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1、化学清洗培训,刘 伟 2015年7月29日,化学清洗工艺与要求,1、化学清洗一般工艺要求 2、清洗过程中影响腐蚀的因素 3、几种常用清洗工艺及其特点 4、化学清洗过程中的作业要求,化学清洗方法 1.1 一般要求 1.1.1 化学清洗主要包括系统水冲洗、脱脂、酸洗、漂洗、钝化和保护等步骤。化学清洗过程的脱脂作业应按HG 20202的规定进行。 1.1.2 化学清洗的设备、管道压力试验合格后，应进行工序交接，并填写工序交接记录。 1.1.3 化学药剂应根据清洗设备、管道的材质及清洗要求选用，常用化学药剂特性及清洗配方参见附录A。 1.1.4 清洗液升温可采用蒸汽加热法或电加热法。 1.1.5 化学
2、清洗各工序应连续进行，合格后进行封闭或充氮保护。 1.1.6 清洗合格的系统，不得进行切割或开孔作业。凡已进行封闭或充氮保护的清洗系统，未经允许不得改变封闭或充氮保护状态。,1、化学清洗一般工艺要求,化学清洗工艺与要求,2、清洗过程中影响腐蚀的因素,化学清洗工艺与要求,主要内容,金属的腐蚀 化学腐蚀和电化学腐蚀 常见金属腐蚀特征 金属的缓蚀 缓蚀剂相关,金属腐蚀,定义：金属在周围介质的作用下发生化学作用或电化学作用而引起的破坏。,化学腐蚀,化学腐蚀只是一种单纯的化学作用。如金属表面在常温干燥的大气中所产生的氧化。 对不同的金属而言，氧化物的结构和性质是不同的，有的能在金属表面形成一层细密而又稳
3、定牢固的氧化膜，使内层金属和外界介质隔离，起到保护作用，如铬、铝、锌等；而有的氧化层则疏松易脱落，使内层金属继续受到腐蚀介质的侵蚀，这种金属腐蚀的速度就很快，如铁、镁、铜等。金属的氧化速度在高温下比在低温下快得多，而阻止金属与氧化性强的介质接触，可减缓或防止金属的化学腐蚀。,电化学腐蚀,电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。,电化学腐蚀,电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程，反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物（或金属难溶盐）；介质中的物
4、质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。在阴极反应过程中，获得电子而被还原的物质习惯上称为去极化剂。,电化学腐蚀,我们知道，钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但在潮湿的空气中却很快就会腐蚀。原来，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去电子而被氧化.电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。,相关化学方程式,(1)析氢腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较强时) 负极(Fe)： Fe2e=Fe2+
5、Fe2+2H2O=Fe(OH)22H+ 正极(杂质)：2H+2e=H2 电池反应：Fe2H2O=Fe(OH)2H2 由于有氢气放出，所以称之为析氢腐蚀。,相关化学方程式,(2)吸氧腐蚀(钢铁表面吸附水膜酸性较弱时) 负极(Fe)：Fe2e=Fe2+ 正极：O22H2O4e=4OH 总反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2 由于吸收氧气，所以也叫吸氧腐蚀。 钢铁制品在大气中的腐蚀主要是吸氧腐蚀。,相关化学方程式,析氢腐蚀与吸氧腐蚀生成的Fe(OH)2被氧所氧化，生成Fe(OH)3脱水生成Fe2O3 铁锈。 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 析氢腐蚀主要发生在强酸
