油田注汽锅炉水垢成因、危害及处理方法

潘立生

摘 要：水垢是日常生活及工业生产中比较常见的一种现象，给人们的生活和生产带来了不同程度的困扰。工业生产中水垢的产生较为常见，锅炉、中央空调等换热设备，使用一段时间都会结生水垢。油田锅炉形成水垢会降低锅炉的传热效率，造成一定的能源浪费，还会影响锅炉的正常运行，缩短正常使用寿命，从而降低锅炉运行与工业生产的经济性。为了避免由于锅炉结生水垢引发不良事件，正确了解锅炉水垢的形成原因、危害以及正确的处理方法及预防水垢形成显得尤为重要。

关键词：油田注汽锅炉  水垢  危害  清除  预防

中图分类号：TK228 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0031-02

锅炉是工农业生产、城市居民个公共设施中主要应用的热能动力设备，是以水为介质生产蒸汽或高温水的热供主要设备。注汽锅炉是油田对稠油的注蒸汽热采的专用锅炉，为直流式高压锅炉，传能介质与普通锅炉一样为水。油田锅炉形成水垢会降低锅炉的传热效率，造成热能和燃料能源的浪费，还会影响锅炉正常、安全的运行，缩短正常使用寿命，从而降低锅炉运行与工业生产的经济性，因此，必须重视锅炉水垢的清除与防治工作。

1 注汽锅炉水垢形成的原因与过程

1.1 水垢形成的原因

锅炉用水中杂质较多，水中的钙、镁盐类因受热分解、蒸发、浓缩，发生物理变化或化学变化，水的浓度达到一定程度时，在与水接触的受热面上会产生一层固态附着物，或是由于锅炉中的水一次性蒸发完毕，水中的盐类成分沉淀在锅炉受热面上。受热面上的附着物与沉淀物为锅炉水垢，随着使用时间增长水垢厚度增加，阻碍热能量的传递。

1.2 水垢形成的过程

（1）水在加热过程中不断蒸发，锅炉水中的盐类物质含量不断增加;（2）水中部分钙、镁盐类受热后在水中溶解度下降，如CaSO4、Mg（OH）2、Ca（OH）2水浓度达到饱和后在受热面上析出结晶，形成水垢;（3）部分盐类受热分解，形成难溶于水的沉淀物。如：

Ca（HCO3）2→CaCO3↓+H2O+CO2↑

Mg（HCO）2→MgCO3+ H2O+CO2↑

MgCO3微溶于水，水溶液PH值呈弱碱性，MgCO3加热时与水进一步反应，生成比MgCO3更难溶于水的Mg（OH） 2：

MgCO3+ H2O=Mg（OH） 2↓+CO2↑

（4）锅炉水中的盐类、碱类物质的相互反应生成难溶于水的化合物沉淀结成水垢。如：

Ca（HCO3）2+2NaCl=CaCO3↓+Na2 CO3+H2O

CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl

2 锅炉水垢的分类及性质

锅炉水垢的化学成分比较复杂，根据其成分不同可以分为以下几类。

2.1 碳酸盐水垢

碳酸盐水垢是最为常见的水垢种类之一，主要成分是CaCO3，含少量MgCO3和Mg（OH） 2多形成于水未煮沸时，呈白色。水的pH值会影响水垢的硬度与形态，当水温较低pH值较大时，产生的是疏松的软质水垢;而当水温热度较高pH值较小时，产生的则是坚硬致密的硬质水垢，附着于锅炉内壁。碳酸盐水垢在5%的盐酸溶液中可以大部分溶解，反应时产生大量气泡，充分反应后溶液中的不溶物很少。

2.2 硫酸盐水垢

其主要成分是CaSO4，呈白色或微黄色，坚硬致密，手感滑腻，多产生于锅炉内温度最高、蒸发率最大的受热面上。硫酸盐水垢在盐酸溶液中反应时很少有气泡，溶解较少，加入10%的氯化钡溶液会产生大量白色沉淀物质。

