等也是致污的杂质。悬浮物的粒径为1微米上2下，长时间静置可因重力而自然分离，它进入锅炉后直接形成污垢。较体物质的粒径为0.1微米上下，它能穿透滤层，但不能自然沉降分离。常见的是水合二氧化硅和腐殖酸，它进入锅炉后受热可吸附形成污垢。钙、镁离子被称作硬度盐类（这是一个形成了一个世纪的世语）。它的原意是指水所显示的阻碍肥皂产生泡漠的性质，该性质对锅炉至关重要，实际上可用以衡量结垢的倾向。水的硬度盐类含量越高，成垢越严重。按照钙镁离子和阴离子组配情况，还可进一步分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸盐硬度在水被煮沸后能以碳酸钙及氢氧化镁形成垢，使水呈碱性反应，因此称作暂时（存在于水中的）硬度或碱性硬度；非碳酸盐硬度在煮沸的水中溶解存在，称永久硬度或非碱性硬度。锅炉及水汽管道的材料是钢铁，热交换器常使用黄铜热交换管因此，它们它们遭受腐蚀后，可产生铁的氧化物、铜氧化物和碳酸盐。它们附着在设备上成为污垢的组成部分，既使入进水中，也会由于其溶解度很小而作为悬浮杂质再度成垢。1．1．3污垢的形成过程补给水进入锅炉后受热蒸发，可浓缩30~300倍，水中杂质因过饱和而析出，尤其是有负温度系数的难溶物质将加速成垢。例如碳酸钙在常温水中溶解度为10，50℃时降到⒊4。硫酸钙也具有同样的性质。3胶体状态的硅酸盐在受热时，其胶体状态被破坏，聚集成为失水的二氧化硅硬垢。铁的氧化物在水中也常以胶体状态存在，在锅炉中同样会失稳成垢。铜的氧化物（或铜离子）可以与钢铁发生电子交换而沉镀于热面上。难溶化物在锅炉中析出时也可以不附壁成垢，而是形成不粘附的絮团状水渣。例如在高PH值下，迅速形成的碳酸钙就能丧失附壁能力。以蛇纹石形式产生的硅酸镁和以碱性磷灰石形式生成钙的磷酸盐都是水渣。如果保持足够的低部排污，及时把水渣由锅炉中排走，可以防止受热面结垢。反之，如果排污不足，尤其是低部排污（也称定时排污）起不到冲走水渣的作用，则絮团状的碳酸钙、蛇纹石和碱性磷灰石仍将转变为硬质水垢，这种垢常称作“二次水垢”。⒈2热交换器污垢的形成过程⒈⒉1各类交换器热交换器或称换热器，用于加热或冷却等热量传递。常见的热交换方式有（燃）气与水、蒸汽与水、蒸汽、水与水等的热交换器，在这几类热交换器过程中都有可能产生污垢。按照换热面所用的材质，可分为黄铜（含部分紫铜、青铜）、钢铁、铝及合金、钛及其他耐腐蚀材料；按换热器形式，可分为管式与板式；按照换热气的用途分类，有冷却（冷凝）器与加热器。热交换器的介质温度低于锅炉，所承受的压力也低于锅炉。但是其用水量大，所使用的水往往是未经任何处理的天然水。因此，其结4垢与污秽问题也相当严重。在石油化工厂、化工厂中，热交换器既用于工质的传热，也用与设备的冷却。所用的热交换材料以钢铁为主，也常在浸蚀性强烈的介质中使用耐蚀材料。在钢铁厂、冶炼厂、炼焦厂和水泥厂热交换器常用于废热回收利用，也用于窑炉的冷却。这些换热设备的工作温度较火电场的凝汽器为高，但是水量较少。有些设备采用冷却水直淋降温，这些设备的壁上也容易结垢。