一种水电站埋管高硅垢酸清洗球的制备方法 |
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| 申请号 | CN202010631659.2 | 申请日 | 2020-07-03 | 公开(公告)号 | CN111748424A | 公开(公告)日 | 2020-10-09 |
| 申请人 | 西安热工研究院有限公司; 华能海南发电股份有限公司戈枕水电厂; | 发明人 | 裴海林; 钊新维; 华新波; 卢定建; 南江; 汪俊波; 陈少华; 牛瑞杰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 水 电 站埋管高 硅 垢酸清洗球的制备方法，包括步骤：步骤一、混合固体 清洗剂 ：以清洗球总重量为基准，按照 质量 百分数，将12.0-36.0wt％的主体酸、1.8-2.0wt％的 表面活性剂 及16.0-60.0wt％的摩擦 骨料 混合均匀；步骤二、胶结：分别取得14.2-36.0wt％结构粘 钢 胶的A、B组分，在容器中依次放入A组分2份B组分1份混合，加入到步骤一的固体清洗剂中；步骤三、 压制成型 ：清洗压 力 磨具表面并涂刷透平油，放入步骤二的清洗混合物，控制压力为0.5-1.5KPa，时间15分钟后脱模；压缩为2.0-10.0毫米直径的清洗球。本发明制备的酸清洗球，能够有效清除埋管内壁 结垢 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水电站埋管高硅垢酸清洗球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种水电站埋管高硅垢酸清洗球的制备方法技术领域[0001] 本发明属于水电站维护技术领域，具体涉及一种水电站埋管高硅垢酸清洗球的制备方法。 背景技术[0002] 水电站在运行过程，冷却水只是进行机械过滤，水中包括大量污泥，塑料，上游洗矿腐 蚀药剂。冷却水管道壁厚较小，管道容易受到腐蚀且淤泥混合沉积，在腐蚀产物、高二氧化 硅泥质及黏土质成分沉积物共同作用下，形成致密坚硬且厚度不均匀的结垢。结垢一方面对 管道造成垢下腐蚀，形成局部渗漏点。另一方，结垢减小了流通面积，削弱了冷却效果，但 冷却水管道多埋设于混凝土内，无法更换。所以结垢对水轮发电机的安全运行造成极大威胁。 需要一种行之有效的除垢方法，能够消除积垢，同时避免对管道造成严重腐蚀。 [0004] 对于高压水冲洗的方法，由于管道内一直运行0.3MPa的压力水，容易冲刷的积垢已经被 消除，剩下的积垢为致密坚硬的高二氧化硅积垢，而管道出口段管壁较薄，通过增加冲洗水 压力的方法会引起埋管安全事件，所以排除高压水冲洗的除垢方法。 [0005] 旋风喷砂物理除垢方法，由于积垢厚度不均匀，且埋管存在多处竖直段，弯管段，盲管 段，环管段，造成旋风喷砂在盲管段无法形成气流，不能剥落积垢层，在弯管段及环管段外 侧积垢较薄却形成强气流，造成管壁减薄，在进口段，由于积垢较厚，气流稳定，造成积垢 剥落不充分。所以旋风喷砂物理除垢方法的方法效果不好。 [0006] 对于常规的化学清洗除垢方法，主要通过化学试剂溶解腐蚀产物，化学试剂清洗冲刷能 力弱且对所有管壁均匀腐蚀，在管道平直段，积垢较多，存在坚硬积垢位置，由于冲刷能力 不足，不能够有效溶解积垢，造成清洗不彻底。在弯管位置，由于流态变化，积垢教薄，化 学清洗腐蚀较多，容易过腐蚀穿孔，所以常规的化学清洗除垢方法效果也不好。 [0007] 目前也有固体除垢棒技术，如申请号为201110219336.3的名为《油井用固体除垢棒》的 中国专利中公开了一种油井用固体除垢酸棒其组成包括主体酸，胶结剂，加重剂，防吸水剂； 具有强溶解性及弱酸性等优点，能够有效除垢，且不会对管柱、胶筒产生腐蚀。该技术解决 了现有油井用除垢剂强酸的强腐蚀性、强刺激性和生产使用不方便的等缺陷；但对水电站埋 管存在三个不足，1)对象不同，油田管道内介质为油混合物，油田中最常见的垢是碳酸钙垢、 硫酸钙垢、硫酸锶垢和硫酸钡垢，主体酸为氨基磺酸及硝酸粉末，但水电站埋管内介质为水， 结垢含有超高的二氧化硅黏土质高硬度垢，造成主体酸不适用。2)剥离方式不同，固体除垢 棒主要通过除垢棒摩擦及主体酸腐蚀来剥离结垢，但水电站管道直径小，除垢棒摩擦不均匀， 导致管壁不均匀减薄，需要类似喷砂的工艺均匀剥离结垢。3)结构不同，油井用固体除垢棒 成型长度为300mm，直径为40mm，水电站埋管直径普遍为直径100mm，内部存在环管竖管 等结构，除垢棒无法到达结垢位置，无法使用。 发明内容[0008] 本发明的目的在于针对上述现有方法清洗除垢效果不好的问题，提供了一种水电站埋管 高硅垢酸清洗球。 [0009] 本发明采用如下技术方案来实现的： [0010] 一种水电站埋管高硅垢酸清洗球的制备方法，包括以下步骤： [0011] 步骤一、混合固体清洗剂：以清洗球总重量为基准，按照质量百分数，将12.0-36.0wt％ 的主体酸及1.8-2.0wt％的表面活性剂混合在一起并搅拌均匀，形成固体混合酸，表面活性剂 为十二烷基苯磺酸钠粉末，然后在固体混合酸中继续加入16.0-60.0wt％的摩擦骨料，搅拌均 匀，形成固体清洗剂； [0012] 步骤二、胶结：以清洗球总重量为基准，按照质量百分数，分别取得14.2-36.0wt％胶结 剂结构粘钢胶的A、B组分，先取A组分2份放入准备好的容器中，再取B组分1份放入， 搅拌均匀，然后将胶结剂加入步骤一固体清洗剂中，搅拌均匀； [0013] 步骤三、压制成型：清洗压力磨具，在压力磨具表面涂刷透平油，将步骤二搅拌好的清 洗混合物放入压力磨具中，合模压缩混合物，控制压力为0.5-1.5KPa，时间为15分钟，然后 脱模；压缩为2.0-10.0毫米直径的清洗球。 [0014] 本发明进一步的改进在于，还包括以下步骤： [0017] 本发明进一步的改进在于，步骤一中，摩擦骨料采用石英砂时，其制备过程为捞取河流 中石英砂，用10-30目的筛子过筛，然后清洗至出水清澈，然后把石英砂放入烘干箱中，在 200摄氏度下烘干24小时即可。 [0018] 本发明进一步的改进在于，步骤一中，主体酸由质量比为10:5:1的盐酸、氨基磺酸及柠 檬酸混合酸粉末组成。 [0019] 本发明进一步的改进在于，步骤一中，主体酸质量比为23.0-27.0wt％。 [0020] 本发明进一步的改进在于，步骤二中，胶结剂结构粘钢胶质量比为26.0-33.0wt％。 [0021] 本发明进一步的改进在于，步骤三中，压制成型过程控制压力为0.75-1.0KPa，球体直径 为5.0-7.0毫米。 [0022] 本发明进一步的改进在于，步骤二与步骤三的时间间隔小于1.0小时。 [0023] 本发明至少具有如下有益的技术效果： [0024] 本发明提供的一种水电站埋管高硅垢酸清洗球的制备方法，胶结剂选择需要与石英砂和 主体酸有较好的兼容性，同时粘结强度满足要求。GLG915结构粘钢胶系A、B双组分双酚A 型改性环氧树脂结构胶，具有超强粘接力、剪切力强、抗老化、耐介质(酸、碱、水)性能 好、抗冲击性能强，常温固化、硬化过程收缩小、施工无流淌、不含挥发性溶剂、无毒以及 施工方便等特点，可在较宽温度范围内施工，无沉淀，几乎适用于所有建筑基材。