一种板式换热器用清洗剂及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种板式换热器用清洗剂及其制备方法和应用，属于清洗剂技术领域。本发明的板式换热器用清洗剂，包括氨基磺酸、磷酸、缓蚀剂和水；其中，总酸浓度≤20％。本发明的板式换热器用清洗剂配制简单，各组分相互配合；不仅具有较好的溶垢效果，还能够降低清洗剂对不锈钢、碳钢、铜及铜合金、铸铁的腐蚀性；其腐蚀效果优于单纯20％磷酸溶液，其溶垢效果优于单纯10％氨基磺酸溶液；此外，采用本发明清洗剂清洗板式换热器成本介于20％磷酸溶液和10％氨基磺酸溶液之间，配制相对安全，具有较好的经济性和安全性。

说明书

技术领域

本发明属于清洗剂技术领域，具体涉及一种板式换热器用清洗剂及其制备方法和应用。

背景技术

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，在化工、电力、热力等领域应用广泛。尤其是在大中型城市的集中供热系统中，板式换热器已成为集中供热间接式换热机组的核心部件。

在实际热力生产运行中，由于循环水水质硬度较高、悬浮物高，长期运行导致板式换热器氯腐蚀或氧腐蚀，造成换热器板结垢、堵塞、腐蚀或穿孔现象。由于板式换热器大多采用304、316或316L不锈钢，保养不当会造成氧腐蚀而产生大量水垢和铁锈，大量的腐蚀产物与碳酸盐垢附着在换热器的传热表面形成坚硬的锈垢层，影响热交换效率，增加供热成本，降低热值输出，严重时会影响运行的安全稳定性。

板式换热器的锈垢成分主要为CaCO

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种板式换热器用清洗剂及其制备方法和应用，本发明的清洗剂不仅具有较好的清洗效果，还能够降低清洗剂的腐蚀性，使用成本低，具有较好的经济效益。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种板式换热器用清洗剂，由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸3％-10％、磷酸5％-15％、缓蚀剂0.3％-0.6％、水余量。

在上述方案的基础上，所述板式换热器用清洗剂总酸浓度≤20％。

在上述方案的基础上，所述缓蚀剂为LAN-826缓蚀剂。

当采用LAN-826缓蚀剂时，清洗剂中单酸和复合酸的总酸浓度不能超过20％，否则会对钢材造成腐蚀影响；清洗剂密度大约为1.23g/mL，可参照此数据估算用药量；此外，LAN-826最好使用无离子水配制清洗剂，用普通自来水会导致溶液浑浊，但不会影响LAN-826的缓蚀效果。

在上述方案的基础上，所述板式换热器用清洗剂由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸5％、磷酸15％、缓蚀剂0.6％、水余量。

在上述方案的基础上，所述板式换热器用清洗剂由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸4.52％、磷酸13.63％、缓蚀剂0.53％、水余量。

在上述方案的基础上，所述板式换热器用清洗剂由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸5.1％、磷酸13.83％、缓蚀剂0.54％、水余量。

上述板式换热器用清洗剂的制备方法，步骤如下：

在足量水中加入氨基磺酸，搅拌至完全溶解；再添加LAN-826并搅拌均匀；若添加LAN-826后，溶液变成淡粉色，则静置待溶液会变成浑浊乳白色后，再添加磷酸；由于磷酸溶于水时会发热，因此添加磷酸时要分批加入，每次加入后搅拌均匀并测量溶液温度，若溶液温度高于40℃，则待其温度降为室温后，再继续分批、缓慢添加。

上述方法制备的清洗剂在板式换热器清洗中的应用。

一种板式换热器的清洗方法，加水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止；然后添加上述方法制备的清洗剂，进行化学循环清洗2h-3h，化学循环清洗完成后排出清洗剂；再加水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止。

在上述方案的基础上，同时清洗板式换热器的一次侧和二次侧时，采用管道将一次侧和二次侧串联，加水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止；然后添加上述方法制备的清洗剂，进行化学循环清洗0.5h-1h，然后静置浸泡2h-8h后，再进行化学循环清洗0.5h-1h，化学循环清洗完成后排出清洗剂；再水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止。