较小容量的换热器使用更为广泛，集中供热系统，采用不同容量的热交换器，供给小区或居民楼采暖；中央空调机、制冷设备、压缩机械、转动设备等冷却要使用换热器，甚至于已在千家万户中使用的电热水器、煤气热水器也都是小型的热交换器。⒈⒉2热交换器表面上污垢的形成热交换器在使用中可因结水垢面影响传热，也可因腐蚀和生物污塞而影响换热。板式换热器的通水间隙很小，污垢影响通水可能比结垢影响传热的后果更严重。因此，对于热交换器不仅要研究污垢形成过程，更应关注生物污塞和腐蚀产物污堵问题。使用天然水作为冷却介质的热交换器，可因传热过程中水温升高，水中游离二氧化碳散失，而使与二氧化碳平衡溶存的碳酸氢钙氢镁分别以碳酸钙与氢氧化镁形式析出。自70年后期以来，节水成为全社会关注的大事，原先采取直流冷却的设备，纷纷改为循环冷却水在循环使用中依靠在冷却塔中蒸发5与散播降温，此时不仅水中二氧化碳扩散散失与大气中，由于水中的蒸发浓缩，加重了碳酸盐垢的沉积，甚至可使硅酸盐和硫酸盐成垢。冷却塔对空气有洗涤作用，空气中的悬浮颗粒进入冷水中，也能在传热面上成垢。水中菌藻可在传热面上形成微生物膜，它可与成垢物质、悬浮物形成生物粘泥。⒈⒉3其他设备的污秽问题大气中灰尘以气溶胶的形式悬浮和沉降，随着工业发展，交通运输转向以汽车代步，工业企业排放的烟尘、汽油机和柴油机排放的烟火、风沙及扬尘等，使空气中的颗粒物含量激增。我国燃料资源特点使我国能源以煤炭为主，这就造成了煤烟型污染。我国年产煤炭11亿吨以上，以煤炭灰分平均含量30%和除尘效率90%计算，则每年有3600万吨烟尘进入空气中，形成污秽源，回降到地面上的降尘量20t/(km²mon),在一些设备上粘附的盐类量可超过1ɡ/m²。这些就构成了建筑物墙幕和露天设备、设施等的污秽。灰尘和盐雾降落到输电线路金属和绝缘子上就会构成污秽。暴露于空气中的金属制品容易氧化生锈，钢铁经轧制后表面有氧化皮。机械产品和转动部件涂有防锈油、润滑油后更形成油泥。厨房难免有油垢，厕所和下水管路常会被污垢堵塞。因此，污垢无处不在，清洗也就有其存在的必要性。62．污垢的危害人们已熟知结水垢影响传染，或者是增加燃料消耗，或者是降低冷却效率，但是，结垢还有引起设备腐蚀、损坏设备等更大危害。⒉1结垢影响传染的损失锅炉和热交换器难得工作介质通过传染材料吸收燃料或高温热源的热能。如果有了污垢，这种传染过程受到很大的阻碍，这是由于垢层的热阻是钢铁的50—100倍，是黄铜的100—200倍，是铝和铜的300—400倍。需要吸热的设备结水垢后，增加了热损失，增加了燃料消耗。以常见的工业锅炉为例，每结1mm水垢，其热效率可降低5%以上。我国工业锅炉和采暖锅炉的年燃煤量约占煤炭总产量的1/4；发电锅炉的燃煤量可达煤炭总量地1/2。如果工业锅炉和采暖锅炉的平均垢量为1mm，发电锅炉的附着物（垢和腐蚀产物）的平均厚度为O.5mm，则将造成4500t/a的燃料损失。也就是说，做好防垢和清洗工作，每年至少可节约45亿元的燃料费用。需要散热的设备结水垢后，影响传热，也会造成不同形式的经济损失。以我国目前最常见的300MW气轮为例，其凝汽器结水垢后，可使气轮机真空降低8%以上，相当于锅炉效率降低10%。