6、性环境中，而吸氧腐蚀发生在弱酸性或中性环境中。,金属在酸洗液中的腐蚀,在酸洗过程中，伴随垢层的溶解还要发生基底金属的腐蚀。腐蚀的发生是由于酸同基底金属接触的结果，在清洗工件的表面被酸液浸没后，首先很快在锈、垢的裂纹处开始腐蚀。随着垢层被除去，酸同基底金属接触的面积越来越大，引起的腐蚀也就越来越严重。腐蚀产生的氢还会渗入到金属内部，导致破坏性更大的氢脆现象发生。下面以铁为例，从三个方面阐述铁在酸洗过程中的腐蚀。,1.氢去极化引起的腐蚀,铁及其合金在酸洗液中的腐蚀是典型的电化学腐蚀过程： 阳极是铁的溶解： 阴极是氢离子的放电： 铁腐蚀产生的氢扩散到金属内部而造成金属腐蚀，引起通常所说的 “氢脆”和
7、“氢鼓泡” 。,1.氢去极化引起的腐蚀,氢的去极化过程两个步骤： 氢离子放电： 氢分子生成： 很多实验表明，氢是以原子的形式而不是分子形式穿入金属内部，那么金属腐蚀就和上述两个步骤的反应速度有关。因此，如果第一步很容易进行，第二步较慢，则在金属表面上会积累大量的氢原子，而造成金属更严重的腐蚀。,2.氧去极化引起的腐蚀,在酸洗过程中，除了酸能够引起铁腐蚀外，溶解在酸溶液中的氧也能够引起铁的腐蚀，反应如下： 阳极： 阴极： 这一腐蚀过程完全取决于氧扩散到金属表面上的速度，因此，氧的浓度、溶液的温度、粘度和流动速度这些能够影响到氧的扩散速度的因素都能对这一腐蚀的速度产生影响。,3.一些高价金属离子引
8、起的腐蚀,酸洗中，由于锈层的溶解还会在酸洗液中引进一些能够促进腐蚀的物质。通常是 、 等高价金属离子。在酸性介质中，这些高价金属离子的还原电位比较高，作为阴极去极化剂而被还原的反应很容易进行。它们阴极还原的同时，就有相等当量的铁被腐蚀下来。 其反应式（见下页）：,3.一些高价金属离子引起的腐蚀,阴极： 阳极： 总反应： 阴极： 阳极： 总反应：这些离子引起钢铁腐蚀的严重程度取决于垢的成分、酸洗工艺以及缓蚀剂对这些过程的抑制能力。清洗碳酸钙垢层时，这些问题不予考虑。清洗以铜、铁氧化物为主要成分的锈层时，这一问题必须充分考虑。,常见金属件的锈蚀特征,钢和铸铁 开始生锈时，表面呈暗灰色，逐渐形成黄褐
9、色粉末状锈迹，再发展则成为一片片褐色或棕色的疤痕。,常见金属的锈蚀特征,铜及其合金 锈蚀特征为棕红色或绿色薄层。铜表面上生成的绿锈主要成分为碱式碳酸铜；深蓝色是氢氧化铜，红色为氧化亚铜，黑色为氧化铜。,常见金属的锈蚀特征,铝及其合金 锈蚀特征为白色或暗灰色的斑点，有时锈蚀处出现白色粉末，再发展下去，出现被锈蚀产物充满的锈坑。,常见金属的锈蚀特征,镀锌、镀镉、镀锡 镀层锈蚀特征为灰色、黑色斑点或白色粉末状薄层。,常见金属的锈蚀特征,发蓝零件 将钢在空气中加热或直接浸于浓氧化性溶液中，使其表面产生极薄氧化物膜的材料保护技术，也成发黑。 发蓝本身就是人为的氧化层保护膜，其锈蚀特征为褐色的锈点或锈斑，
10、有时与发蓝的颜色(紫褐色、蓝黑、蓝褐色)差别不大。,常见金属的锈蚀特征,喷砂零件 利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程。 原为灰白色的均匀细粒状喷砂表面，当腐蚀时呈铁锈颜色。,常见金属的锈蚀特征,涂漆件 在涂漆层下出现锈蚀时，会造成漆层鼓起、起泡，以致膨胀剥落，泛出铁锈。,金属缓蚀,用酸液清洗金属表面垢层时，由于H+的大量存在，氢离子去极化腐蚀速度要比溶解氧的去极化腐蚀速度大许多倍，这将使金属基体发生严重的电化学腐蚀并出现氢脆现象，若不采取有效的保护措施，酸洗法就难以在实际的化学清洗工程中得到广泛的应用。 化学清洗的实践经验表明，在酸中添加缓蚀剂，抑制氢离子阴极去极化放电步骤，是保证
11、金属基体不至于被腐蚀破坏和受氢脆不良影响的最有效的方法,缓蚀剂,缓蚀剂，即减缓金属腐蚀的添加剂，它是具有抑制金属生锈或腐蚀的无机物和有机物化学药品的总称。,酸洗缓蚀剂,酸洗缓蚀剂就是应用于酸洗工艺条件下的缓蚀剂。其作用就是防止或减缓酸洗过程中金属的腐蚀，保证被清洗装置在酸洗除垢的同时，不遭受酸液的腐蚀破坏。可以说，只有在添加有高效酸洗缓蚀剂的条件下，锅炉才允许进行化学清洗。一般用量为酸洗液重量的0.2%0.5%,而对金属的减缓程度大于90%。,缓蚀剂缓蚀机理,金属腐蚀过程是在金属表面进行电化学反应的过程。减缓金属腐蚀必然是通过对金属表面上进行的电化学反应的速度发生影响而实现的。但是，不同类型的
