硅酸鹽垢的控制與治理
一、硅酸鹽垢的形成及危害
許多水源都含有一定量的SiO2，特別是地下水、沙質(zhì)地區(qū)河水、油井采出污水等一般SiO2含量都較高，當水中還含有一定量的Ca2+、Mg2+等離子時，使用這種水源的設備（如鍋爐、熱交換器等）經(jīng)過長時間運行，不可避免地出現(xiàn)硅酸鹽垢。有些設備用水盡管經(jīng)過了軟化處理，使Ca2+、Mg2+的濃度降到了很低水平，但是由于設備中存在鐵的腐蝕產(chǎn)物，這樣就會形成NaFe(SiO3)2類型的硅酸鹽垢。對于循環(huán)水體系，在水的重復利用過程中，隨著水分的蒸發(fā)，水中的溶解鹽類、懸浮固體及非揮發(fā)性有機物的濃度也隨之逐漸增大，這樣使得結(jié)垢更為頻繁發(fā)生。
與其他垢一樣，硅酸鹽垢的存在會降低設備熱效率，同時會堵塞管線，使流體阻力增大，增加運行成本，嚴重時會發(fā)生爆管事故，垢下腐蝕也不可避免地產(chǎn)生，嚴重影響生產(chǎn)和安全。另外，與常見的碳酸鹽垢不同，硅酸鹽垢具有自身的復雜性，比如硅酸鹽垢往往與其他垢共同存在，硅酸鹽垢更結(jié)實，附著更牢固等，這也使得硅酸鹽垢的控制與治理更為困難。
二、硅酸鹽垢的控制與治理
對硅酸鹽垢的控制可以從源頭著手，首先考慮如何預防、控制硅酸鹽垢的產(chǎn)生。硅酸鹽垢主要是通過水源中的SiO2與Ca2+、Mg2+等離子形成的，所以通過大幅度降低水源中上述物質(zhì)的濃度將會有效控制硅酸鹽垢的形成。對于SiO2可以采用石灰軟化等化學法使二氧化硅凝結(jié)，從而降低原水中的SiO2含量，而對于Ca2+、Mg2+離子則可以通過在如水中投加苛性鈉等方法使形成Ca(OH)2及Mg(OH)2沉淀而除去，也可以通過離子交換樹脂降低Ca2+、Mg2+離子濃度。然而通過原水前處理的方法，并不能將SiO2及Ca2+、Mg2+離子徹底消除，原水進入設備后經(jīng)過長期運行仍然可能產(chǎn)生硅酸鹽垢。這時可以在體系中投加一定量的緩蝕阻垢劑，其中緩蝕劑的作用是防止系統(tǒng)腐蝕，降低Fe3+濃度，從而降低NaFe(SiO3)2類型垢的生成，同時恰當?shù)氖褂镁徫g劑，使得即使有少量硅酸鹽垢存在時，垢也不會導致嚴重的腐蝕危害，當然對于循環(huán)水系統(tǒng)，一般為偏中性體系，主要為氧腐蝕，可以通過先升高溫度，將水中大部分的溶解氧除去，然后添加少量還原劑比如亞硫酸鈉除去剩余的氧，然后再加入緩蝕劑，這樣效果會更理想。而阻垢劑則可以直接預防硅酸鹽垢的生成，我們曾經(jīng)以馬來酸酐、丙烯酸、次亞磷酸鈉、氨基磺酸按照一定比例組成阻垢劑，獲得了很好的阻垢效果。
對于已經(jīng)嚴重結(jié)垢的設備或管道，必須經(jīng)過酸洗或堿洗的方法除去硅酸垢，由于硅酸鹽垢不易直接溶解于鹽酸溶液中，通常采用的是用2％~3%的苛性鈉溶液清洗，但是經(jīng)過我們的研究確定的是使用復合酸清洗劑進行清洗，這主要是由于我們發(fā)現(xiàn)硅酸垢往往與其他垢同時存在，盡管苛性鈉對清除硅酸垢效果顯著，但是對其他垢層清除效果不理想，考慮到鹽酸是常用的清洗劑，它能和多種水垢和腐蝕產(chǎn)物形成可溶性鹽，對各種垢類均具有較高等溶解速率和溶解能力，而氟酸對去除硅酸鹽垢具有特殊效能，即使在低溫、低濃度條件下，仍具有較好等溶解能力。所以我們采用HCl+HF這種復合酸進行清洗，效果非常顯著，除垢率接近100％，復合酸洗過程中，為了避免酸液對設備產(chǎn)生腐蝕，我們添加了自行研制的酸洗緩蝕劑，這種緩蝕劑是我們利用湖北某氨基酸廠的氨基酸廢液通過添加硫脲、六亞甲基四胺等一些助劑制備而成的，緩蝕性能優(yōu)良，并且絲毫不影響酸洗速度，另外具有抑制發(fā)泡的性能。如果在酸洗過程中加入一定的促進劑，則可以顯著加速除垢速度，在我們的研究中曾經(jīng)加入少量以硫代硫酸鈉、檸檬酸鈉、甘油等按一定比例組成的促進劑，效果十分顯著。
三、方案框圖
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2013年8月11日
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