[发明专利]一种钙芒硝管道垢除垢剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学除垢剂，特别涉及一种清除钙芒硝的化学除垢剂。

背景技术

钙芒硝为硫酸钠和硫酸钙的复盐，化学式为xNa₂SO₄·yCaSO₄·nH₂O。而其中的硫酸钙在水中的溶解度见表1。

表1 硫酸钙在不同温度下的溶解度

由表1可见，硫酸钙在水中的溶解度较小，且随温度的变化存在极值。当温度在40℃以上时，硫酸钙在水中的溶解度是随着温度的升高而降低的。因此，在加热管中，由于管壁温度高，当溶液中的钙离子和硫酸根离子浓度较高时，容易沉淀析出。

在制盐行业，尤其是真空制盐系统运行一定周期后，部分制盐设备（特别是换热室的加热管道）会产生不同程度的结垢现象，这是制盐行业普遍存在的问题。为了不影响正常的生产运行，提高生产效率，需要定期进行除垢处理。

本申请的发明人特别针对真空制盐设备的管道垢进行成分分析检测发现，该垢层的组成主要为钙芒硝，而该钙芒硝的典型组成为硫酸钙质量含量≥60%，且硫酸钠质量含量≥10%，即以硫酸钙为主。

针对钙芒硝垢的研究，朱井泉等人利用Na₂SO₄- CaSO₄-NaCl-H₂O四元相图阐述了钙芒硝形成的物理化学条件，指出：由于CaSO₄的溶解度很小，所以石膏的相区在整个相区中占据绝大部分面积，而其它物质的相区则非常小。在钙芒硝相区中，Ca²⁺和Na⁺的摩尔比为1：486～l：6920，即形成钙芒硝的液相组成要具有极高的Na+含量和极低的Ca²⁺含量，而无疑制盐工业中的卤水满足这样的条件，具有形成钙芒硝垢的条件。

刘成林等人指出，随温度的提高，钙芒硝相区的范围扩大。因此，温度越高，越有利于钙芒硝的析出，这可以解释为什么钙芒硝垢主要在加热管中沉淀析出。同时，刘成林等人指出，在一定条件下，钙芒硝和石膏会同时沉淀析出，而且两者的物质的量相同，即：每析出1 mol Na₂SO₄·CaSO₄，同时析出1 mol Na₂SO₄，理论上，此时沉淀体系中Na₂SO₄的含量为34.3%，CaSO₄的含量为65.7%，与加热管中钙芒硝垢的成分接近。

因此，初步推测，加热管中钙芒硝垢的形成是由于加热管道的温度较高，一般为70～130℃，卤水中Ca²⁺和Na⁺的摩尔比较小，满足钙芒硝析出的条件，并且在氯化钠析出时，芒硝和石膏同时析出。

而针对制盐管道中的典型的钙芒硝垢，目前的清除方法主要采用高压水除垢法，即采用一种物理冲刷的方法来清除，这种方法虽然对环境较友好，对结构较简单的设备除垢效率高。但是，对结构较复杂的设备不适用高压水除垢法，对于致密且硬度很高的垢层，水压太低满足不了除垢要求，而采用较高的水压，对于设备的安全性存在影响，设备有被破坏的可能，也就间接导致成本增加。

如果采用化学除垢法，目前还没有相关的研究报道，究其原因，一方面是由于存在以下技术难题：硫酸钙属于强酸盐，因此，采用传统的酸洗除垢强酸对以硫酸钙为主的制盐设备管道垢溶解效果较差，同时由于加热管道材质的材质一般采用钛材或者2205DSS（即2205双相不锈钢），尤其是钛在酸性介质中容易发生氢脆，因此传统酸洗除垢剂配方并不能适用于解决本技术问题。

 

发明内容

本发明的发明目的之一是针对上述存在的问题，提供一种适用于清除钙芒硝管道垢并且不会腐蚀管道的新型除垢剂。

本发明采用的技术方案是这样的：一种钙芒硝管道垢除垢剂，包括以下按质量比计的组分：

NaOH：           10-25%

Na₂S₂O₃·5H₂O:   5-15%

聚丙烯酸钠：     0.05-0.5%。

发明人经过大量实验，选择了一种以NaOH 为主剂的除垢剂，其除垢机理为：CaSO₄ + 2NaOH = Ca(OH)₂ + Na₂SO₄