CN113789227A - 一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂及其制备方法和应用。按质量百分比计，该清洗剂由以下组分组成：EDTA二钠1～3％，柠檬酸钠1.5～3.5％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物0.75～2.25％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠0.01～0.03％，碱性pH调节剂0.35～1.15％，余量为纯水。纯水和pH调节剂混合后加入EDTA二钠溶解，再加入柠檬酸钠和丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物，最后加入顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠溶解混合制备得到。该硫酸钙垢清洗剂具有原料易得、价格便宜、溶垢效果好、清洗过程产生沉淀少和腐蚀速率低等特点，可广泛用于采用铝合金传热管的热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢的化学清洗。

Description

一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂及其制备方法和应用，主要用于采用铝合金传热管的热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢的化学清洗。
背景技术
虽然低温多效蒸馏海水淡化装置的运行温度不大于75℃，且设计和运行上都采取了相应的防垢措施，但传热管局部仍存在结垢或黏泥附着现象，致使装置热效率降低、运行工况恶化。碳酸钙是最常见的污垢成分之一。但当盐水温度超过最高允许值或布水不均匀时，局部也会沉积一定量的硫酸钙垢。通常下排管比上排管结垢速度快，热效组比冷效组结垢结垢量大。其中，尤其以第1效结垢情况最为严重。采用氨基磺酸可有效清除碳酸盐垢，但对硫酸钙垢清洗效率低，长时间清洗也会造成铝合金传热管的腐蚀。因此，有必要开发高效硫酸钙专用清洗剂相关产品，以提高海水淡化装置清洗效率。
目前，国外应用的有机清洗剂组分主要有乙二胺四乙酸、乙醇酸、柠檬酸、马来酸钠、取代牛磺酸等。国内也形成少量硫酸钙清洗专利技术，清洗机理也以螯合剂增溶和聚合物螯合分散为主。总体来看，硫酸钙清洗剂及清洗技术掌握在少数企业手中，市场价格较高，不利于推广。此外，部分专利技术不仅含磷量高，而且也不适用于采用铝合金传热管的低温多效海水淡化装置。
CN101955863A公开了一种硫酸钙垢中性清洗剂，其由HEDP、表面活性剂复合而成。虽然该配方也能用于清除硫酸钙垢，但是其主要组分为HEDP，药剂磷含量较高。
CN102703233A提供了一种硫酸钙垢清洗剂，其由柠檬酸钠、1227等复合而成。该发明的作用机理是将已经结垢的硫酸钙晶体分散开，形成一种白色蓬松小颗粒，以便于随水流而排出系统之外。但该发明所提供硫酸钙清洗剂仅使用柠檬酸钠作为螯合剂，清洗过程中会形成大量柠檬酸钙沉淀，容易在海水淡化装置传热管表面沉积，有可能堵塞传热管之间狭小的间隙。
CN103359840A公开了一种硫酸钙垢化学清洗剂，其由络合剂、助溶剂(乙二酸等)、渗透分散剂和pH调节剂等复合组成。该发明所提供的硫酸钙清洗剂为碱性药剂(pH≥10)，对铝合金材料有较强的腐蚀性。
综上所述，目前所公开的硫酸钙垢清洗剂配方存在磷含量高、对铝合金材料腐蚀性强、清洗过程不溶物较多、清洗溶液流动性差等不足，不能直接用于热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢的化学清洗。因此，有必要研究一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，以解决我国20万吨/日热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢难以有效清除的现实问题。
发明内容
针对现有硫酸钙垢清洗剂存在磷含量高、对铝合金材料腐蚀性强、清洗过程不溶物较多等不足，本发明的目的在于提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂及其制备方法和应用，该清洗剂溶垢效果好，清洗过程产生沉淀少，对铝合金材料腐蚀速率低，原料廉价易得且无毒无害，可广泛应用于采用铝合金传热管的热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢的化学清洗。
为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，按质量百分比计，由以下组分组成：EDTA二钠为1.00％～3.00％，柠檬酸钠为1.50％～3.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为0.75％～2.25％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.01％～0.03％，碱性pH调节剂为0.35％～1.15％，余量为纯水。
按上述方案，所述丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物分子量为8000～10000。
按上述方案，所述碱性pH调节剂选自氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种，更优为氢氧化钠。
按上述方案，所述硫酸钙垢清洗剂的pH值为6.0～7.0。
提供一种上述适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂的制备方法，包括以下步骤：
首先将纯水和碱性pH调节剂混合后，加入EDTA二钠溶解，然后再加入柠檬酸钠和丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物溶解，最后加入顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠溶解混合，即得适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂。
提供一种上述适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂在采用铝合金传热管的热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢的化学清洗方面的应用。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，采用柠檬酸盐作为螯合组分之一，用于分散破碎块状硫酸钙垢；利用EDTA二钠、丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物等的强螯合作用，夺取柠檬酸钙中的钙离子，一方面提高溶解反应的速率，另一方面也能有效抑制柠檬酸钙沉淀的产生；同时利用顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠降低水溶液的表面张力，改进清洗剂溶液的渗透作用，进一步提高清洗效率，所得清洗剂为弱酸性或中性环境，清洗环境温和；该清洗剂清洗速率快，且在清洗过程中较少有柠檬酸钙等沉淀物的产生，有效降低了采用柠檬酸盐直接清洗可能会堵塞传热管的风险；同时对铝合金材料的腐蚀性小，环境友好，原料廉价易得且无毒无害，具有工业应用前景。