12、缓蚀剂影响电化学反应的途径是各不相同的。作为酸洗缓蚀剂，一般为两类物质：,缓蚀剂缓蚀机理,缓蚀剂,无机物，如砷离子、锑离子等,含极性基团的有机物，如硫脲，吡啶等,在阴极区被还原，还原产物沉积在阴极区，使氢离子（阴极）的放电反应变得十分困难，相应的金属（阳极）溶解速度降低，这样就得到减缓金属腐蚀的效果。,复杂的界面吸附过程，能够在金属/溶液界面上比较活泼的地方发生吸附，使界面反应的活化能增大，也可以使界面双电层的结构发生变化，其结果将使腐蚀电池的阴极或阳极或两个都受到强烈阻滞，从而使金属腐蚀速度急剧降低，起到缓蚀效果。,缓蚀剂缓蚀机理,综上，无论是无机物还是有机化合物，它们对金属腐蚀的抑制都是在
13、金属表面上的某些活性区域，以原子或分子吸附的方式进行的。因此可以用较小的添加剂量收到非常显著的缓蚀效果。这在工业应用的经济性方面也有很多的优点。,商品酸洗缓蚀剂的组成,常有以下组分组成： 缓蚀组分、溶剂、表面活性剂、能产生缓蚀协同效应的添加剂等。 缓蚀组分起主要作用，其它组分可以改善缓蚀剂的综合性能，增加工业使用的方便性，以及降低成本等。如表面活性剂可以起到润湿表面、增加酸液同垢、锈的接触，以及改善酸洗后基底金属表面状态的作用，从而提高酸洗的质量。,酸洗缓蚀剂应用时的注意事项,在整个化学清洗工程中，选择和应用缓蚀剂是其中一个很重要的环节。它不仅影响到化学清洗效果，而且还会影响被清洗装置的安全和
14、寿命，以及酸洗工程的成本。 1、正确选择缓蚀剂：如缓蚀率（体系、条件）、局部腐蚀（小孔腐蚀和氢脆）、使用场所。 2、正确使用缓蚀剂： 酸洗条件的控制； 缓蚀剂浓度,酸洗缓蚀剂应用时的注意事项,3、正确评定缓蚀剂 （1）静态腐蚀试验方法 这种方法能够很好的反映出酸洗时腐蚀过程的主要特征-氢去极化引起的腐蚀过程。在没有添加缓蚀剂的酸洗液中，静态试验得到的腐蚀速率几乎完全由氢去极化引起的，此法可表明该缓蚀剂对氢去极化的腐蚀过程的抑制能力。,酸洗缓蚀剂应用时的注意事项,（2）动态腐蚀试验方法 装置酸洗更多的时间是在溶液以一定流速的动态条件下进行的。研究溶液流动对缓蚀剂性能的影响，是把静态试验结果应用于
15、装置实际酸洗的重要步骤。 （3）氢脆试验方法 了解氢渗入金属后引起材料机械性能发生变化的试验方法通常有两种。拉伸实验法；弯折试验法。,化学清洗工艺与要求,3、几种常用清洗工艺及其特点 1.2 循环清洗 1.2.1 循环清洗的基本程序见附录B，操作流程参见附录C。 1.2.2 根据清洗流程图，检查清洗系统应符合下列要求： a） 循环泵的流量应符合本规范5.1.3条的要求，循环泵及其他转动机械应试运转无异常，循环泵入口或清洗箱出口应装滤网，滤网孔径应小于5mm； b） 放空及排凝点的位置正确，清洗系统内的清洗液应充满、与系统内壁应接触，并保持足够的流量； c） 临时接管的布置合理，必要时加设支架进
16、行支撑固定； d） 清洗箱的标高及液位应满足清洗泵的吸入高度。,化学清洗工艺与要求,1.2.3 水冲洗应符合下列要求： a） 清洗系统内的压力宜为0.2 MPa1.0MPa； b） 检查清洗系统应无泄漏情况； c） 冲洗至进出水质基本一致； d） 加热系统应满足温升要求； e） 对难以形成回路的盲端，应加装DN15DN20的临时排放阀； f） 循环液的进液管和回液管应有足够的截面积以保证清洗液的流量，且各回路的流速应均匀。 1.2.4 按配方配制脱脂液进行脱脂清洗，操作温度、清洗时间应满足要求。 1.2.5 脱脂后，用清洁水将脱脂液置换至出水呈中性或弱碱性（pH7pH9）。置换出的脱脂液应经处理后，达标排放。,化学清洗工艺与要求,1.2.6 水冲洗后按配方配制酸洗液进行循环酸洗，操作温度、酸洗时间应满足要求。在酸洗过程中，应安装监视管段或指示片。监视管段和指示片的测定见附录D。在酸洗过程中，每0.5h检测一次酸浓度及铁离子浓度或其他主要金属浓度，一次酸洗时间不应超过12h。酸洗液浓度的测定