通过对比 其他环氧树脂类胶结剂，GLG915结构粘钢胶能够满足要求，同时不排除其他胶结剂。 [0025] 由于水电站埋管内以铁垢为主，系统内无铜，含有超高的二氧化硅，其含量为6.852，包 含部分黏土质成分如Al2O3 CaO MgO。在黏土和二氧化硅的共同作用下，形成的垢样且坚硬， 不便于清除。所以选择盐酸来进行清洗。但盐酸腐蚀性强，容易腐蚀埋管基体，清洗后易二 次生锈。而有机酸如氨基磺酸、柠檬酸。氨基磺酸无氯，不挥发,搬运使用安全,但费用高，对 氧化铁的作用弱；柠檬酸无氯，清洗速度快，废液易处理，但费用高，对钙镁水垢无效。综 合考虑各个酸的特性，选择组合使用盐酸、氨基磺酸、柠檬酸，以盐酸为主要成分。所以主 体酸由质量比为10:5:1的盐酸、氨基磺酸及柠檬酸混合酸粉末组成。 [0026] 借鉴旋风喷砂的原理，利用高速砂流的冲击作用清理基体表面，通过冲击剥离的物理作 用加快表面结垢层脱落。所以选择在酸清洗球中加入摩擦骨料，物理剥离内壁坚硬的高硅结 垢层。国内之前使用喷砂材料为石英砂、河砂、海砂或者矿渣砂等，现在基本上国际通用的 是石榴砂。结合水电站施工现场条件，摩擦骨料的选择需要考虑容易获取且成本适中。由于 河沙、石英砂、人工砂获取能够就近获取，所以选择摩擦骨料为河沙、石英砂及人工砂中的 一种或几种； [0027] 埋管存在多处竖直段，弯管段，盲管段，环管段，管道焊缝较多，管道空间结构复杂。 同时水电站埋管内径在100毫米左右，若采用油井用固体除垢棒成型长度为300mm，直径为 40mm的结构，则清洗棒会卡在管道弯道位置及截面较小的位置，显然不合适。 [0028] 清洗球需要随着清洗液循环，为了保证清洗球能够有效的分布到埋管内，同时需要有一 定强度有利于运输储存，所以选择清洗球为直径为2.0-10.0毫米球状结构，并在一定的压力 下成型。 [0029] 本发明制备的水电站埋管高硅垢酸清洗球，在埋管酸洗除垢过程中，单独使用或与酸洗 液结合使用，能够有效的清除埋管内壁结垢。概括来说，本发明具有如下的优点： [0030] 1)本发明中引入摩擦骨料，在酸洗循环过程中，随着清洗球在清洗液在管道内循环，清 洗球撞击结垢层，物理比例管道内壁结垢。清洗球破碎后，暴露出的摩擦骨料，能够在酸洗 液中悬浮分布，冲刷结垢层，进一步均匀物理剥离管道内壁结垢。通过两个层次的物理剥离， 有效清除了管道内壁的坚硬高硅结垢层。 [0031] 2)在酸洗循环过程中，在结垢堆积起点处，流态变化，洗球撞击结垢层，胶结剂包裹的 固体酸局部溶解释放，形成局部高浓度酸，对结垢进行腐蚀软化溶解，清楚部分内壁结垢层。 通过主体酸定点投放，有效清除局部不均匀结垢层，避免过度腐蚀管壁。 [0032] 3)由于水电站埋管内径在100毫米左右，本发明选择的清洗球颗粒直径为5毫米，随着 清洗液在管道内壁循环，清洗球能够有效到达埋管各处，所以直径为5毫米的清洗球在管道 内分布更均匀。 [0033] 4)由于管道内壁结垢层不均匀，在管道入口和内壁粗糙位置，结垢较厚，随着清洗球在 清洗液在管道内循环，结垢较厚位置内径变小，流态转变为紊流，流速变快，清洗液中悬浮 的摩擦骨料能够形成局部冲蚀结垢层。通过悬浮的摩擦骨料在变截面位置的冲蚀，能够有效 加快厚结垢层剥离，从而达到结垢均匀剥离的效果。 [0034] 5)本发明制备的酸清洗球，通过胶结剂把石英砂和主体酸有效的粘结在一起，避免了主 体酸的腐蚀和刺激，同时避免了沙粒的松散储存不便。通过胶结剂包裹制成球状颗粒，便于 清洗药剂的储存运输。 