1前言
眾所周知，循環(huán)水已用于石油、化工、鋼鐵等各行各業(yè)，在循環(huán)水的使用中，由于水質(zhì)的不同，會(huì)形成各種沉積物，這些沉積物以無(wú)機(jī)鹽為主，成為無(wú)機(jī)垢；而在有機(jī)物的使用或生產(chǎn)過(guò)程中，由于高溫等因素的影響，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致有機(jī)垢的形成；在有些地方，則會(huì)同時(shí)形成無(wú)機(jī)垢和有機(jī)垢。
垢的形成，會(huì)給生產(chǎn)和安全帶來(lái)一系列影響，主要表現(xiàn)四：①影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。嚴(yán)重的污垢沉積，使生產(chǎn)設(shè)備的性能下降，甚至不能正常運(yùn)行；
②增加成本。一般地，污垢的形成使熱交換率大幅度降低，能耗明顯增加；③引發(fā)各種事故，原材料泄露，引起廠房及工作人員的損傷。④影響材料性能和設(shè)備壽命，金屬的污垢，如吸濕性的塵土和無(wú)機(jī)鹽，容易吸附空氣中的腐蝕性氣體，如二氧化硫、二氧化碳，硫化氫等，進(jìn)而腐獨(dú)金屬的表面，使金屬失去光澤，產(chǎn)生麻點(diǎn)，強(qiáng)度下降；污垢下會(huì)發(fā)生腐蝕，縮短設(shè)備的壽命。
本文對(duì)各種常見(jiàn)無(wú)機(jī)垢和有機(jī)垢的形成機(jī)理、清洗方法進(jìn)行全面評(píng)述
2無(wú)機(jī)鹽垢的形成及清洗
2.1碳酸鹽垢
2.1.1碳酸鈣垢的成因
以碳酸鈣和碳酸鎂為主要成分，碳酸鎂容易水解生成堿式碳酸鎂，進(jìn)而形成溶解度更低的氯氧化誤在天然水中，鈣的含量夫于鎂，所以碳酸鹽垢的主要成分為碳酸號(hào)，有少量的碳酸錢(qián)和氧氧化鎖碳酸鹽水垢一般為自色片狀物當(dāng)含有金屬氧化物時(shí)，會(huì)帶有顏色，如有鐵銹時(shí)，早粉紅色或紅褐色它難溶于與冷水，也難溶于熱水，但易溶于無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，如鹽酸、硝酸和高氯酸等。在工業(yè)用水中存在著各種離子，有Ca2+、HCO3-、Mg2+存在時(shí)，在受熱條件下發(fā)生下列反應(yīng)：
在堿性條件下：
Ca(HCO3)2+2OH-=CaCO3↓+CO32-+2H20
生成碳酸鈣沉積在管壁上形成了碳酸鈣垢。
2.1.2 清洗機(jī)理及方法
碳酸鈣為強(qiáng)堿弱酸鹽，易與強(qiáng)酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)而溶解，所以工業(yè)上一般采用廉價(jià)的鹽酸添加緩蝕劑如苯胺、烏洛妥品等清洗碳酸鹽垢。發(fā)生的主要反應(yīng)為：
近年來(lái)，人們往往將多種技術(shù)聯(lián)合用于工業(yè)循環(huán)水的清洗，一般采用兩個(gè)步驟即首先投用殺菌劑剝離粘泥，然后清洗除垢！
2.2硫酸鹽垢
2.2.1硫酸鹽垢的成因
硫酸鹽垢的主要成分是硫酸鈣，有時(shí)含有少量的硫酸鎂和氫氧化鎮(zhèn)，硫酸鈣在水中的溶解度比較小，但較碳酸鈣大的多在40℃以上，其溶解度隨溫度的升高而略有降低，屬于反常溶解度，這一點(diǎn)要特別注意。硫酸鈣溶解度與溫度的關(guān)系見(jiàn)表1。
水中含有較高的Ca2+、SO42-時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)：