如果水垢厚度达1mm，不仅将使发电煤耗增长80ɡ/（KW·h）（一台300MW机组每小时多用标准煤24t），还降低能力20%以上，每台300MW机组每小时能减产万元。7⒉2结垢引起金属传热面超温失效碳钢的最高允许使用温度为490℃；常用的珠光体铬钼钒钢最高允许使用温度为590℃；低合金贝氏体钢最高允许使用温度为620℃；奥氏体高合金钢可达700℃以上。蒸汽锅炉等大型设备耗用钢材量大，为降低造价，尽量选用廉价的碳素钢和低合金热强钢。清洁的锅炉壁在传热中，每毫米钢铁引起的金属温度生高为6℃，如果结水垢后，每毫米垢引起的金属温度升高达65—85℃。以工业锅炉和发电锅炉均可使用的10.8Mpa锅炉为例，其锅炉水温度为316℃，清洁的水冷壁管平均温度为346℃，如果结有2mm的垢（和腐蚀产物），则水冷壁管自身温度可达516℃，在此温度下钢铁的蠕伸速度显著增长，可在1年之内因超温蠕胀而失效。⒉3结垢诱发的腐蚀结水垢可使开口的设备产生不均匀充气电池或闭塞电池而腐蚀，也可在垢下产生缝隙腐蚀和锅炉的垢下局部蒸发浓缩引起腐蚀。结垢引起金属温度的升高也同样加重腐蚀。在垢层下锅炉水可浓缩上万倍。即使清洁的炉管，在蒸发强度相当高，由该态沸腾转为膜态沸腾时，在炉表面与锅水之间将形成温度差，在水与蒸汽界面处存在浓缩的锅水液膜。仅需5℃左右的温度，可使炉水局部浓缩1000倍。用钠离子交换软化的水作锅炉补充水时，锅炉水的总溶解固体形物中，氢氧化钠可占20%以上；用淡水作为凝汽器冷却水时，凝汽器8汇漏可使碳酸盐进入锅炉，同样会产生氢氧化钠。因此，即使锅炉水的碱度和pH符合规程要求，即使是在垢层下或浓缩的液膜中，同样会产生碱腐蚀，按照高温电位-pH图所示，在中压锅炉水温度下，pH为11以上就有碱腐蚀倾向；在高压锅炉水温度下，pH为10以上就有碱腐蚀倾向，大量锅炉碱腐蚀失效的事例表明，结水垢导致的碱液局部浓缩的作用，仅次于锅炉水中氢氧化钠与总溶解固形物比值的影响。如果锅炉水中氯离子的含量比例较高，作为腐蚀过程产物的氯化亚铁会水解产生酸腐蚀。在腐蚀坑中，尤其是覆盖了腐蚀产物和垢层而形成的闭塞区内，此种水解酸腐蚀可导致锅炉失效，当锅炉补给水的含量不和格时，此腐蚀过程可无阻滞地进行下去。这种闭塞区的酸腐蚀可在锅水质量符合标准下进行。例如当锅炉水的pH为9—10时，闭塞的腐蚀坑内，由于氯化亚铁水解产生盐酸的结果，其pH可低于5。不论是酸腐蚀或碱腐蚀，其腐蚀产物都是铁的氧化物，他和水垢一样影响传热的附着物，它使钢铁传热面温度上升。金属温度升高，提高了腐蚀速度。水垢对腐蚀过程的促进有时甚至于腐蚀介质的侵蚀。⒉4结垢的污塞、污秽等其他危害热交换器不仅会由于结垢影响传热，也会因结垢影响通流。在采暖系统达不到规定浊度的诸多因素中，除了传热介质未达额定参数之外，就是结垢影响热交换过程，垢和腐蚀产物在折弯处的集存堵塞。9通水间隙很小的板式换热器对此更为敏感。污秽使许多精密仪器设备失效，使化工厂、石油化工厂等连续生产的工质流通受阻，污垢可使工业产品的质量受影响，污垢可降低锅炉、反应釜、压缩机、空调机等各类设备的产生能力。国外已有许多绝缘子污秽引起大面积停电的故障，我国也发生过大雾引起闪络停电事故。供电线路的绝缘子污秽后，可因污垢而闪络，太阳能电池或吸热装置