具体实施方式[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的 描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施 方式，都属于本发明所保护的范围。 [0036] 以下结合实施例对本发明做出进一步的说明。 [0037] 实施例1不同摩擦骨料对清洗效果的影响 [0038] 步骤一、混合固体清洗剂：把主体酸12.0wt％及表面活性剂2.0wt％合在一起并搅拌均匀， 形成固体混合酸；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠粉末，然后将上述组分混继续加入摩擦骨 料，摩擦骨料质量比为60.0wt％；搅拌均匀，形成固体清洗剂。 [0039] 步骤二、胶结：分别用容器取得胶结剂结构粘钢胶(GLG915)A、B组分，先取A组分 2份放入准备好的容器中，再取B组分1份放入，搅拌均匀；以清洗球总重量为基准，按照 配方胶结剂26.0wt％，将胶结剂加入步骤一固体清洗剂中，搅拌均匀。 [0040] 步骤三、压制成型：清洗压力磨具，在压力磨具表面涂刷透平油，将步骤二搅拌好的清 洗混合物放入压力磨具中，合模压缩混合物，控制压力为1.0KPa，时间为15分钟，然后脱 模；压缩为10.0毫米直径的球体。 [0041] 步骤四、保养：清洗球放置于室内阴凉通风位置，间隔两小时翻动，在室温下固化24小 时成型。 [0042] 采用上述步骤及工艺制备酸清洗球，摩擦骨料选择河沙、石英砂及人工砂，其中河沙来 源为购买附近河流捞沙场生产的河沙，其主要成分为硅酸盐。其中石英砂来源为捞取某水电 站引水河流中石英砂，其主要成分为二氧化硅。其中人工砂来源为附近砂石场，由石灰石粉 碎后制得，其主要成分为碳酸钙。原砂用10-30目的筛子过筛，然后清洗至出水清澈，然后 把石英砂放入烘干箱中，在200摄氏度下烘干24小时备用。 [0043] 将上述过程制备的清洗球，装入酸洗平台，采用河流水清洗样管，时间为2小时。考察 制备环境、制造成本及样管道清洗效果。 [0044] 酸清洗球的测试结果如下表1： [0045] 摩擦骨料类型 制备环境 制造运输成本 管道清洗效果河沙 存在轻微反应及刺鼻气味 中 管道表面遗留大量结垢 石英砂 无明显反应及刺鼻气味 低 管道表面遗留少量结垢 人工砂 存在轻微反应及刺鼻气味 高 管道表面无结构，管壁存在磨蚀 [0046] 由表中可见，在制备过程中河沙及人工砂存在随反应温度的增加，存在轻微反应及刺鼻 气味，石英砂无明显反应及刺鼻气味。而成本上，由于河沙及人工砂均存在运输成本，但石 英砂为电站引水河流中捞取，所以成本相对低。从清洗效果来看，由于人工砂表面存在棱角， 结垢剥离最快也会磨损管壁，河沙及人工砂管道表面遗留少量结垢，可以通过延长清洗时间 弥补清洗效果。综合考虑，选择石英砂为摩擦骨料，用10-30目的筛子过筛，然后清洗至出 水清澈，然后把石英砂放入烘干箱中，在200摄氏度下烘干24小时备用。 [0047] 实施例2固体酸比例对酸清洗球性能影响 [0048] 步骤一、混合固体清洗剂：按照表2所述的配制方案，把主体酸及表面活性剂合在一起 并搅拌均匀，形成固体混合酸；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠粉末，然后将上述组分混继 续加入摩擦骨料，摩擦骨料为石英砂，用10-30目的筛子过筛，然后清洗至出水清澈，然后 把石英砂放入烘干箱中，在200摄氏度下烘干24小时。搅拌均匀，形成固体清洗剂。 [0049] 步骤二、胶结：分别用容器取得胶结剂结构粘钢胶(GLG915)A、B组分，先取A组分 2份放入准备好的容器中，再取B组分1份放入，搅拌均匀；以清洗球总重量为基准，按照 表2所述配制方案，将胶结剂加入步骤一固体清洗剂中，搅拌均匀。 [0050] 步骤三、压制成型：清洗压力磨具，在压力磨具表面涂刷透平油，将步骤二搅拌好的清 洗混合物放入压力磨具中，合模压缩混合物，控制压力为1.0KPa，时间为15分钟，然后脱 模；压缩为10.0毫米直径的球体。 [0051] 步骤四、保养：清洗球放置于室内阴凉通风位置，间隔两小时翻动，在室温下固化24小 时成型。 [0052] 酸清洗球配制方案如下表2： [0053] 方案名称 比例固体酸配制方案方案A 主体酸12.0wt％，表面活性剂2.0wt％，石英砂60.0wt％，胶结剂26.0wt％， 方案B 主体酸24.0wt％，表面活性剂1.8wt％，石英砂60.0wt％，胶结剂14.2wt％ 方案C 主体酸36.0wt％，表面活性剂2.0wt％，石英砂16.0wt％，胶结剂36.0wt％ 方案D 主体酸24.0wt％，表面活性剂1.8wt％，石英砂45.0wt％，胶结剂29.2wt％ [0054] 为了查看不同组分对清洗效果的影响，选择了表2所述的固体酸配制方案，通过四种配 制方案，制备清洗球。将上述过程制备的清洗球，装入酸洗平台，清洗球质量比 10.0wt％， 其余为河流水。清洗样管，时间为2小时。考察原始清洗球形态，清洗液PH值、使用后清 洗球形态。 [0055] 酸清洗球配制方案结果如下表3： [0056] 方案名称 原始清洗球形态 清洗液PH值 使用后清洗球形态方案A 无石英砂散落，清洗球完整 6.1 部分碎落 方案B 部分石英砂散落，清洗球不完整 4.5 大部分碎落 方案C 无石英砂散落，清洗球完整 5.6 无破碎 方案D 无石英砂散落，清洗球完整 5.2 部分破碎 [0057] 由表中可见，方案A主体酸偏少，清洗液PH值高，清洗能力不足。方案B，胶结剂偏 少，部分石英砂散落，清洗球不完整，不便于运输，清洗液PH值低，清洗能力太强，存在 腐蚀基体的风险。方案C，胶结剂偏高，使用后清洗球形态无破碎，摩擦骨料无法有效剥落 结垢。综合清洗球的成型，主体酸释放，摩擦骨料剥落的可行性，选择方案D作为酸清洗的 配制工艺，主体酸24.0wt％，表面活性剂1.8wt％，石英砂45.0wt％，胶结剂29.2wt％。 [0058] 实施例3压制成型工艺 [0059] 步骤一、混合固体清洗剂：把主体酸24.0wt％及表面活性剂1.8.0wt％合在一起并搅拌均 匀，形成固体混合酸；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠粉末，然后将上述组分混继续加入摩 擦骨料，摩擦骨料石英砂，原沙用10-30目的筛子过筛，然后清洗至出水清澈，然后把石英 砂放入烘干箱中，在200摄氏度下烘干24小时，质量比为45.0wt％的；搅拌均匀，形成固体 清洗剂。 [0060] 步骤二、胶结：分别用容器取得胶结剂结构粘钢胶(GLG915)A、B组分，先取A组分 2份放入准备好的容器中，再取B组分1份放入，搅拌均匀；以清洗球总重量为基准，按照 配方胶结剂29.2wt％，将胶结剂加入步骤一固体清洗剂中，搅拌均匀。 [0061] 步骤三、压制成型：清洗压力磨具，在压力磨具表面涂刷透平油，将步骤二搅拌好的清 洗混合物放入压力磨具中，合模压缩混合物，按照表4所述的制备工艺方案，选择相应的控 制压力，时间为15分钟，然后脱模；压缩为相应直径的球体。 [0062] 步骤四、保养：清洗球放置于室内阴凉通风位置，间隔两小时翻动，在室温下固化24小 时成型。 [0063] 酸清洗球制备工艺方案如下表4： [0064]方案名称 控制压力Kpa 清洗球直径mm 方案A 0.5 10 方案B 0.75 7 方案C 1.0 5 方案D 1.5 2 [0065] 为了查看不同制备工艺的影响，选择了表3所述的制备工艺参数，通过四种配制方案， 制备清洗球。将上述过程制备的清洗球，装入酸洗平台，清洗球质量比10.0wt％，其余为河 流水。清洗样管，时间为2小时。考察原始清洗球形态，使用后清洗球形态，清洗过程噪声。 [0066] 酸清洗球配制方案结果如下表5： [0067] 方案名称 原始清洗球形态 使用后清洗球形态 清洗过程噪声方案A 清洗球完整，松散空隙较多 大部分碎落 轻微 方案B 清洗球完整，密实部分沙粒裸露 部分碎落 部分 方案C 清洗球完整，密实部分沙粒裸露 无破碎 部分 方案D 清洗球完整，密实无沙粒裸露 无破碎 较大 [0068] 由表中可见，方案A压力偏小，清洗球成型不好，不便于运输存储。方案D，清洗球直 径较大，清洗过程中会与酸洗泵撞击，噪声较大，也不利于设备稳定。方案B和C制备的酸 清洗球能满足工艺要求。 [0069] 实施例4使用效果 [0070] 步骤一、混合固体清洗剂：把主体酸24.0wt％及表面活性剂1.8.0wt％合在一起并搅拌均 匀，形成固体混合酸；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠粉末，然后将上述组分混继续加入摩 擦骨料，摩擦骨料石英砂，原沙用10-30目的筛子过筛，然后清洗至出水清澈，然后把石英 砂放入烘干箱中，在200摄氏度下烘干24小时，质量比为45.0wt％的；搅拌均匀，形成固体 清洗剂。 [0071] 步骤二、胶结：分别用容器取得胶结剂结构粘钢胶(GLG915)A、B组分，先取A组分 2份放入准备好的容器中，再取B组分1份放入，搅拌均匀；以清洗球总重量为基准，按照 配方胶结剂29.2wt％，将胶结剂加入步骤一固体清洗剂中，搅拌均匀。 [0072] 步骤三、压制成型：清洗压力磨具，在压力磨具表面涂刷透平油，将步骤二搅拌好的清 洗混合物放入压力磨具中，合模压缩混合物，控制压力为1.0KPa，时间为15分钟，然后脱 模；压缩为5.0毫米直径的球体。 [0073] 步骤四、保养：清洗球放置于室内阴凉通风位置，间隔两小时翻动，在室温下固化24小 时成型。 [0074] 酸洗方案如下表6： [0075] 方案名称 清洗方案方案1 清洗球，清洗球质量比10.0wt％ 方案2 酸洗液体，浓度为10wt％的36％盐酸 方案3 酸洗液加清洗球，清洗球质量比10.0wt％，酸洗液为10％的36％盐酸 [0076] 为了查看酸清洗球的效果，选择了表6所述的酸洗方案，将上述过程制备的清洗球，装 入酸洗平台，其余为河流水。清洗样管，时间为2小时。考察清洗后样管结垢情况。 [0077] 酸洗方案结果如下表7： [0078] [0079] [0080] 由表中可见，相比于单纯的酸洗，由于酸洗液物理剥离能力有限，部分结构软化后，但 仍然不会脱落，效果不理想。方案1，使用酸清洗球，管壁内大部分结垢已剥落，存在部分 点状结垢，能够满足工程要求。但加入酸洗后，酸洗液对结垢存在腐蚀及软化作用，结垢剥 离效果更好。 [0081] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本 发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |
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