水垢、积盐和腐蚀产物的化验分析

第九章水垢,积盐和腐蚀产物的化验分析1水垢、积盐和腐蚀产物的化验分析第一节水垢、积盐、水渣和腐蚀产物一、水垢在热力设备系统的受热面和水接触的界面上形成的固体产物称为垢。严格地说，此垢是由于水质不纯而沉积出来的产物。纯净的水垢是不多见的，往往其中夹杂着腐蚀产物与其一起沉积在受热面上，其中最多见的是金属氧化物，如氧化铁。在机组参数越来越高，水质要求越来越严的情况下，水垢的主要成分是氧化物。常规水垢本应是白色或灰色的，质地致密、硬而脆，但在较大型的锅炉水冷壁上见到的水垢，往往是红棕色的、较松软的，这说明此水垢是垢与腐蚀产物的结合物。二、积盐在热力设备系统中，蒸汽所携带的盐类，在温度降低、蒸汽流速降低或通道受阻的情况下，附着在系统内成为盐垢，这个过程称为积盐。如气轮机的调速气门、气轮机的叶片上时有盐垢。纯净的盐垢应呈白色松软状，能溶于水。但纯净的盐垢又是很少有的，往往夹杂着难溶的硅化物，特别是高压锅炉，其产生的蒸汽更容易携带硅酸盐。硅酸盐垢是难溶或不溶于水而且质地坚硬、很难去除的垢，常与盐垢混在一起。盐垢多出现在带有汽包锅炉的机组上，特别是带有中压锅炉的机组，因为这类锅炉使用磷酸盐进行锅炉水处理。三、腐蚀产物热力设备的金属材料在运行过程中受到多种因素的影响而被腐蚀，生成的产物统称为腐蚀产物，一般他们与水垢同时沉积下来，其量大时，也沉积于水流速度缓慢的部位与水渣共存。四、水渣锅炉水中析出的呈悬浮状态的固体物质，逐步在锅炉运行中沉积于水流速度缓慢的部位，如连续排污管中、下联箱排污管中。另外机组大修后由于清洗不彻底，留存的污物亦成水渣积存。水渣与腐蚀氧化物经常同时存在，往往由于水渣的积存不能及时排出，会造成更严重的垢下局部腐蚀。第二节垢样的采集与保存垢和腐蚀产物都是沉积在受热面上的一层较致密而且又很薄的物质，很难轻而易举地取下来，并且取够所需的量。还有一些局部受热面的代表性很强，必须在该处进行检查并采取垢样，为此采用割管取样检查。但这种方法的采样面积很小，不可能大面积的割开管取样，这就限制了取样的量，而且几克垢样显的非常宝贵、重要。因此对垢样的采集有以下一些规定。一、垢样的部位热力设备系统中凡是垢和腐蚀产物聚集的地方，都属于垢和腐蚀产物的采样部位。考虑到热力设备的种类繁多、参数不一致，垢和腐蚀可能在多处发生。为了选择最有代表性的采样点，应由化学人员根据热力设备结垢、腐蚀的实际情况，热力设备的运行工况和历史状况以及有关规程、制度来确定。在确定了采样部位的基础上，对热负荷相同或对称部位，则可多点采集等量的单个试样，混合成平均样。但对颜色、硬度程度明显不同的垢和腐蚀产物，即使是同一部位，也应分别第九章水垢,积盐和腐蚀产物的化验分析2采取单个试样进行化验分析。二、采样的数量确定采样数量的原则是首先要保证能够做平行试验的样品量，其次要有足够的留存量，最后应当对第一次试验结果有疑问时用于校正试验品的量。因此每一种样品的量应大于4克。对片块状、色泽很不均匀的垢样，更应多取一些，一般在10克左右。对于个别部位，其垢样有一定的代表性或疑问很多，必须采集，可是量又极少，不能满足要求时，不应因量不足而不采取样品，应尽量多取，试验时可对垢样做特殊处理(做光谱测定等)。三、垢样的采集方法1、刮取样品刮取样品时，可使用普通钢、不锈钢、竹片或其他非金属薄片制成的小铲、小刀，也可用小毛刷、毛笔等刷扫。这些小工具都是根据具体情况自己制造的。金属的小刀铲不能过于钝或锐利，钝了铲不下垢来，锐利又易损伤管壁而污染垢样。刮取垢样不能过急，要有耐心，这样才能保证够样的代表性。例如对一层水垢，应当刮取上、中、下三个层次，过急的刮取虽然快，但有可能对下层水垢取量不足或损伤管壁。2、挤压采样割管采样时，若试样不易刮取，可用车床先将割下的管样尽可能地车到最薄，然后用人工、虎钳等工具，挤压弯折管样，使金属变形后而垢样自己脱落下来，之后收集垢样。四、垢样的保存为便于查对或校对，不论是何种垢样，都应对其较长地保存。