本发明技术方案的优点

本发明的板式换热器用清洗剂制备简单，各组分相互配合；不仅具有较好的溶垢效果，还能够降低清洗剂对不锈钢、碳钢、铜及铜合金、铸铁的腐蚀性；其腐蚀效果优于单纯20％磷酸溶液、其溶垢效果优于单纯10％氨基磺酸溶液；此外，采用本发明清洗剂清洗板式换热器成本介于20％磷酸溶液和10％氨基磺酸溶液之间，配制相对安全，具有较好的经济性和安全性。

附图说明

图1不同清洗剂的溶垢效果；

图2市售成品清洗剂Ⅱ动态腐蚀试验后试样照片(试样从左至右依次为：316不锈钢、316不锈钢、玛钢、黄铜、20号钢)；

图3二次侧采用“市售Ⅱ原液”在线清洗后照片；

图4实施例3清洗剂动态腐蚀试验后试样照片(试样从左至右依次为：316不锈钢、316不锈钢、黄铜、玛钢、20号钢)；

图5二次侧采用实施例3清洗剂在线清洗后照片；

图6一次侧采用实施例4清洗剂在线清洗后照片。

具体实施方式

在本发明中所使用的术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。

下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。

本发明中所用试剂：

1、市售成品清洗剂Ⅰ；

2、市售成品清洗剂Ⅱ；

3、氨基磺酸，分析纯，500g×2瓶

4、85％磷酸，分析纯，500ml×2瓶

5、EDTA二钠，分析纯，250×2瓶

6、柠檬酸，分析纯，500g×1瓶

7、氨水，分析纯，500ml×1瓶

8、Armohib 31缓蚀剂(缓蚀剂)，200g，阿克苏·诺贝尔公司

9、多用酸洗缓蚀剂LAN-826(LAN-826)，3kg，北京蓝星清洗有限公司

10、酸洗缓蚀剂Suractent706s，800ml，山东邦普进出口有限公司

实施例1

一种板式换热器用清洗剂，由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸5％、磷酸15％、LAN-826缓蚀剂0.6％、水余量。

上述板式换热器用清洗剂的制备方法，步骤如下：

在足量水中加入氨基磺酸，搅拌至完全溶解；再添加LAN-826并搅拌均匀；若添加LAN-826后，溶液变成淡粉色，则静置待溶液会变成浑浊乳白色后，再添加磷酸；由于磷酸溶于水时会发热，因此添加磷酸时要分批加入，每次加入后搅拌均匀并测量溶液温度，若溶液温度高于40℃，则待其温度降为室温后，再继续分批、缓慢添加。

实施例2

一种板式换热器用清洗剂，由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸10％、磷酸10％、LAN-826缓蚀剂0.6％、水余量。

制备方法同实施例1。

实施例3

一种板式换热器用清洗剂，由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸4.52％、磷酸13.63％、LAN-826缓蚀剂0.53％、水余量。

制备方法同实施例1。

实施例4

一种板式换热器用清洗剂，由以下组分按重量分数组成：

氨基磺酸5.1％、磷酸13.83％、LAN-826缓蚀剂0.54％、水余量。

制备方法同实施例1。

实施例5

一种板式换热器的清洗方法，向板式换热器中加水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止；然后添加本发明所述方法制备的清洗剂，进行化学循环清洗2h-3h，化学循环清洗完成后排出清洗剂；再加水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止。

同时清洗板式换热器的一次侧和二次侧时，采用管道将一次侧和二次侧串联，加水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止；然后添加本发明所述方法制备的清洗剂，进行化学循环清洗0.5h-1h，然后静置浸泡2h-8h后，再进行化学循环清洗0.5h-1h，化学循环清洗完成后排出清洗剂；再水循环清洗1-3次，每次20-60分钟，直至出水清澈为止。

