氨基磺酸在化学清洗中的应用.docx

氨基磺酸在化学清洗中的应用白忻平(中国蓝星化学清洗总公司, 兰州, 730060)摘要氨基磺酸是化学清洗中的常用酸。 对氨基磺酸的理化性质及其对多种金属的腐蚀、缓蚀和清洗机理等做了综述, 重点阐述了氨基磺酸在化学清洗方面的应用性 能。关键词氨基磺酸腐蚀缓蚀化学清洗70% 时, 开始具有潮湿性, 其溶解度见表 1。一、前言化学清洗是利用化学药剂去除各种污垢 而使物体恢复到原来的表面状态的过程。由于 它具有清洗效率高、操作时间短、使用方便以 及可以在不停车条件下进行清洗等特点, 在石 油化工、冶金、电力等工业部门应用广泛。表 1氨基磺酸在水中的溶解度温度 ()0 20 40 60 80溶解度 (g)1218 1716 2218 2711 321021 分解性氨基磺酸的水溶液在常温下较稳定, 但在 较高温度下, 会水解成硫酸铵和硫酸氢铵。完整的化学清洗程序包括: 水冲洗碱n h 2 so 3h + h 2on h 4h so 4洗脱脂水冲洗酸洗水冲洗n h 4h so 4 + n h 4 +h +(n h 4 ) 2 so 4 +漂洗中和钝化。 其中, 酸洗在整个程序中当温度大于 130时, 浓氨基磺酸水溶液在密闭容器中会快速分解, 并产生大量蒸汽而 引起爆炸。 有研究表明1 , 氨基磺酸水溶液在60以下几乎不分解, 但在 80时分解量较大。 在使用氨基磺酸进行清洗时, 温度一般控 制在 60以下。 表 2 列出了氨基磺酸水溶液 在 80时的分解量。表 2氨基磺酸水溶液的分解量 (% )是最重要的一步, 合理选择酸洗液配方是化学清洗工作成功的关键。氨基磺酸是化学清洗中 较常用的一种有机酸, 本文主要对氨基磺酸在化学清洗中的应用做了一些阐述。二、氨基磺酸简介氨基磺酸分子式为 n h 2 so 3h , 市售商品 为固体。 工业上用尿素与发烟硫酸反应制取, 其密度为 2. 126 g/cm 3 (25) , 熔点 205。它 具有不挥发、无臭味和对人身毒性极小等特 点。氨基磺酸的水溶液具有与盐酸、硫酸等同 的强酸性, 故别名叫固体硫酸。三、氨基磺酸性能分析11 水溶性氨 基 磺 酸 易 溶 于 水, 当 相 对 湿 度 大 于时间氨基磺酸水溶液的浓度 (% )( )11030h1584. 5161937137. 8281343177. 92715/注: 温度为 80。31 腐蚀性氨基磺酸对金属的腐蚀作用小于硫酸和 盐酸, 氨基磺酸对某些金属的相对腐蚀数据见 表 31 。收稿日期: 199521022027第 1 期白忻平: 氨基磺酸在化学清洗中的应用表 3某些金属在 3% 酸液中的相对腐蚀率试验结果表明, 碳钢的腐蚀速度随氨基磺酸浓度的升高而增大。 氨基磺酸是一种非氧化性酸, 且为强电解质, 氨基磺酸在水中可电离成酸根离子和氢离 子。金属类型氨基磺酸硫酸盐酸1010 钢镀锌铁皮 锡304 不锈钢 锌铜青铜 黄铜 铅 铸铁216631081101010212115115410016312412很快腐蚀2310 很快腐蚀 很快腐蚀617218710513312-+n h 2 so 3hn h 2 so 3+h可发生如下电极反应阳极反应阴极反应f e2+ + 2ef e2h + + 2eh 2 o 2 + 4h + + 4e2h 2o从电极反应上亦可看出, 在溶解氧平衡的条件下, 氢离子浓度随氨基磺酸水溶液浓度的 增加而增大, 氢平衡电位此时向正方向移动,腐蚀速度自然也增大。(2) 温度的影响实验条件同 ( 1) , 氨基磺酸浓度为 1 m o l/l , 试验结果见图 2。注: 实验温度为 (222) , 腐蚀率单位 g/m 2 h。41 微毒性氨基磺酸不挥发、无特殊臭味且对人身毒 性较小, 据报道美国农业部准许将采用氨基磺 酸为主剂的清洗剂用于副食品加工业和啤酒 业的贮槽及冷却设备的化学清洗。四、氨基磺酸的腐蚀试验11 碳钢在氨基磺酸溶液中的腐蚀(1) 浓度的影响试验采用静态浸泡法, 试验过程中连续通 空气鼓泡, 试片材质为 20# 钢, 尺寸为 60 mm 10 mm 1 mm , 试验时间为 12 h , 温 度 为60。 腐蚀试验结果见图 1。图 2 温度对腐蚀速度的影响图 2 表明, 随着温度的升高, 碳钢在氨基 磺酸溶液中的腐蚀速度也随之增大。