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氨基磺酸清洗成分复杂难溶水垢的实践

作者: 来源: 日期:2020/3/24 23:28:49 人气:458
清洗成分复杂且难溶水垢有一定的技术难度,选择适宜的清洗剂是关键。氨基磺酸是一种良好的化学清洗剂,在常规条件下能溶解用盐酸等难以溶解的多种水垢。阐述以某氧气厂冷却系统化学清洗为例,用氨基磺酸清洗含有硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐等复杂难溶水垢成功实践,以供清洗同行参考。
关键词:冷却系统;氨基磺酸;化学清洗;难溶水垢
引言
热交换系统通常用水作为介质进行工作,由于水中存在多种盐类,经过一段时间的运行,系统中就会结垢,影响系统的工作效率,一般采用化学清洗的办法除垢。有些水垢,多种成分混杂其中,如硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐等,这些盐类组成的水垢,用盐酸、硫酸等强酸,很难全部清洗。氨基磺酸对于这些成分复杂且难溶水垢有较强的溶解能力。
1 氨基磺酸的性质
氨基磺酸[1]英文名:sulfamic acid。
1.1 物理性质
无色或白色斜方结晶,溶于水,水中溶解度:146.8 g/L (20 ℃), 熔点: 205 ℃,常温下稳定性好,260 ℃时分解,工业品纯度大于 98%。
1.2 化学性质
可理解为硫酸分子中的一个氢离子被胺基取代而生成,是中强酸,具有酸的通性,其盐类易容于水,1%水溶液在 25 ℃时 pH 值 1.18,分子量97.09,分子式为 NH2SO3H,工业是用发烟硫酸与尿素反应制取。
2 氨基磺酸溶垢机理
氨基磺酸的溶垢反应均在水溶液中进行。
2.1 氨基磺酸与弱酸盐及金属氧化物的化学反应
[2]大多为复分解反应,速度快,生成盐和水。CaCO3+NH2SO3H→(NH2SO3)2Ca+H2O+CO2↑Fe2O3+NH2SO3H→(NH2SO3)3Fe+2(NH2SO3)2 Fe+H2O
2.2 氨基磺酸与难溶盐类 MpRq 反应
主要是通过化学平衡的移动及氨基磺酸盐的较大溶解度来完成。MpRq + NH2SO3H→M (NH2SO3) p+ HqR当氨基磺酸浓度足够大时,平衡向右移动,即难溶盐 MpRq 被溶解,生成氨基磺酸盐和对应于MpRq 的酸 HqR。由于氨基磺酸盐的溶解度较大,生成的氨基磺酸盐溶于水中,垢被逐渐溶解掉,而 MpRq 则会分解或溶于水中。CaP04+NH2SO3H→(NH2SO32Ca+H3P04CaSO4+NH2SO3H→(NH2SO3)2Ca+H2SO4Ca(SiO3)2+ NH2SO3H→(NH2SO3)2Ca+SiO2+ H2O氨基磺酸清洗难溶水垢工程实践某氧气厂冷却系统由冷却塔、循环泵及管道等组成。经过长时间的运行,系统结垢较多,冷却效率下降,影响正常生产,决定进行清洗除垢。
3.1 垢样成分分析
对该氧气厂冷却系统采集的垢样进行盐酸浸泡时发现,10%的盐酸在 60 ℃下,毫无反应。后考虑垢样可能是由硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐等复杂难溶盐类构成,于是对其进行成分的定性和定量分析,结果证实,垢样确实如此。其成分含量如表 1 所示。
这种垢用盐酸或硫酸是不能溶解的,试用了多种清洗介质发现,只有氨基磺酸和乙二胺四乙酸 EDTA (ethylene diamine tetraacetic acid) 可以较好地溶解垢样。比较这两种清洗介质,最适宜的是氨基磺酸,其经济优势,操作条件和安全性都优于 EDTA。
3.2 小型试验
选定氨基磺酸清洗为清洗剂,首先进行静态小型试验,项目有氨基磺酸浓度、温度、时间、缓蚀剂及助剂。然后,在静态小型试验的基础上,做动态模拟试验,模拟酸洗、冲洗、中和、钝化等工艺过程。
3.2.1 静态小型试验
考虑到该氧气厂循环冷却系统适宜微生物的滋长,将垢样先用 0.3%的双氧水,在 35 ℃左右的温度下,浸泡 1 h 进行预处理,再浸入 1%、3%、5%、7%、8%的氨基磺酸溶液中,加入 0.3%氨基磺酸专用缓蚀剂,在 45 ℃的恒温下浸泡。结
果如表 2 所示。
从表 1、表 2 结果综合比较,确定动态模拟试验采用的工艺参数为:0.3%的双氧水,在 35 ℃左右的温度预处理 1 h;氨基磺酸浓度质量比 3%~5%;氨基磺酸专用缓蚀剂 0.3%;温度 40~50 ℃;时间 4~6 h。
3.2.2 动态模拟试验
按照述工艺参数,在模拟试验平台上,进行动态模拟试验,然后用 0.2%的磷酸三钠在 35 ℃下中和 1 h。动态模拟试验的结果,证实了通过静态试验确定的工艺参数是正确的和可行的。
3.3 清洗过程简述
3.3.1 按照图 1 安装清洗临时系统制氧厂水冷塔清洗系统如图 1 所示。 
3.3.2 清洗过程
在清洗条件具备后,按照:建立循环→水冲洗至排水清澈→投蒸汽加热至 40 ℃→加入缓蚀剂循环 20 min→加入氨基磺酸至回酸浓度大于 0.3%看监视管样是否清洗干净→继续循环 30 min→清洗结束的流程进行清洗。共计用时 5 h。
3.4 清洗效果检查及评价
冷却系统管道、冷却塔内部各部位及冷却塔内部塑料多面空心球填料,清洗干净,无残留垢,无过洗。清洗效果良好。
4 氨基磺酸清洗成分复杂且难溶的水垢后
续实践该氧气厂循环冷却系统在以后采用此工艺,又进行了 2 次清洗,效果良好,均被甲方评定为优级工程。
由于氨基磺酸溶解碳酸盐垢的能力强,用于清洗凝汽器不锈钢管,特别是凝汽器空气抽气区有较多复杂难溶水垢时,效果亦佳。
5 结论
氨基磺酸作为一种良好的化学清洗介质,用于清洗成分复杂且难溶的水垢时表现良好,具有盐酸等强酸不具备的优势,较 EDTA (需在 125 ℃以上的高温) 更经济、更易操作。由于氨基磺酸是固体,便于运输,纯度高,安全、经济,适用范围广,在工业清洗实践中必将得到广泛的应用。
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