2.本发明制备过程中，EDTA二钠加入纯水和碱性pH调节剂混合液中有利于提高其溶解效率，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠容易产生气泡最后加入可减小对于溶解过程的影响；本发明制备工艺简单，原料廉价易得，生产效率高，环境友好。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例中的适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂通过以下步骤制备得到：
按顺序依次将纯水、碱性pH调节剂、EDTA二钠、柠檬酸钠、丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物和顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠溶解混合，即得适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，其中丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物分子量为8000-10000，碱性pH调节剂为NaOH。
实施例1
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为1.00％，柠檬酸钠为1.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为0.75％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.01％，pH调节剂为0.35％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.37。
实施例2
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为2.00％，柠檬酸钠为1.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为1.50％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.02％，pH调节剂为0.70％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.48。
实施例3
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为3.00％，柠檬酸钠为1.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为2.25％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.03％，pH调节剂为1.15％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.43。
实施例4
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为1.00％，柠檬酸钠为2.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为1.50％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.03％，pH调节剂为0.65％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.47。
实施例5
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为2.00％，柠檬酸钠为2.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为2.25％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.01％，pH调节剂为1.10％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.55。
实施例6
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为3.00％，柠檬酸钠为2.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为0.75％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.02％，pH调节剂为0.50％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.38。
实施例7
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为1.00％，柠檬酸钠为3.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为2.25％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.02％，pH调节剂为0.98％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.50。
实施例8
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为2.00％，柠檬酸钠为3.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为0.75％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.03％，pH调节剂为0.38％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.46。
实施例9
本实施例提供一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，配方如下：EDTA二钠为3.00％，柠檬酸钠为3.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为1.50％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.01％，pH调节剂为0.77％，余量为纯水。其中所得清洗剂pH为6.53。
实施例现场硫酸钙垢溶解实验
本发明实施例1-9所得适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂通过现场硫酸钙垢溶解实验确定溶解反应速率，具体方法为：将干燥后的现场垢样切割成质量约2g的小块，称重备用；然后常温条件下，将块状垢样置于100ml清洗溶液中，静置48h；随后将剩余垢样取出，放入烘箱中干燥2小时；最后将剩余垢样自然冷却后准确称量其质量，通过溶解前后垢样的质量差来计算垢样溶解率，具体结果见表2。