从理论上 讲, 当温度升高时, 氢离子和溶解氧扩散速度 加快, 导致腐蚀速度上升。(3) 流速的影响 采用动态模拟清洗循环装置, 试验时间为12 h , 温度为 20, 氨基磺酸浓度为 1 m o l/l的溶液, 实验结果见图 3。从图 3 可以看出, 在流速增加的情况下,碳钢表面的氧去极化和氢去极化反应也加快图 1 氨基磺酸浓度对碳钢腐蚀的影响28化学清洗第 12 卷了, 所以碳钢的腐蚀速度随流速增加而增大。图 5 氨基磺酸浓度、温度对铝腐蚀的影响图 3 流速对腐蚀速度的影响21 不锈钢在氨基磺酸溶液中的腐蚀由于不锈钢的耐蚀性能较好, 在酸性水溶 液中的阴极过程主要表现在氢的去极化反应。 而溶解氧会使不锈钢表面钝化, 故不锈钢的腐 蚀速度较低。但随着氨基磺酸浓度增大和温度的升高, 溶解氧的含量会减小, 其腐蚀速度略 有增加, 见图 4。4. 铜在氨基磺酸溶液中的腐蚀铜的电极电位较正, 腐蚀反应中阴极主要 发生的是氧的去极化反应, 故铜随氨基磺酸浓 度的增大变化不大。 但随着温度的升高, 溶解 氧扩散速度加快, 使腐蚀速度加大, 见图 6。图 6 氨基磺酸浓度、温度对铜腐蚀的影响五、氨基磺酸溶液的缓蚀试验可供选择的氨基磺酸溶液的缓蚀剂很多, 本实验选取 l x 29001 缓蚀剂做实验, 该缓蚀 剂为固体多用酸洗缓蚀剂, 具有运输方便、使 用量小和缓蚀率高等特点。试验选用为动态旋 转挂片装置, 转速为 300 r/m in , 温度为 60, 时间为 12 h , 氨基磺酸浓度为 10% , l x 29001 添加量为 0. 1% , 试片材质: 20# 钢、不锈钢、 黄铜、紫铜及铝。 试验结果见表 4。图 4 氨基磺酸浓度、温度对不锈钢腐蚀的影响31 铝在氨基磺酸溶液中的腐蚀铝的标准平衡电位较负, 在溶解氧存在时 铝的表面会生成一层致密的、保护性能较好的氧化膜, 但该膜在酸性和碱性水溶液中均可被 溶解。 所以, 铝在氨基磺酸水溶液中的腐蚀速 度随浓度和温度升高而增大。铝在氨基磺酸水 溶液中的腐蚀情况见图 5。第 12 卷 第 1 期1996 年 3 月化 学 清 洗ch em ica l cl ea n in gv o l. 12 n o. 1m a r. 1996表 4几种金属在氨基磺酸中的腐蚀率氨基磺酸浓度(% )缓蚀剂浓度(% )温度()腐蚀率 (g/m 2 h )20# 钢不锈钢黄铜紫铜铝100. 1600. 540. 310. 0760. 0560. 21从表 4 可以看出, l x 29001 缓蚀剂可适用于多种金属材质的氨基磺酸清洗。下面着重分 析碳钢在氨基磺酸溶液中加入 l x 29001 时的缓蚀性能情况。试 验 选 用 动 态 旋 转 挂 片 装 置, 温 度 为60, 缓蚀剂 l x 29001 添加量为 0. 1% , 时间 为 12 h , 通空气连续鼓泡, 试片为碳钢, 尺寸 为 60 mm 10 mm 1 mm , 实验结果见图 7。 从结果看, 当氨基磺酸浓度增加时, 碳钢在氨 基磺酸溶液中的缓蚀效果有所减弱, 但变化较 小。流速变化对其缓蚀效果影响不大, 这就是 说, 在溶液流动条件下, l x 29001 仍然是很好 的缓蚀剂。m g (n h 2 so 3 ) 2 +2h 2oc a3 (po 4 ) 2 + 6n h 2 so 3h3c a (n h 2 so 3 ) 2 + 2h 3 po 4氨基磺酸钙、镁盐在水中的溶解度较大,所以氨基磺酸适合于清洗钙、镁盐垢。 氨基磺酸还可与铁的腐蚀产物发生如下反应:f e3o 4 +f e (n h 2 so 3 ) 2 + f e2o 3 +8n h 2 so 3h2f e (n h 2 so 3 ) 3 + 4h 2o6n h 2 so 3h2f e (n h 2 so 3 ) 3 + 3h 2of eo +2n h 2 so 3hf e (n h 2 so 3 ) 2 + h 2o实际应用时, 若锈垢占比重较大, 可添加 一些氯化钠使之缓慢产生盐酸, 以增强其溶垢 性能。七、结语由于氨基磺酸钙、镁盐及其铁盐在水溶液 中的溶解度均较大, 不易析出沉淀, 添加适当 的缓蚀剂能确保其缓蚀性能优良; 而氨基磺酸 本身为固体, 运输方便, 价格相对其它有机酸 要低, 故氨基磺酸是一种优良的清洗剂, 并适 用于碳钢、不锈钢、黄铜及紫铜等多种材质的 除垢、除锈。