曹永讓

(山西晉緣電力化學(xué)清洗中心有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

熱交換系統(tǒng)通常用水作為介質(zhì)進(jìn)行工作，由于水中存在多種鹽類，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，系統(tǒng)中就會結(jié)垢，影響系統(tǒng)的工作效率，一般采用化學(xué)清洗的辦法除垢。有些水垢，多種成分混雜其中，如硫酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等，這些鹽類組成的水垢，用鹽酸、硫酸等強(qiáng)酸，很難徹底清洗。氨基磺酸對于這些成分復(fù)雜且難溶水垢有較強(qiáng)的溶解能力。

1 氨基磺酸的性質(zhì)

氨基磺酸[1]英文名：sulfamic acid。

1.1 物理性質(zhì)

無色或白色斜方結(jié)晶，溶于水，水中溶解度：146.8 g/L（20℃）， 熔點(diǎn)：205℃，常溫下穩(wěn)定性好，260℃時分解，工業(yè)品純度大于98%。

1.2 化學(xué)性質(zhì)

可理解為硫酸分子中的一個氫離子被胺基取代而生成，是中強(qiáng)酸，具有酸的通性，其鹽類易容于水，1%水溶液在25℃時pH值1.18，分子量97.09，分子式為NH2SO3H，工業(yè)是用發(fā)煙硫酸與尿素反應(yīng)制取。

2 氨基磺酸溶垢機(jī)理

氨基磺酸的溶垢反應(yīng)均在水溶液中進(jìn)行。

2.1 氨基磺酸與弱酸鹽及金屬氧化物的化學(xué)反應(yīng)[2]

大多為復(fù)分解反應(yīng)，速度快，生成鹽和水。

2.2 氨基磺酸與難溶鹽類MpRq反應(yīng)

主要是通過化學(xué)平衡的移動及氨基磺酸鹽的較大溶解度來完成。

當(dāng)氨基磺酸濃度足夠大時，平衡向右移動，即難溶鹽MpRq被溶解，生成氨基磺酸鹽和對應(yīng)于MpRq的酸HqR。由于氨基磺酸鹽的溶解度較大，生成的氨基磺酸鹽溶于水中，垢被逐漸溶解掉，而MpRq則會分解或溶于水中。

3 氨基磺酸清洗難溶水垢工程實踐

某氧氣廠冷卻系統(tǒng)由冷卻塔、循環(huán)泵及管道等組成。經(jīng)過長時間的運(yùn)行，系統(tǒng)結(jié)垢較多，冷卻效率下降，影響正常生產(chǎn)，決定進(jìn)行清洗除垢。

3.1 垢樣成分分析

對該氧氣廠冷卻系統(tǒng)采集的垢樣進(jìn)行鹽酸浸泡時發(fā)現(xiàn)，10%的鹽酸在60℃下，毫無反應(yīng)。后考慮垢樣可能是由硫酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽等復(fù)雜難溶鹽類構(gòu)成，于是對其進(jìn)行成分的定性和定量分析，結(jié)果證實，垢樣確實如此。其成分含量如表1所示。

表1 氧氣廠垢樣成分

這種垢用鹽酸或硫酸是不能溶解的，試用了多種清洗介質(zhì)發(fā)現(xiàn)，只有氨基磺酸和乙二胺四乙酸 EDTA（ethylene diamine tetraacetic acid） 可以較好地溶解垢樣。比較這兩種清洗介質(zhì)，最適宜的是氨基磺酸，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，操作條件和安全性都優(yōu)于EDTA。

3.2 小型試驗

選定氨基磺酸清洗為清洗劑，首先進(jìn)行靜態(tài)小型試驗，項目有氨基磺酸濃度、溫度、時間、緩蝕劑及助劑。然后，在靜態(tài)小型試驗的基礎(chǔ)上，做動態(tài)模擬試驗，模擬酸洗、沖洗、中和、鈍化等工藝過程。

3.2.1 靜態(tài)小型試驗

考慮到該氧氣廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)適宜微生物的滋長，將垢樣先用0.3%的雙氧水，在35℃左右的溫度下，浸泡1 h進(jìn)行預(yù)處理，再浸入1%、3%、5%、7%、8%的氨基磺酸溶液中，加入0.3%氨基磺酸專用緩蝕劑，在45℃的恒溫下浸泡。結(jié)果如表2所示。

表2 氨基磺酸清洗為清洗劑工藝參數(shù)

從表1、表2結(jié)果綜合比較，確定動態(tài)模擬試驗采用的工藝參數(shù)為：0.3%的雙氧水,在35℃左右的溫度預(yù)處理1 h；氨基磺酸濃度質(zhì)量比3%～5%；氨基磺酸專用緩蝕劑0.3%；溫度40～50℃；時間 4～6 h。

3.2.2 動態(tài)模擬試驗

按照述工藝參數(shù)，在模擬試驗平臺上，進(jìn)行動態(tài)模擬試驗，然后用0.2%的磷酸三鈉在35℃下中和1 h。動態(tài)模擬試驗的結(jié)果，證實了通過靜態(tài)試驗確定的工藝參數(shù)是正確的和可行的。

3.3 清洗過程簡述

3.3.1 按照圖1安裝清洗臨時系統(tǒng)

制氧廠水冷塔清洗系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 制氧廠水冷塔清洗系統(tǒng)圖 (mm)

3.3.2 清洗過程

在清洗條件具備后，按照：建立循環(huán)→水沖洗至排水清澈→投蒸汽加熱至40℃→加入緩蝕劑循環(huán)20 min→加入氨基磺酸至回酸濃度大于0.3%→清洗記時→循環(huán)至清洗泵出入口濃度相等→拆看監(jiān)視管樣是否清洗干凈→繼續(xù)循環(huán)30 min→清洗結(jié)束的流程進(jìn)行清洗。共計用時5 h。

3.4 清洗效果檢查及評價

冷卻系統(tǒng)管道、冷卻塔內(nèi)部各部位及冷卻塔內(nèi)部塑料多面空心球填料，清洗干凈徹底，無殘留垢，無過洗。清洗效果優(yōu)良。

4 氨基磺酸清洗成分復(fù)雜且難溶的水垢后續(xù)實踐

該氧氣廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)在以后采用此工藝，又進(jìn)行了2次清洗，效果良好，均被甲方評定為優(yōu)級工程。

由于氨基磺酸溶解碳酸鹽垢的能力強(qiáng)，用于清洗凝汽器不銹鋼管，特別是凝汽器空氣抽氣區(qū)有較多復(fù)雜難溶水垢時，效果亦佳。

5 結(jié)論

氨基磺酸作為一種優(yōu)良的化學(xué)清洗介質(zhì)，用于清洗成分復(fù)雜且難溶的水垢時表現(xiàn)良好，具有鹽酸等強(qiáng)酸不具備的優(yōu)勢，較EDTA（需在125℃以上的高溫）更經(jīng)濟(jì)、更易操作。由于氨基磺酸是固體，便于運(yùn)輸，純度高，安全、經(jīng)濟(jì)，適用范圍廣，在工業(yè)清洗實踐中必將得到廣泛的應(yīng)用。