2.3 硅酸盐水垢

其成分较为复杂，主要成分是硅酸化合物，其中SiO2含量达20%以上，水垢呈白色或灰白色，坚硬，表面带刺，主要形成于锅炉温度最高时。硅酸盐水垢在盐酸溶液中不溶解，加热后其它组成成分缓慢溶解，产生透明砂粒状沉淀物，加入1%的氢氟酸溶液可缓慢溶解。

2.4 混合水垢

混合水垢成分混杂，没有主体成分，因此其性质根据成分不同差异较大。混合水垢在稀盐酸溶液中可以大部分溶解，并产生气泡，反应结束后会存在残留的水垢碎片或泥状物。

2.5 含油水垢

水中混入油脂后形成的水垢质地松软，很难清除，一般含有水垢的油含量在5%以上，呈黑色，沉积在锅炉温度最高的部位，导热性能差。在含油水垢中加入乙醚，溶液呈黄绿色。

2.6 铁垢

铁垢的主要成分是铁的氧化物和氢氧化物，多结生在锅炉受热最强的受热面上，坚硬但易清除，铁的氧化物一般呈红棕色，氢氧化物呈棕色和红褐色。铁垢加稀盐酸溶液可溶解，溶液呈黄绿色，加硝酸能快速溶解，溶液呈黄色。

3 注汽锅炉产生水垢的危害

水垢的导热性能较差，结生水垢后的危害表现为以下几种。

3.1 造成能源浪费

水垢的导热性能仅是钢材的几十分之一，甚至是几百分之一，因此燃料燃烧产生的热量不能有效的传递给锅炉中的水，大部分热量被烟气带走，大大降低了锅炉的传热效率;为了保证达到锅炉工作时的额定参数，则要添加更多的燃料，也造成了一定程度的燃料浪费。

3.2 影响锅炉的安全运行，缩短使用寿命

水垢的导热性差，水垢的产生阻碍了受热面吸收的热量向锅炉水的传递，使受热面的工作温度高于正常运行的温度。若运行温度高于锅炉受热面的最高承受温度，金属由于过热会降低工作强度，锅炉运行产生的压力会导致金属鼓包、穿孔、甚至发生爆管事故，使锅炉运行存在安全隐患。如果不及时清理水垢，长期高温、高压、高强度的工作会破坏锅炉壁，影响锅炉水循环;水垢附着的金属会逐渐腐蚀，不仅会缩短锅炉的正常使用寿命，还会引发安全事故。

3.3 降低锅炉出力

锅炉产生水垢后，导热系数降低，锅炉要达到额定蒸发量（热量）需要燃烧更多燃料。随着水垢生成厚度的增加，炉膛容积的排面量与没有水垢时一样大，没有变化，燃料消耗受限，因此降低了锅炉的出力。