表1为现场硫酸钙垢样X射线荧光光谱检测结果。
表1.现场硫酸钙垢样X射线荧光光谱检测结果
序号 元素 单位 含量
1 F ％ 3.478
2 Na ％ 0.744
3 Mg ％ 0.106
4 Al ％ 0.117
5 Si ％ 0.430
6 S ％ 33.012
7 Cl ％ 1.186
8 K ％ 0.063
9 Ca ％ 59.990
10 Ti ％ 0.032
11 Fe ％ 0.078
12 Sr ％ 0.135
表2 实施例1-9所得清洗剂现场垢样溶解实验结果
实施例 溶解率(％)
实施例1 47.43
实施例2 53.26
实施例3 58.80
实施例4 55.86
实施例5 52.39
实施例6 66.00
实施例7 55.17
实施例8 70.56
实施例9 65.74
表2实验结果表明：以上实施例均对现场硫酸钙垢有较好的溶解效果。
实施例分析纯硫酸钙溶解实验
本发明实施例1-9所得适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂通过分析纯硫酸钙溶解实验确定溶解反应程度，具体实验方法为：首先在常温条件下，准确称取2.0g干燥后的分析纯硫酸钙，加入到100ml清洗剂溶液中；然后开启搅拌，连续搅拌4～6h；随后使用G3漏斗过滤清洗剂溶液，并将漏斗置于烘箱中在110℃条件下干燥2～4h；最后通过漏斗中残留物质量来计算分析纯硫酸钙溶解率，具体结果见表3。
表3.实施例1-9所得清洗剂对分析纯硫酸钙溶解实验结果
实施例 溶解率(％)
实施例1 68.70
实施例2 76.79
实施例3 85.88
实施例4 83.74
实施例5 85.76
实施例6 84.56
实施例7 79.97
实施例8 85.22
实施例9 87.23
表3实验结果表明：以上9个实施例均对分析纯硫酸钙垢有较好的溶解效果。同时，表3实验结果也能表明，当达到反应终点时，实施例1-9所得清洗剂所能溶解硫酸钙的最大质量，可根据该实验结果和待清洗装置硫酸钙垢总质量，估算药剂使用量。
实施例腐蚀速率检测
本发明中实施例1-9所得适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂对铝合金腐蚀速率检测的实验方法为：首先用滤纸将5052铝合金试片防锈油脂擦拭干净，分别在丙酮和无水乙醇中用脱脂棉擦洗，用滤纸吸干，置于干燥器中4h，称量(精确到0.1mg)，备用；按实施例中所述配方，配置100ml清洗剂溶液；将清洗剂溶液置于恒温水浴中，待温度达到25℃后，挂入试片，开始计时；24h后，取出试片，将试片在酸洗液中清洗30s左右，取出，迅速用蒸馏水冲洗，用滤纸擦拭并吸干，在无水乙醇中浸泡3min，用滤纸吸干，置于干燥器中4h以上，称重(精确到0.1mg)；用实验前后5052铝合金试片的质量损失计算出试片的腐蚀速率，具体结果见表4。
表4.实施例1-9所得清洗剂对铝合金腐蚀速率检测实验结果
Figure BDA0003268751850000061
Figure BDA0003268751850000071
表4实验结果表明：在上述实验条件下，5052铝合金试片的腐蚀速率均比较小，腐蚀速率最大值仅为0.0142mm/a，且各实施例之间没有显著差异，远低于《工业设备化学清洗质量标准》(HG/T2387-2007)中规定铝合金材料腐蚀速率应低于2g/(m2h)(即6.37mm/a)的控制指标要求。
对比例1
采用与实施例相同的实验方法，评价了HEDP·Na、EDTA二钠、丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物对现场硫酸钙垢的溶解效果，具体结果见表5。
表5 对比例1现场垢样溶解实验结果
Figure BDA0003268751850000072
Figure BDA0003268751850000081
表5实验结果表明：在相同实验条件下，上述所有实施例对现场硫酸钙垢的溶解率均优于对比例中HEDP·Na、EDTA二钠、丙稀酸与丙烯酸羟丙酯共聚物等单剂的实验结果，说明实施例中各组分有明显的协同增效作用，能有效提升硫酸钙垢的溶解速率。
实施例1-9所得清洗剂和柠檬酸钠作为清洗剂清洗过程不溶物质量对比，具体实验方法为首先将分析纯硫酸钙置于恒温干燥箱中恒重2小时，备用；接着向100ml清洗剂溶液中加入2.0g(精确至0.1mg)分析纯硫酸钙；然后打开开关，连续搅拌4～6h；再将搅拌后的清洗剂溶液用G3布氏漏斗过滤，并将布氏漏斗置于烘箱中干燥2～4h；最后待布氏漏斗自然冷却至室温，准确称量其质量，通过过滤前后布氏漏斗的质量差来计算不溶物质量。具体结果见表6。
表6 实施例1-9和柠檬酸钠清洗过程不溶物质量对比
Figure BDA0003268751850000082
表6实验结果表明：与仅采用柠檬酸盐方案相比，采用实施例方案均能有效抑制不溶物的产生。以柠檬酸钠质量体积浓度4％为例，不溶物质量为3.4391g，而与其有效浓度相当的实施例2，不溶物质量仅为0.4044g，不溶物质量减少了88.24％。因此，采用上述实施方案，均能有效降低清洗过程中柠檬酸钙等不溶物产生，大大改善清洗溶液流动性，有效避免因不溶物产生可能导致传热管间隙堵塞等的问题。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.一种适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂，其特征在于，按质量百分比计，由以下组分组成：EDTA二钠为1.00％～3.00％，柠檬酸钠为1.50％～3.50％，丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物为0.75％～2.25％，顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠为0.01％～0.03％，碱性pH调节剂为0.35％～1.15％，余量为纯水。
2.根据权利要求1所述的硫酸钙垢清洗剂，其特征在于，所述丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物分子量为8000～10000。
3.根据权利要求1所述的硫酸钙垢清洗剂，其特征在于，所述碱性pH调节剂选自氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的硫酸钙垢清洗剂，其特征在于，所述硫酸钙垢清洗剂的pH值为6.0～7.0。
5.一种权利要求1-4任一项所述的硫酸钙垢清洗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先将纯水和碱性pH调节剂混合后，加入EDTA二钠溶解，然后再加入柠檬酸钠和丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物溶解，最后加入顺丁烯二酸二异辛酯磺酸钠溶解混合，即得适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂。
6.权利要求1-4任一项所述的适用于铝合金传热管的硫酸钙垢清洗剂在采用铝合金传热管的热法海水淡化装置蒸发器内硫酸钙垢的化学清洗方面的应用。
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