地暖管水垢清洗剂的研究

刘永文，韩秀丽,王利来，赵丽娜，富中华

（大同大学综合分析与测试中心，山西大同037009）

地暖管水垢清洗剂的研究

刘永文，韩秀丽,王利来，赵丽娜，富中华

（大同大学综合分析与测试中心，山西大同037009）

采用物理（超声波）与化学清洗相结合的方法对水垢进行清理，通过配制不同的清洗剂配方对地暖管进行清洗，对比清洗效果。得到最佳清洗剂配方，即无机组分（盐酸、氟化钠）与有机组分（柠檬酸、草酸钠、EDTA二钠盐）按一定比例混合。此配方与物理方法（超声波）联合使用清洗效果更好，即先用清洗剂浸泡24 h，然后用超声波进行清洗。

有机组分；无机组分；超声波；混合组分

自来水在地暖管道中循环，加热升温以后，水的杂质就会以不同的状态存在，这些杂质进一步形成了矿物质水垢。水的硬度越大，形成的水垢就会越多。形成的这些水垢沉积非常快，水垢还降低热效率，浪费能量，严重时会引起管道堵塞，装置被迫停止工作，造成巨额的经济损失，因此有必要对地暖管道进行清洗。

1 水垢的形成与分类

水被加热以后，一部分水被蒸发掉，不易溶解的正盐（钙、镁）沉淀却沉积下来，以前溶解了的酸式盐，它们在加热时分解，放出CO2，也会变成不易分解的盐,比如CaCO3以及Mg(OH)2沉淀下来[1]。

水垢分为钙镁水垢[2]、硅酸盐水垢、氧化铁水垢及混合水垢。

2 水垢的清洗方法

2.1 物理清洗

物理清洗主要采用高压水冲洗和超声波清洗2种方法，它作用的依据是水通过管道被送到喷嘴，高压低速水被它变为低压高速的流动水，并且分别从上、下、左、右各个方向冲击地暖管，最终完成清除水垢的工作[3]。

这2种方法不需要加热，用料是不添加清洗剂的自来水，既经济又环保，现在地暖管大都采用这2种方法清洗，但是对一些水垢的清洗不够彻底。

2.2 化学清洗

化学清洗是指用一些酸性溶液对管壁进行清洗，在清洗过程中，氢离子起决定性因素。酸洗对水垢的清洗很有效，常用的酸有无机酸和有机酸。酸的种类不同，氢离子的解离度也就不同。无机酸解离度较大，酸性强，能在常温下清洗，但是腐蚀性强。有机酸解离度较小，酸性弱，常需加热清洗，但腐蚀也较弱。无机酸主要有盐酸[4]、硝酸[5]、磷酸和氢氟酸[6]等，溶解污垢的能力较好，速度快并且便宜。其缺点是：在清洗过程中会出现雾，从而引起环境问题。有机酸比较贵、耗时长、浪费能源，但是对人体的伤害较小。

20世纪初，人们对水垢形成的原因和水垢的影响以及处理方法进行了深入的探讨，并且运用了大量的化学和物理方法来清洗水垢[7-8]。民用水热地暖供热是近十几年流行起来的取暖方法，尤其在我国北方应用普遍。好的溶解地暖管道水垢清洗剂，能保证地暖管道长期并且安全地运行，具有很好的社会意义和很大的经济价值。

本文采用物理（超声波）与化学清洗相结合的方法对水垢进行清理，通过配制不同的清洗剂配方对地暖管进行清洗，对比清洗效果。得到一种清洗效果很好的清洗剂配方，即无机组分（盐酸、氟化钠）与有机组分（柠檬酸、草酸钠、EDTA二钠盐）按一定比例混合，此配方与物理方法（超声波）联合使用清洗效果更好。

3 实验部分

3.1 仪器与材料

实验仪器：电子分析天平，数控超声波清洗器，移液管，容量瓶。

实验材料：已连续使用3年的PE—x地暖管片段，管内径≯=15 mm，长度40 mm，管内附着污垢量（表面积）＞3／4管内表面积，以下简称试样管。

实验所用试剂均为分析纯，水为一次蒸馏水。

3.2 试验方法

1）先用自来水清洗地暖管表面的污垢，自然晾干，把每段试样管从中间切开一分为二备用，并拍照。

2）每组实验开始前先进行蒸馏水空白实验进行对比。

3）按不同配方，将各种组分和蒸馏水混合均匀配制成100 mL的清洗液放入烧杯中，将待清洗试样管静置到清洗液中即可。

4）待反应相同时间后，取出试样管，用自来水冲洗，干燥后拍照，与清洗前留存的照片进行对比，判断清洗效果。

5）配制成与3）一样的清洗液，把待清洗试样与烧杯一起放入超声波清洗器中，看试样表面基本清洗干净需要多长时间，通过所用时间的长短来判断清洗效果。

4 结果与讨论

4.1 无机组分

1)无机单一组分：只有一种无机组分的配方为15 mL 5%的盐酸、硫酸、硝酸或氟化钠，清洗效果见图1。

由图1可见，只有一种无机组分的配方，盐酸的清洗效果最好。

图1 单一无机组分清洗效果图

2）无机混合组分：无机组分混合的配方见表1，清洗效果通过photoshop得到B数值进行判断，B数值越大，则此配方的清洗效果越好。

可见，盐酸和氟化钠混合后的清洗效果最好。通过实验对比发现虽然酸的浓度越高清洗速率越快，但从经济和环境角度考虑盐酸的量和氟化钠的量分别控制在1 mL、0.05 g时最为合适。B值排序为1＞2＞3＞4＞5。