Ca2++SO42-=CaSO4↓
生成的硫酸鈣沉積在設(shè)備及管道上，就形成了堅(jiān)硬致密的硫酸鈣垢。
2.2.2清洗機(jī)理及方法
(1)轉(zhuǎn)化清洗[3]
根據(jù)不同沉淀溶度積的不同，在硫酸鈣中加入碳酸鈉、磷酸鈉，使之轉(zhuǎn)化為更易與酸反應(yīng)的碳酸鈣和松軟的磷酸鈣（稱為磷酸鈉的剝離作用）。因此，在含有難溶物的溶液中加人適量的沉淀轉(zhuǎn)化劑，使溶液中的某種離子結(jié)合成為更難溶的物質(zhì)。
(2)絡(luò)合清洗
在水質(zhì)中加入絡(luò)合劑，使沉積的硫酸鹽垢中的陽(yáng)離子被絡(luò)合，從而使沉積物慢慢轉(zhuǎn)移到溶液中，即達(dá)到了清洗的目的。常用的絡(luò)合劑為易溶的乙二按四乙酸二鈉鹽即EDTA,由于鈣、鎂離子與EDTA很易形成非常穩(wěn)定的易溶的絡(luò)離子：
其中Y是EDTA的縮寫(xiě)孫純賓等叫將HEDP和EDTA兩步絡(luò)合法，用于清洗電！中壓鍋爐的硫酸鹽垢，清洗結(jié)果符合電力部標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(3)水溶性高分子絡(luò)合
水溶性高分子化合物的特點(diǎn)是其骨架上帶有
極性基團(tuán)（如羥基、氨基、竣基、黃酸基等）,這些極性基團(tuán)能離解出離子，與溶液中的其它離子進(jìn)行交換。如磺化交聯(lián)聚苯乙烯樹(shù)脂，其骨架上帶有磺酸基，在水溶液中能離解出氫離子H+而與水中的Na+、Mg2+、Ca2+等陽(yáng)離子進(jìn)行交換。通過(guò)交換降低離,子濃度，減少沉淀的生成。
2.3硅垢和硅酸鹽垢
2.3.1硅垢和硅酸鹽垢的成因
硅酸鈣是灰白色的堅(jiān)硬的固體，其傳熱系數(shù)很小。當(dāng)水中二氧化硅的含量比較高且水的硬度較大時(shí)，比較容易集結(jié)形成硅酸鈣和硅酸鎂垢。當(dāng)水的pH值較小時(shí)，低硬度水中或水中僅有SiO32-存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生硅垢，即膠狀難溶的化合物SiO2·nH2O。典型的化學(xué)反應(yīng)方程式為：
2.3.2清洗機(jī)理及方法
(1)酸洗
用一定濃度的HCI和0.5%~10%的氟化物加緩蝕劑進(jìn)行清洗，反應(yīng)如下：
(2)堿洗
如果SiO2的含量在70%~80%以上，可以直接用15%的NaOH溶液處理，溫度為70℃以上，視結(jié)垢程度來(lái)控制清洗時(shí)間。其反應(yīng)為：
馬文靜等百對(duì)電廠含硅酸鹽和銅氧化物的復(fù)合垢進(jìn)行化學(xué)清洗，找到了一條堿煮一水沖洗一氧化絡(luò)合除銅一堿沖洗——酸洗——漂洗—氨沖洗—鈍化的清洗和預(yù)膜工藝，取得滿意的效果。孫克敏回則采用混酸清洗化肥廠鍋爐的硅垢，其配方由主酸、補(bǔ)酸、緩蝕劑、溶垢促進(jìn)劑、潤(rùn)濕劑和滲透劑構(gòu)成，成本低廉。
2.4硫垢和硫化物垢
硫垢屬于一類特殊的垢，一般只產(chǎn)生在石油或化工裝置的含硫尾氣的治理部分，主要由硫化氫氣體經(jīng)過(guò)氧化而形成：
2.4.1硫垢的清洗
因?yàn)閴A金屬或堿土金屬硫化物的溶液能與單質(zhì)硫發(fā)生反應(yīng)而生成易溶的多硫化物，因此一般采用20g/L的Nas飽和溶液，加特殊的表面活性劑來(lái)溶解硫垢。反應(yīng)如下：
?