采用氨基磺酸作为清洗剂清洗工业设备 已得到了广泛的应用。1993 年我们对山东淄博有机铵厂从美国a a t 公司引进 8 000 t/a 烷基胺、dm f 装置 进行化学清洗, 采用 8% 的氨基磺酸溶液, l x 29001 添加量为0. 1% , 温度为 ( 555) , 时间为 8 10 h , 清洗效果优良, 均匀腐蚀率均小(下转第 34 页)图 7 氨基磺酸浓度对碳钢缓蚀率的影响六、清洗机理氨基磺酸对碱土金属类的垢物有较好的 溶解能力, 与钙、镁等化合物作用较为剧烈, 反 应方程式如下:c aco 3 + 2n h 2 so 3hc a (n h 2 so 3 ) 2 + h 2o + co 2 m gco 3 + 2n h 2 so 3h m g (n h 2 so 3 ) 2 + h 2o + co 2 收稿m日期g (:o19h94) 21+12027n h 2 so 3h34化学清洗第 12 卷术, 1978, (5、6) : 91 1043 窦 照 英. 用 联 氨 处 理 炉 水. 电 业 技 术 通 讯, 1958, (11) : 15 164 窦照英. 锅炉启动中进行碱处理实现钝化防止腐蚀的论证. 华北电力技术, 1984, (11) : 8 95 窦照英. 汽鼓锅炉中性水规范研究. 东北电力学院 学报, 1994, (2) : 77 81the corro s ion an d pro tec t in g f rom corro s ion inthe f o ss il f ue ls power p lan td ou z h a oy in g(n o r th c h ina e lec t r ic pow e r r e sea rch in st itu te, b e ijing, 100045)t h e fo ssil fu e ls pow e r is th e m a in e lec t r ic pow e r p ro du c t in c h in a. t h e bo ile ra bstrac tco r ro sio n w ill cau se th e pow e r p lan t to fa il.in th e repo r t, a ll m an n e r s o f bo ile r co r ro sio nh ave b een an a ly sed. a u tho r po in t s o u t th a t th e ch em ica l c lean in g is th e effec t ive w ay o f p ro 2tec t in g bo ile r f rom co r ro sio n.key word sfo ssil fu e ls pow e r p lan tp ro tec t in g bo ile r f rom co r ro sio nch em ica l c lean in g(上接第 29 页)于 6 g /m 2 h。1994 年我们对中原油田采油厂空冷器进 行了清洗, 该设备系统内包含有铁、铜、锌多种金属材质, 清洗时采用 6% 的氨基磺酸溶液,温 度 为 ( 55 5 ) , 添 加 l x 29001 缓 蚀 剂0. 1% , 时间为 8 h , 清洗后空冷器热负荷减低70% , 达到了设计要求, 取得了良好的效果。参考文献任建新. 化 学 清 洗. 兰 州: 甘 肃 科 学 技 术 出 版 社,1993. 72 74郑士忠等. 熔钢真空脱气设备化学清洗技术. 腐蚀 与防护, 1990, 11 (2) : 101章振夫译. 水处理药剂手册. 北京: 中国石化出版 社, 1991. 253化工机械研究院. 腐蚀与防护手册. 北京: 化学工 业出版社, 1990. 151234the a pp l ica t ion of am in o sulf on ic a c id to chem ica l c lean in gb a i x ip in g(c h ina b lue s ta r c h em ica l c lean i