本发明的清洗剂的溶垢试验测试

1、垢样溶垢试验

收集从换热站拆洗板式换热器时清理下来的垢样，垢样进行干燥、破碎，分别存放。对上述垢样进行分析确定垢的主要成分为CaCO

将不同的清洗剂逐次滴加至一定量的垢样上，并检测溶解每克垢样所需清洗剂的体积，记录反应时间；所述不同清洗剂的组别如下：

(1)市售成品清洗剂Ⅰ原液，以下简称“市售Ⅰ原液”；

(2)市售成品清洗剂Ⅰ原液用水稀释至50％浓度，以下简称“市售Ⅰ50％”；

(3)市售成品清洗剂Ⅰ原液用水稀释至30％浓度，以下简称“市售Ⅰ30％”；

(4)市售成品清洗剂Ⅱ原液，以下简称“市售Ⅱ原液”；

(5)市售成品清洗剂Ⅱ原液用水稀释至50％浓度，以下简称“市售Ⅱ50％”；

(6)柠檬酸8％+氨水调至PH3.5-4.0+缓蚀剂0.3％

(7)氨基磺酸10％+缓蚀剂0.3％

(8)EDTA二钠5％+缓蚀剂0.3％

(9)氨基磺酸10％+缓蚀剂0.3％+EDTA二钠3％

(10)氨基磺酸10％+磷酸10％+缓蚀剂0.1％

(11)氨基磺酸5％+磷酸15％+缓蚀剂0.1％

(12)磷酸20％+缓蚀剂0.1％

以上试剂均由水配制到特定浓度，所采用的缓蚀剂为阿克苏·诺贝尔公司的Armohib 31缓蚀剂。

不同清洗剂对垢样的溶垢效果如表1所示：

表1清洗剂对垢样的溶垢效果

由表1可知，柠檬酸8％+氨水调至PH3.5-4.0+缓蚀剂0.3％、EDTA二钠5％+缓蚀剂0.3％对垢样反应不明显，氨基磺酸10％是否添加EDTA二钠对溶垢影响不大。而实际上氨基磺酸10％溶液中添加EDTA二钠后，EDTA二钠基本沉淀、不溶。氨基磺酸与磷酸的组合要优于单独使用磷酸或氨基磺酸的溶垢效果；然而，当缓蚀剂为阿克苏·诺贝尔公司的Armohib31缓蚀剂时，溶液表面漂浮油渍状漂浮物。

2、板片溶垢试验

将不同的清洗剂滴入不锈钢板式换热器带垢板片的不同沟槽内，进行4小时浸泡溶垢试验。

各组清洗剂如下：

①磷酸20％+LAN-826/0.6％

②氨基磺酸5％+磷酸15％+Suractent706S/0.6％

③氨基磺酸10％+磷酸10％+LAN-826/0.6％

④氨基磺酸5％+磷酸15％+LAN-826/0.6％

⑤市售成品清洗剂Ⅱ原液，以下简称“市售Ⅱ原液”；

以上试剂均由水配制到特定浓度。

结果如图1所示：市售Ⅱ原液溶垢速度最快、效果最好。其他清洗剂中磷酸含量多，可加速垢的溶解，尤其对铁垢的溶垢效果优于氨基磺酸；706S缓蚀剂加入后影响清洗剂的溶垢能力，LAN-826缓蚀剂对溶垢能力未见明显影响。结合腐蚀性测试结果，氨基磺酸5％+磷酸15％+LAN-826/0.6％组合的清洗剂综合效果较好。

本发明的清洗剂的腐蚀试验测试

根据金属腐蚀相关标准、规范的要求(GB/T 19291-2003、GB/T 18590-2001、DL/T523-2017、DL/957-2017、DL/T 794-2012、中国华电火电制【2016】259号《中国华电集团公司供热(发电)企业供热技术监督实施细则》)，通过试验检测不同酸性清洗剂对不锈钢板式换热器的不锈钢板片(316材质)和碳钢管道(20号钢)的腐蚀影响。其中板式换热器的不锈钢板片每组3片，其中两片是在换热站获得，并对两个板片进行光谱成分分析，确定两个板片材质均为316，两个板片试样分别标记为“1”、“2”；另一片是按照HG5-1526标准购买不锈钢(316材质)获得，在各组中的标号分别为5425-5429；碳钢管道(20号钢)每组一片，是按照HG5-1526标准购买碳钢(20号钢)获得，在各组中的标号分别为2011-2019；