多硫化物的溶液一般顯黃色，隨著x增加，即硫的含量增加，由黃色變至紅色?？筛鶕?jù)結(jié)垢的程度重復(fù)清洗過(guò)程。
2.4.2煉油廠硫化物的清洗
在堿性條件下，使硫化物發(fā)生氧化作用（用10%NaOH和5%KMnO4),使其轉(zhuǎn)化為鐵的氫氧化物、硫及MnO2沉淀，再采用10%的HCI進(jìn)行清洗。
為防止清洗過(guò)程中產(chǎn)生CI2,需在HCI中加入少量的醋酸[3]。
2.5磷酸鹽垢
2.5.1磷酸垢的形成
水中所含的磷酸鹽濃度很小，然而在工業(yè)循環(huán)水中，由于使用的水處理藥劑中，普遍含有無(wú)機(jī)磷酸鹽，如磷酸鈉或六偏磷酸鈉、有機(jī)磷酸（如HEDP、PBTC等）作為緩蝕劑，這些磷酸鹽會(huì)與水中的鈣、鎂離子形成磷酸鹽垢。磷酸鈣垢為灰白色，當(dāng)設(shè)備受腐蝕時(shí)，磷酸鈣垢中混雜鐵的氧化物，使水垢由灰白色變成粉紅色、紅褐色或黑褐色。其反應(yīng)為：2Ca2++3PO43-=Ca2(PO4)3↓
2.5.2磷酸鈣垢清洗
磷酸鈣垢的清洗通常采用氨基磺酸法。該法所用清洗劑由氨基磺酸、緩蝕劑、表面活性劑和水組成。清洗液為酸性，能與金屬氧化物、氫氧化物、碳酸鹽反應(yīng)，生成可溶性鹽類，從而可除去水垢和鐵銹?；瘜W(xué)反應(yīng)式為181:
Ca3(PO4)2+6NH2SO3H=3Ca(NH2SO3)2+2H3PO4
2.6金屬氧化物垢
2.6.1鋼鐵的銹垢
(1)銹垢的形成
通常，暴露在自然環(huán)境中的鋼鐵表面都有由空氣中的水及其電解質(zhì)形成的電解質(zhì)溶液，這些電解質(zhì)溶液與鋼材中的鐵元素和碳元素形成了無(wú)數(shù)微型原電池。電化學(xué)反應(yīng)的速度很快，是鋼材腐蝕的主要原因；化學(xué)腐蝕是次要原因。腐蝕的結(jié)果是形成以+2、+3價(jià)鐵的氧化物或氫氧化物為主的復(fù)雜的氧化物，有時(shí)還有少量鐵鹽。
(2)銹垢的清洗
鋼鐵銹垢一般都溶于酸，反應(yīng)如下：
Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
2FeO+4H+=Fe3++Fe2++2H2O
Fe3O4+8H+=3Fe2++4H2O
鐵銹垢一般用酸洗?？梢杂脽o(wú)機(jī)酸，也可以用有機(jī)酸，根據(jù)實(shí)際情況選擇。在清洗的時(shí)候要注意加入適當(dāng)?shù)木徫g劑和控制清洗時(shí)間。
在利用酸洗清洗鋼鐵垢時(shí)，要充分考慮鋼材的組成，并考慮不同酸對(duì)鋼材的溶解能力，以找到合適的清洗劑配方，文獻(xiàn)[9]介紹了不同無(wú)機(jī)和有機(jī)酸對(duì)鋼材鐵的溶解能力，對(duì)于尋找適宜的清洗劑配方大有益處。尚世海[101介紹了一種用王水都難以清洗的鐵垢的三步清洗方法。首先進(jìn)行熱堿（由NaOH、KMnO4、Na2SiO3,表面活性劑、滲透劑和緩蝕劑組成循環(huán)，然后進(jìn)行酸液（組成為HNO3、尿素和硫脈等）循環(huán)，已經(jīng)清洗掉50%的鐵垢，其他鐵垢也已松軟，最后輔以人工清洗，取得了良好效果。