3.4 降低了工业生产的经济性

锅炉结生水垢后影响了正常的运行，降低了工业生产量，水垢的清理与检修要停炉，大量的财力、人力与物力，大大降低了工业生产的经济性。

3.5 增加了大气污染

水垢导致的锅炉传热能力降低，热量由于烟气带走造成的热量浪费，与锅炉没有水垢正常运行相比排出了更多的烟尘、二氧化氯及其它的有害物质，增加了生产对大气环境的污染。

4 注汽锅炉水垢的处理与预防

4.1 锅炉水垢的清理

（1）人工清理：通过人工清理锅炉水垢需要锤、砸、刮、铲等，最后将清理的残渣冲洗干净。人工清理水垢工作效率低，人员需求与劳动强度较大，随着科学技术的提高，采用人工清理的越来越少。（2）机械清理：当锅炉结有水垢后，停炉冷却，通过专业的清洗工具进行清理，如带有电机、螺旋钢丝刷的专业洗管器械。如果水垢坚硬，可采用高压水射流清洗，再用带钢丝刷的洗管器清洗，一般均可清理干净。机械清理为物理法清理，但是只适用于清洗钢管，不适用铜管，因为铜管容易被损伤。（3）化学除垢，即通过化学或电化学反应将锅炉金属管壁上的水垢转变成可溶性的盐类溶解在清洗液中，随着清洗液的排放而将水垢清理掉。常规水垢化学除垢：根据锅炉的材质选用能够安全有效清理水垢的溶液，一般溶液浓度为5%～20%，也可根据水垢的厚度选择合适的浓度进行清理。清理完成后需要将废液排出，再用清水进行清洗，再将水加满，加入适量中合剂，浸泡煮沸40 min左右，排除废水，清洗1～2次即可使用。酸洗法清理水垢：通过此方法清理锅炉水垢可选盐酸、磷酸、铬酸及氢氟酸，但不能选用硫酸。硫酸与水接触时会在水垢的表面形成一层硫酸钙硬膜，膜下的水垢不能有效接触酸液，不能达到有效清理水垢的效果。由于磷酸和铬酸的价格比盐酸贵很多，虽然清理水垢的效果很少，一般还是选择用盐酸，盐酸只能清洗碳酸盐水垢，清洗过程中会生成氯化镁和氯化钙，比较容易清理，同时伴有二氧化碳生成，对盐酸溶液有搅拌作用。硅酸盐水垢可以选择氢氟酸进行清洗。如果水垢是以硫酸盐和硅酸盐为主要成分的混合水垢，可以选择用盐酸进行清洗。酸洗时要注意控制盐酸溶液的浓度，一般为3%～5%，也可以根据水垢的厚度选择适合的浓度。由于酸洗时酸溶液不仅能够清除水垢，还会根据浓度、温度的高低对金属造成不同程度的腐蚀性，因此酸洗时必须添加抑制剂。目前酸洗清除水垢是油田注汽锅炉的常用清理方法。

4.2 锅炉水垢的预防

（1）锅炉内水处理：此方法是通过在锅炉水中添加化学制剂与结成水垢的钙盐、镁盐反应形成疏松的沉渣，通过排水将沉渣排除锅炉，以减少或防止锅炉结生水垢。在炉水中添加化学制剂一般用于小型低压火管锅炉。常用的化学药品为磷酸三钠、碳酸钠、氢氧化钠及有机胶体等，加入锅炉水的药品应配制成溶液，配制时注意溶液浓度。一般磷酸三钠溶液浓度为5%～8%，碳酸钠溶液不超过5%，氢氧化钠溶液不高于1%～2%。添加药品溶液有的是定期添加，通过加药罐操作;有的是连续加药，在给水设备前连续添加。蒸汽锅炉的药品添加最好是采用连续添加的方式，以保证锅炉内药品溶液的均匀。凡是采用锅炉内水处理方法预防水垢的，需要加强锅炉排污，将形成的残渣、泥垢排出，以保证预防水垢产生的效果。（2）锅炉外水处理：锅炉外水处理防止水垢结生适用于各种锅炉。向澄清的水中添加适量的石灰和纯碱进行软化，达到预防水垢结生的目的。冷软化法是在室温下进行，使水中残余的硬度降至1.5～2 mEp/L。热法是将水温加至20℃～80℃，将水中残余硬度降至0.3～0.4 mEp/L，热软化法降低水硬度的效果明显优于冷软化法，建议采用热软化法，提高软化效果。

锅炉结生水垢不仅影响工业生产量，还存在一定的安全隐患、造成能源浪费并会加重空气污染的程度，因此对锅炉水垢的预防工作尤为重要，结生水垢后的清理工作也十分必要。在进行锅炉清洗工作时一定要严格按照锅炉的清新规范进行操作，并达到清洗标准。目前国内外对锅炉水垢的清洗有了很多安全、经济的方法，但又都存在不同方面的问题，锅炉的物理清洗、微生物清洗方法正在尝试中。

参考文献

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