各清洗剂组别如下：

A、市售成品清洗剂Ⅱ原液，以下简称“市售Ⅱ原液”，500mL×2杯；

B、市售成品清洗剂Ⅰ原液用水稀释至50％浓度，以下简称“市售Ⅰ50％”，500mL×2杯；

C、磷酸20％+LAN-826/0.6％，500mL×2杯；

D、氨基磺酸10％+磷酸10％+LAN-826/0.6％，500mL×2杯；

E、氨基磺酸5％+磷酸15％+LAN-826/0.6％，500mL×2杯；

以上试剂均由水配制到特定浓度。

采用上述清洗剂A-H对不锈钢板片(316材质)和碳钢管道(20号钢)进行腐蚀性检测，温度室温20℃，试验时间4h；结果如下：

表2不同清洗剂对316材质不锈钢的腐蚀性试验结果

表3不同清洗剂对20号碳钢的腐蚀性试验结果

由表2可知：不同清洗剂对不锈钢的腐蚀均较轻，腐蚀情况从弱到强排序为D＞E＞B＞C＞A；其中，市售成品清洗剂Ⅱ原液的腐蚀性最强；氨基磺酸与磷酸的配比优于单独使用磷酸时的腐蚀情况；根据DL/T523-2017标准，不锈钢材质静态腐蚀速率标准为“<0.05g/(㎡·h)”，清洗剂B、C接近标准要求；而D、E符合标准，且效果更优。

由表3可知，各清洗剂对20号钢的腐蚀性差异较大，其中，“市售Ⅰ50％”对碳钢的腐蚀性最大，其次为市售Ⅱ原液；氨基磺酸与磷酸的配比优于单独使用磷酸时的腐蚀情况；根据DL/T523-2017标准，碳钢材质静态腐蚀速率标准为“<1g/(㎡·h)”，清洗剂C、D、E均符合标准；结合表2的腐蚀性检测结果，只有清洗剂D、E同时符合DL/T523-2017所要求的不锈钢材质和碳钢材质的静态腐蚀速率要求。

本发明制备的清洗剂对板式换热器的清洗效果

分别采用“市售Ⅱ原液”和本发明制备的清洗剂对某换热站板式换热器机组进行清洗；并根据管道上可能出现的材质，确定采用316不锈钢、20号钢(碳钢)、玛钢(可锻铸铁)、黄铜等4种试样。其中，316不锈钢采用腐蚀性能测试中的316不锈钢板片，20号钢(碳钢)采用腐蚀性能测试中的新的(未进行过腐蚀性试验)试样；使用DN20玛钢活接中的螺母配件，用车床车掉其内丝，以便于计算试样表面积。因玛钢件外表面镀锌，为确保动态腐蚀试验准确，试验前用本发明的清洗剂浸泡约4小时将表面镀锌层洗掉，然后进行表面积测量和称重。使用DN20黄铜活接中的螺母配件，用车床车掉其内丝，以便于计算试样表面积。

1、采用“市售Ⅱ原液”进行一次侧清洗

清洗方法：用自来水循环清洗2次，每次各20分钟；然后向溶药箱内加“市售Ⅱ原液”，11：15开始化学清洗，循环至11：45，然后浸泡静置至15：35分，在循环清洗至16：05，排出药液，化学循环清洗结束；化学清洗时间为4小时50分；自来水循环清洗2次，每次各20分钟。

由图2可知，采用“市售Ⅱ原液”清洗后，目测检验，不锈钢表面未发生明显变化；玛钢和20号钢表现明显腐蚀情况，表面光泽消失，试样表面显现较多麻点；黄铜试样光泽变暗。

具体腐蚀量情况见试验数据，见表4；

表4“市售Ⅱ原液”清洗后各材质试样的腐蚀情况

GB/T 25146-2010《工业设备化学清洗质量验收规范》、DL/T523-2017《化学清洗缓蚀剂应用性能评价指标及试验方法》、DL/957-2017《火力发电厂凝汽器化学清洗及成膜导则》、DL/T 794-2012《火力发电厂锅炉化学清洗导则》等对化学清洗腐蚀指标均作了相关规定，“市售Ⅱ原液”清洗后各材质试样的腐蚀情况与各标准对比见下表：