2.6.2鋁及鋁合金的銹垢
鋁垢的主要成分是組成非常復(fù)雜的水合氧化
鋁和堿式碳酸鋁，主要是由新鮮的鋁表面與空氣氧化形成的。錯(cuò)垢的清洗方法是由錯(cuò)及其氧化物的兩性決定的，一般有酸洗和堿洗兩種方法
(1)酸洗
在清洗的時(shí)候應(yīng)盡量采用可以使鋁處于鈍化狀態(tài)的一定濃度的氧化性酸，如硝酸，或在清洗液中加人適當(dāng)?shù)木徫g劑，以減輕酸對(duì)機(jī)體的腐蝕。
AL2O3+6H+=2A13++3H2O
(2)堿洗法
采用10%的NaOH即可溶解鋁表面的氧化物，但時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，一般控制在1~2min,以免對(duì)基體造成損傷。在堿液中添加20~30g/L的NaCl或NaF,可改善清洗表面的外觀，注意在清洗中應(yīng)加人適當(dāng)?shù)木徫g劑。
2.6.3銅及銅合金的銹垢
在潮濕的空氣中，銅受氧、水、二氧化碳和氯化物等作用，生成堿式碳酸銅或氯化銅等；當(dāng)受硫化物和氧作用時(shí)，則生成棕色或黑色的硫化物垢銅垢的清洗多采用無(wú)機(jī)酸洗法，通常采用硝酸、硫酸和鹽酸的混合酸。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用不同的混酸組合和配比
3有機(jī)物類垢的形成及清洗
3.1油垢的形成與清洗
3.1.1油垢類型及成因
型、成因及其清洗方法，見(jiàn)表2。從表2中可以看出，溫度是影響油垢類型的主要因素。隨著溫度升高，油垢類型從清油垢逐漸轉(zhuǎn)化成焦炭垢。焦炭垢一旦形成并徹底炭化，其清洗是非常困難的。因此，對(duì)于溫度較高的石化設(shè)備，要定期清洗，防止垢的炭化。
3.1.2油垢的清洗
①堿洗。根據(jù)相似相溶原理，油是憎水化合物，因此無(wú)法采用水洗的方法。而堿溶液對(duì)油污具有較好的親和性，因此，常用堿性水溶液，有氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉與硅酸鈉等清洗油垢，一般總是幾種堿組成的堿液清洗劑。但是一般堿性清洗液對(duì)動(dòng)物油起皂化反應(yīng)清洗能力好，而對(duì)礦物油清除能力除硅酸鈉外，大多較差，因而常作傳統(tǒng)的日用除油劑，工業(yè)上僅用于一般脫脂。文獻(xiàn)[12]介紹了一種發(fā)動(dòng)機(jī)積炭的清洗方法，采用金屬清洗劑、焦磷酸鈉、苛性鈉、碳酸鈉、硅氟酸鈉、銘酸等藥劑構(gòu)成對(duì)積炭滲透能力極強(qiáng)的清洗劑，輔之適當(dāng)?shù)臏囟?，?duì)發(fā)動(dòng)機(jī)積炭具有理想的清洗效果。
酸洗。梁小強(qiáng)[13]紹了一種酸性除油垢方
法。他根據(jù)T-roumg方程選擇合適的清洗劑，即選用與金屬界面張力較低的表面活性劑，而且愈低愈好，通過(guò)表面活性劑的潤(rùn)濕力和滲透力把金屬表面的油污潤(rùn)濕，使油污松軟，達(dá)到清洗之目的。據(jù)此，設(shè)計(jì)了一種由磷酸和烷基酰胺構(gòu)成的油垢清洗劑，對(duì)油罐的污垢清洗效果良好。高晶榮等（14)采用復(fù)合酸-有機(jī)溶劑復(fù)合清洗劑，也取得了理想效果
