氨基磺酸清洗成分复杂难溶水垢的实践

曹永让

(山西晋缘电力化学清洗中心有限公司，山西 太原 030006)

0 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，很难彻底清洗。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。

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。

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。

3 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。

表1 氧气厂垢样成分

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。

表2 氨基磺酸清洗为清洗剂工艺参数

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。

图1 制氧厂水冷塔清洗系统图 (mm)

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%→清洗记时→循环至清洗泵出入口浓度相等→拆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，清洗干净彻底，无残留垢，无过洗。清洗效果优良。

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

氨基磺酸作为一种优良的化学清洗介质，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。