保存期要在一年以上，对分析意见不统一、成分定不准的垢样更应长期地保存，直至意见取得一致，经多次校验，成分确定后，才能处理留样。存放的垢样可以是研制后的粉末，也可以是原取的状态。应装入小广口瓶中，粘贴上标签，标签上必须注明垢样所在的热力设备名称、采样部位、采样日期、采样原因(大修、事故或其他)、采样者姓名等事项。垢样应放于专门的存放柜内并保持干燥，还应有原始记录和化验台帐。第三节垢样的制备与分解一、垢样的制备垢样的制备就是将采集的垢样、水渣、腐蚀产物及盐垢，研制成细度能全部通过120目筛的混合均匀的试验用样品。其步骤如下：(1)垢样是潮湿的，应放在室温下24h使其自然干燥。在干燥过程中不要用热风吹，而最好是将垢样放在自然通风良好的地方。(2)若垢样(包括水渣、腐蚀产物等，以下同)大于8g，则首先用人工将其在干净的平板上碾碎成粒度在1mm以下的粉末，用四分法缩分至4-8g。(3)取缩分后的样品2g，至于玛瑙研钵中，慢慢研磨到样品全部通过120目筛网。取一半放入洗净并干燥的小广口平内留样，另一半留做下一步分解或直接溶解供化验使用。(4)若垢样量很少，仅2-4g，可不经过缩分直接经玛瑙研钵研细并通过120目筛网，而后上条进行留样、分析。(5)对于盐垢，往往因盐类含结晶水，虽经自然干燥，但研磨后仍不易通过120目筛网，对此可以尽量地研碎至最细，不经过120目筛网而直接取样化验。在称量时视情况加大取样量，制成溶液后，采用稀释的方法来降低浓度，或不经稀释进行化验。二、垢样的分解垢样的分解就是把已经粉碎、缩分和研磨并称量过的垢样，用化学方法分解，使待测的成分溶解到溶液中，制得供测定的试样中各成分用的分析试液。表1列出了水垢、水渣和腐第九章水垢,积盐和腐蚀产物的化验分析3蚀产物的四种分解方法，可根据实际样品的性质和实验条件进行选用。三、水溶性盐垢的分解对于在蒸汽流通的部位，如过热器、主蒸汽门、调速气门、气轮机喷嘴叶片等部位上的盐垢，其成分中有相当一部分，甚至绝大部分为水溶性。若用以上方法分解试样，则一些成分可能会发生变化，直接用水溶解反而能很容易地测定其成分。对于其中用水不溶解的部分则可用氢氟酸处理，表2列出了两中分解方法。表1垢和腐蚀产物试样的分解方法方法特点操作方法酸溶样法对大多数碳酸盐，磷酸盐垢可溶解完全，但对难溶解的氧化铁垢、铜垢、硅垢往往留有少量酸不容物，可用氢氧化钠熔融法或碳酸纳熔融法将酸不溶物溶解，与酸溶物合并。称磨细的试样0.2000克，置于200毫升烧杯中，加15毫升浓盐酸，盖上表面皿加热至完全溶解。若有黑色不溶物，可加5毫升浓硝酸，继续加热至近干，冷却后加10毫升盐酸溶液(1+1)，温热至干的盐类完全溶解，加水100毫升，若溶解透明，说明试样已完全溶解，将溶液转入500ml容量瓶中，用水稀释至刻度。若加硝酸处理后仍有少量不溶物，则可将烧杯中的溶液过滤，热水洗涤，（滤液和洗涤液流入500ml容量瓶），洗干净的酸不溶物连同滤纸放入坩埚中，炭化，灰化，然后按氢氧化钠熔融法或碳酸钠熔融法把酸不溶物分解，经熔融法制的溶液合并与上述500ml容量瓶中，用水稀释至刻度。若要测定酸不溶物的含量，则可将洗干净的酸不溶物连同滤纸放入已恒重的坩埚中，炭化，放入800-850摄氏度高温炉中灼烧30min，冷却后称量，反复操作直至恒重，求的酸不溶物的含量。氢氧化钠熔融法对垢和腐蚀产物有较好的分解效果，可加快分析速度。称磨细的式样0.2000g置于盛有1g氢氧化钠的银坩埚中，加1-2滴乙醇润湿，轻轻振动使试样粘附在氢氧化钠表面上，在覆盖2g氢氧化钠，加盖后置于50ml的瓷舟中放入高温炉，由室温缓慢升温至700-800℃，20min后取出坩埚，冷却后将银坩埚放入聚乙烯烧杯中，并置于沸腾水浴锅里，向坩埚中加20ml沸水，盖上表面皿，继续加热5-10min，待溶块浸散后，取出坩埚，用热水洗涤银坩埚内外壁及盖，在不断搅拌下迅速加入20ml浓盐酸，再继续在水浴锅里加热5min，熔块完全溶解，冷却后转入500ml容量瓶，用水稀释至刻度。