表5“市售Ⅱ原液”清洗试验腐蚀率指标与限值对比

为了验证清洗剂的除垢质量，将二次侧在线化学清洗后板片拆开(图3)，观察到二次侧圆孔内上部有明显的结垢痕迹，说明该板式换热器二次侧有结垢，而板片表面绝大部分已无污垢，表面附着淡黄色粘泥样物质，手感松软，用自来水很容易冲洗掉。目测除垢率在95％以上，符合各标准除垢率的要求。

2、采用实施例3制备的清洗剂进行一、二次侧同时清洗

表6采用实施例3制备的清洗剂进行一、二次侧同时清洗用药剂量表

清洗方法：用自来水循环清洗2次，每次各20分钟；然后向溶药箱内加药剂至规定浓度，10：30开始化学清洗，循环至11：00，然后浸泡静置至14：30分，在循环清洗至15：30，排出药液，化学循环清洗结束；化学清洗时间为5小时；自来水循环清洗2次，每次各20分钟。同时清洗板式换热器的一次侧和二次侧时，采用管道将一次侧和二次侧串联。

由图4可知，采用本发明清洗剂清洗后，目测检验，不锈钢表面未发生明显变化；20号钢表面略有腐蚀；玛钢件表面变化不明显；黄铜试样表面未见明显腐蚀痕迹，颜色略变绿，应为磷酸铜反应产物，光泽较亮。

具体腐蚀量情况见试验数据，见表7。

表7实施例3清洗剂清洗后各材质试样的腐蚀情况

表8实施例3清洗剂清洗试验腐蚀率指标与限值对比

由图5可知，板式换热器拆开后，观察到一、二次侧圆孔内上部有明显的结垢痕迹，说明该板式换热器一、二次侧有结垢，而板片表面绝大部分已无污垢，表面附着淡黄色粘泥样物质，手感松软，用自来水很容易冲洗掉。目测除垢率在95％以上，符合各标准除垢率的要求。

综合上述1、2清洗结果可知，采用“市售Ⅱ原液”室温在线循环清洗4小时50分(循环30分、静置浸泡约3小时、再循环30分)后，不锈钢腐蚀指标符合要求，碳钢、铜及铜合金、铸铁腐蚀指标均不符合要求。不锈钢腐蚀指标远优于限值，表现优秀；碳钢腐蚀指标距限值不远，铜及铜合金和铸铁远超限值，实际使用时应避免循环系统内接触铜及铜合金材质和铸铁材质。而采用本发明实施例3制备的清洗剂室温在线循环清洗5小时(循环30分、静置浸泡约3.5小时、再循环1小时)后，不锈钢、碳钢、铜及铜合金腐蚀指标均符合要求，铸铁腐蚀指标不符合要求。不锈钢、碳钢、铜及铜合金腐蚀指标远优于限值，表现优秀；铸铁腐蚀指标远超限值，实际使用时应避免循环系统内接触铸铁材质。无论是采用“市售Ⅱ原液”还是本发明实施例3的清洗剂其除垢质量均合格。

3、采用实施例4制备的清洗剂进行一次侧清洗

表9采用实施例4制备的清洗剂进行一次侧清洗用药剂量表

清洗方法：用自来水循环清洗2次，每次各20分钟；然后向溶药箱内药剂至规定浓度，10：30开始化学清洗，一直循环至13：30，排出药液，化学循环清洗结束；化学清洗时间为3小时；自来水循环清洗2次，每次各20分钟。

由图6可知。板式换热器拆开后，观察到一次侧圆孔内上部有明显的结垢痕迹，说明该板式换热器一次侧有结垢，而板片表面绝大部分已无污垢，表面附着黑色粘泥样物质，手感松软，用自来水很容易冲洗掉。目测除垢率在95％以上。

根据DL/T523-2017要求，对该试验中的不锈钢材质送至青岛市产品质量监督检验研究院进行晶间腐蚀检测，经检测结果合格。

表10本发明清洗剂与“市售Ⅱ原液”清洗剂成本对比

通过表10的对比可知本发明清洗剂的成本比“市售Ⅱ原液”至少低一半，本发明清洗剂经济性较好。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。