③有機(jī)溶劑法。常用的有石油類溶劑、鹵代煉溶劑、醇類溶劑等，靠對(duì)油類較強(qiáng)的溶解反應(yīng)清除油垢、焦油垢與焦炭垢。焦炭垢一旦形成并沉積于管壁，由于附著力極強(qiáng)，其清洗是非常困難的，對(duì)于沉積較厚的焦炭垢，可采用溶劑浸潤(rùn)加機(jī)械的辦法。此外，近年來(lái)開(kāi)發(fā)的超聲波等方法具有一定效果，但成本昂貴
①表面活性劑法表面活性劑由于具有兩親結(jié)構(gòu)（親水基和親油基）,因而其低濃度水溶液具有減少表面張力、潤(rùn)濕滲透、乳化分散和增溶等獨(dú)特作用，故對(duì)液態(tài)油垢具有良好的去除能力，但對(duì)固態(tài)油垢去除能力差。
⑤氧化法。選用濃硫酸、硝酸與銘酸等強(qiáng)氧化性酸能較好地清除焦油垢、膠垢與積炭垢，以及含硫化鐵的油垢。但這些強(qiáng)氧化型清洗劑，雖在常溫下操作，但稍有不慎就會(huì)造成事故。銘酸還存在排污公害的問(wèn)題。
⑥復(fù)合法。對(duì)于工業(yè)油污油垢，很少局限于一種類型，因此，單獨(dú)采用一種清洗方法往往難以徹底清除油污油垢，這樣就需要根據(jù)實(shí)際情況，聯(lián)合采用多種方法進(jìn)行清洗。將絡(luò)合劑、堿性溶液、表面活性劑等不同物質(zhì)混合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，具有更好的除垢能力。
⑦干冰法。唐純[15]紹了利用干冰清洗導(dǎo)熱
油爐的方法。這是一種物理除垢法，其主要原理是利用干冰的低溫（-78℃）使灰垢被冷凍至脆化及爆裂，而達(dá)到清除積垢的目的，實(shí)踐證明利用干冰清洗不留死角，清除效率高
3.2糖垢的形成和清洗山
糖垢也稱為碳水化合物垢，是由無(wú)機(jī)物和有機(jī)物構(gòu)成的，通常由蔗糖、蔗蠟、碳酸鈣、亞硫酸鈣、硅酸鈣、草酸鈣、蛋白質(zhì)等組成的，因制糖工藝的不同而有變化在糖什蒸發(fā)和濃縮的過(guò)程中，在多效蒸發(fā)罐的一效蒸發(fā)罐壁上首先析出溶解度較小的碳酸鎂、碳酸鈣、磷酸鈣以及焦化物，再析出溶解度較大的硫酸鈣、亞硫酸鈣、檸撐酸鈣和草酸鈣等糖汁中可溶的有機(jī)和九機(jī)鈣鹽，通過(guò)與糖汁中的碳酸離子反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為不溶性的碳酸鈣鹽沉淀。其中的可溶性無(wú)機(jī)鈣鹽，如碳酸鈣、亞硫酸鈣等受熱分解成為難溶的碳酸鈣垢。糖汁中的金屬氧化物和氫氧化物膠狀物，在糖汁的濃縮過(guò)程中會(huì)析出。酸性的糖汁對(duì)設(shè)備也會(huì)腐蝕，生成金屬氧化物垢和鹽垢。此外在制糖工藝中加入的一些助劑也會(huì)成為糖垢的組成成分。糖垢的清洗方法應(yīng)根據(jù)糖垢的組成采取上述無(wú)機(jī)垢或油垢的清洗方法。