若有少量不溶物，可将清液倾入500ml容量瓶，向烧杯中加3-5ml浓盐酸和1ml浓硝酸，继续在水浴锅里加热，溶解后合并与500ml容量瓶中，用水稀释至刻度。第九章水垢,积盐和腐蚀产物的化验分析4续表方法特点操作方法碳酸钠熔融法分解试样彻底，但较费时，需要铂坩埚。称磨细的试样0.2000g，置于盛有1.5g已磨细的无水碳酸钠的铂坩埚中，用铂丝混匀，上面覆盖0.5g碳酸钠，加盖后将铂坩埚置于50ml瓷舟中，放入高温炉，由室温升至950±20℃熔融2—2.5小时，取出坩埚，冷却后放入聚乙烯烧杯中，加70—100ml沸水，在沸水浴锅里加热10min。待熔块浸散后，用热水冲洗坩埚内外壁，在搅拌下，迅速加入10-15ml浓盐酸，在水浴锅里加热5-10min，熔块完全溶解，冷却后转入500ml容量瓶中，用水稀释至刻度。若有少量不溶物，按氢氧化钠熔融法中对少量不容物的处理方法处理。偏硼酸锂熔融法试样较为彻底，快速，制成的待测试液可测定铁、铝、钙、镁、铜等氧化物外，还可以测定氧化钠、氧化钾。称磨细的试样0.2000g，于称量瓶中加入0.5g偏硼酸锂，搅均匀。将混合物置于已铺有一层偏硼酸锂的铂坩埚中，再在其上盖一层偏硼酸锂，二次偏硼酸锂总量约0.5g，盖好盖，移入高温炉中，由室温升至980±20℃，保持15-20min，取出坩埚，趁熔融物还是液态时摇动，使熔融物分布于坩埚的内壁上，形成薄膜，立即将坩埚的底部侵入水中骤冷，熔融物爆裂，加数滴水。将坩埚连同盖一起放入100ml玻璃烧杯，置于加热的磁力搅拌器上，加25ml70-80℃的盐酸溶液（1+1），在加热的情况下搅拌10min，待熔融物完全溶解后，用水冲洗坩埚和盖，将溶液移入500ml容量瓶中，用水稀释至刻度。表2水溶性垢样的分解方法方法特点操作方法水溶解法不改变垢的化学成分，不引入新的干扰因素。称0.5000g测定过水分的试样，放入250ml烧杯中，加热水约90-100ml，搅拌，若有不溶物，加热至沸腾，若不溶物还未溶解，可继续加热5-10min，冷却至室温，转入500ml容量瓶，用水稀释至刻度。若有不容物，则应过滤后取滤液测定水溶液成分。氢氟酸—硫酸溶解法能将水不溶物溶解，制的试样不能测定二氧化硅、氢氧化钠、碳酸盐和重碳酸盐。称量0.5000g测定过的水分的试样，放入铂坩埚或铂蒸发皿中，加5mL浓氢氟酸，3-5mL浓硫酸，于通风橱中在低温电炉上缓慢加热，直到白烟冒完为止，将坩埚外部擦净，放入玻璃烧杯中，加约100mL热水，使白干涸物全部溶解，取出坩埚，用热水冲其外表壁，冷却后，转入500mL容量瓶，用水稀释至刻度。第九章水垢,积盐和腐蚀产物的化验分析5第四节垢样的分析一、常规的分析程序前面已经说明，所谓“垢”广泛指水垢、水渣、腐蚀产物和盐垢，这四种垢又可分为水溶性和水不可溶性两类。所以其常规的分析程序有两种，如图1和图2所示。图1的分析程序，是采用本章中表1所列的样品分解方法。而图2的分析程序是采用本章中表2所列的样品分解方法。虽然垢样全已转化成溶液，但其中各成分的分析是相互独立的。图1构和腐蚀产物的分析程序图2水溶性垢的分析程序二、分析方法简述一般垢类的分析方法是与矿物的分析方法近似的。表3简要地将方法概要列出。由于垢样已制备成溶液，对某些含量较少的成分(如锌、铜等)，亦可采用1984年颁布《火力发电厂水汽试验方法》中的做法但不论用哪一种方法测试，所得最后含量必须以高价氧化物的形0.5gP2O5SiO2ZnOCuOMgOCaOAl2O3Fe2O3取一定量灼烧减（增）重水分500mL多项分析试液垢和腐蚀产物SO30.5g0.2g0.5gNaHCO3Na2CO3NaOHNaClNa2O其他成分en水溶性垢0.5g500ml多项分析试液灼烧减（增）重水分0.5g0.5g第九章水垢,积盐和腐蚀产物的化验分析6式计算。表3垢和腐蚀产物的试验方法序号测定项目测定方法方法概要测定范围误差干扰情况及消除1水分重量法0.5000-1.0000g试样，105-