表1 无机混合组分配方

4.2 有机组分

1)有机单一组分：只有一种有机组分的配方及清洗效果，见表2。

可见柠檬酸和草酸钠（含少量盐酸）对水垢的清洗能力较强。

2）有机混合组分：有机组分混合的配方见表3，清洗效果见图2。

由图可见柠檬酸、草酸钠、EDTA二钠盐组合和柠檬酸、磺基水杨酸、EDTA二钠盐组合对水垢的清洗效果较好，但耗时较长。

表2 有机单一组分配方

图2 有机混合组分配方清洗效果

表3 有机混合组分配方/g

4.3 无机组分与有机组分的混合组分

无机组分与有机组分混合组分的清洗配方及清先效果见表4。

由数据可见，盐酸、氟化钠、柠檬酸、草酸钠、EDTA二钠盐作为酸洗配方时清洗效果最佳。最佳使用量为每100 mL清洗剂含盐酸1 mL、氟化钠0.05 g、柠檬酸0.05 g、草酸钠0.05 g、EDTA二钠盐0.05 g。还可发现，尽管盐酸用量增加清洗效果还在增加，但考虑到酸性大强时负面效果增大，所以不宜过大。

图3 混合组分清洗效果图

此清洗剂清洗后仍有水垢斑点存在，特别是水垢比较厚的地方清洗不够彻底，为此采用了与超声波相结合的方法。通过一系列实验证明在使用超声波的时候应该预先对试样进行一段时间的浸泡处理，如果直接将酸洗液和试样放入超声波进行清洗，仍然有少量污垢斑点存在，因此清洗效果最好的方法是预先浸泡24 h，然后用超声波清洗。

5 结论

1）只有1种无机组分的配方时，盐酸的酸洗效果很好，使用无机混合组分的配方时，盐酸和氟化钠混合后的清洗效果是较好的，虽然酸的浓度越高清洗速率越快，但从经济和环境角度考虑盐酸的量和氟化钠的量应该控制在1 mL、0.05 g时最为合适。

2）只有1种有机组分的配方时，柠檬酸和草酸钠（含少量盐酸）对水垢的清洗能力比较强，当使用有机组分混合配方时，柠檬酸、草酸钠、EDTA二钠盐组合和柠檬酸、磺基水杨酸、EDTA二钠盐组合对水垢的清洗效果比较好，但耗时较长。

3）有机组分与无机组分混合使用，即盐酸、氟化钠、柠檬酸、草酸钠、EDTA二钠盐混合组分清洗效果最佳，酸性既不是太强也能把试样管清洗干净。

4）超声波与清洗剂联合使用对水垢的清洗效果最好，在使用超声波的时候应该用最佳清洗剂（每100 mL清洗剂含盐酸1 mL、氟化钠0.05 g、柠檬酸0.05 g、草酸钠0.05 g、EDTA二钠盐0.05 g）预先浸泡24 h，然后用超声波清洗。

表4 无机组分与有机组分混合组分配方

参考文献

[1]蔡敏.浅谈锅炉水垢的形成及危害[J].安全与健康,2008(9):37-38.

[2]张基沛,闫艳,郭奇.初冷器管道水垢化学清洗技术的分析与应用[J].中国科技信息,2005,2(22A):128-128.

[3]满毅.高压水除鳞系统计算软件的开发[D].沈阳：东北大学,2008.

[4]康永,郑莉,邵世权.超声波清洗技术研究进展[J].清洗世界,2012,28(4):12-16.

[5]陈景昭.锅炉化学清洗的安全性分析及防护措施分析[J].中国科技博览,2014(33):110-110.

[6]胡伟.金属清洗剂技术原理及应用综述[J].农机质量与监督,1989(5):27-30.

[7]苏翔云.变频防垢除垢仪的研究[D].郑州：郑州大学,2011.

[8]郭信忠.一种民用固体清洗剂的研制与应用[J].山西化工,2004,24(4):34-35.

Research of Scale Cleaning Agent for Heating Pipe

LIU Yong-wen,Han Xiu-li,WANG Li-lai,ZHAO Li-na,FU Zhong-hua
(Comprehensive Analysis and Test Center,Shanxi Datong University,Datong Shanxi,037009)

Adopting physical combined with chemical method to clean up the scale by confecting different detergent formulation was carried out on the floor heating pipe cleaning.we contrastecl before and after cleaning the pipe by means of the pictures to judge the effect of cleaning the surface dirt.Through a series of experiments we selected the appropriate cleaning agent formula that inorgan⁃ic acid and organic acid mixture formula(hydrochloric acid,sodium fluoride,sodium citric acid,oxalic acid,EDTA disodium salt),and then the experiment proved that this formula with physical method using the best cleaning effect.that is to use detergent soaked for 24 hours,and then use ultrasonic cleaning.

organic component;inorganic component;ultrasonic wave;mixed component

069

A

1674-0874(2017)03-0031-04

〔责任编辑 杨德兵〕

2017-02-23

刘永文（1965-），男，山西浑源人，博士，教授，研究方向：分析化学。