阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能的锅炉防腐阻垢剂

国家科技部1999年第378号公告，共有214项技术成果列入“九五”国家科技成果重点推广计划指南项目中，其中北京化工大学专利技术产品BF-30A（编号99050127A）是唯一被推广的锅炉防腐阻垢剂及防腐阻垢技术。

著名锅炉水处理专家北京化工大学水处理工程研究中心主任魏刚教授

一、阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能BF－30a防腐阻垢剂的主要特点

为了解决工业锅炉供热系统的严重腐蚀问题，在国家科技部的大力支持下，北京化工大学研究成功了连用法锅炉防腐阻垢剂及防腐阻垢技术。该技术又称BF－30a法。不需要昂贵的除氧设备，只要按照给出的工艺条件，把具有防腐、阻垢、消泡、加药指示和防失水作用的防腐阻垢剂BF－30a加入系统，就能连续地达到运行防腐阻垢和停用防腐保养的双重目的。性能测试和大量锅炉的应用试验证明，该技术区别于现有技术的特点是：

①高效在锅炉的一般条件下，BF－30a对运行锅炉的缓蚀率、阻垢率和对停用锅炉的缓蚀率≥99％，远优于现有同类技术，从而解决了长期不能取得突破的锅炉防腐蚀难题。

②方便使用BF－30a时，不需要运行时的除氧操作、软化操作和复杂的分析操作，也不需要停用时的排水，烘干锅炉和定期分析、更换药品等操作，只要按工艺投药即可。

③连续该技术突破了把锅炉运行和停用分开处理的传统模式，不管锅炉运行、停用周期如何，都能提供连续的长期的防腐阻垢，BF－30a作为锅炉停用保护剂的缓蚀率≥99％。

④廉价不需要昂贵的除氧设备投资，不因停用或运行而更换药品，从而大大节约了锅炉使用费用。

⑤多功能BF－30a具有阻垢除锈、防腐缓蚀、覆保护膜、提高炉水PH值多功能；BF－30a作为锅炉停用保护剂、铁垢分散剂、炉水PH值调节剂使用，效果良好；BF－30a防腐阻垢剂螯合溶解作用，具有溶解水垢的功能，螯合清除系统老垢，实现在线清洗在线运行不用停炉，提高锅炉系统供热供暖效率。

当前常用的钠离子交换器（树脂软化罐）处理方式中再生废液造成了水源的污染，使淡水咸化，导致人类患各种病症机率增加。各种除氧设备效率不高，除氧方式技术不过关不成熟，往往形同虚设。使用生水+BF-30A防腐阻垢剂技术，热水锅炉不需要运行时的除氧操作、软化操作，完全可以替代树脂软化罐、除氧器等设备运行，代替软化水，保护环境。生水+BF-30A防腐阻垢剂+BF-31T凝水保护剂，可代替蒸汽锅炉系统软化装置+除氧设备+除铁设备。

BF-30a法的推广应用已获得明显的节水、节能、节省设备投资、延长锅炉使用寿命、提高供热供暖质量以及保护环境等效益。BF－30a防腐阻垢剂及连用法锅炉防腐阻垢技术突破了把锅炉运行和锅炉停用分开处理的传统模式，首创同时解决锅炉系统的运行腐蚀和停用腐蚀难题，对锅炉系统的安全经济运行、延长使用寿命、节约能源和提高供热质量等具有重要意义。

BF－30a防腐阻垢剂产品被列为：

化工部技术发明奖（编号：98Ⅱ-3-001-1）

中国锅炉水处理协会注册(编号：WA0113001)

北京市高新技术转化项目(编号：022500084B)

国家知识产权局授予专利权（证书号第52414号）

“九五”国家科技成果重点推广计划产品（编号：99050127A）

BF-30A防腐阻垢剂与目前供热系统中常规水处理方式比较如下表

二、BF－30a防腐阻垢剂防腐蚀机理

BF-30a的防腐蚀机理主要是使锅炉系统金属表面生成某种保护性薄膜，这从电化学试验即可证实。

图1 BF－30a防腐阻垢剂对20g钢电极电位的影响

从钢的电位-时间曲线（图1）可以看出，在不同条件下，钢的电极电位随时间变化的趋势均经历了剧烈降低然后稳定的过程，即首先发生表面天然保护膜的破坏，然后发生基体腐蚀。与加入亚硫酸钠之类的除氧剂后钢的电位大幅度下降的情况相反，加入BF-30a防腐阻垢剂后，钢的电位在经过稍微降低后保持大致稳定的值，该值比原来水中钢的电位值高得多。对此可能的解释是，BF-30a防腐阻垢剂对阳极过程的抑制比较显著。

图2示出BF-30a防腐阻垢剂对钢在水中腐蚀的阳极过程和阴极过程的影响。BF-30a防腐阻垢剂的加入使钢的自腐蚀电位剧烈正移，阳极极化也剧烈增加，但从阴极极化曲线看，虽然BF-30a的加入使氧的离子化过电位减小，但阴极极化却明显增加，由此看来，BF-30a防腐阻垢剂既强烈地抑制了钢腐蚀的阳极过程，又明显地抑制了腐蚀的阴极过程，是钢在水中的混合性缓蚀剂，同时，电化学试验结果很好的说明了BF-30a防腐阻垢剂缓蚀率很高的原因。

图2钢在水中和加入BF－30a防腐阻垢剂药剂的水中的动电位极化曲线

三、BF－30a防腐阻垢剂阻垢机理

1、阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能BF－30a防腐阻垢剂螯合溶解作用

螯合溶解作用。螯合剂能与与水中钙离子形成稳定的水溶性螯合物，使给水中引入的硬度成分呈溶解状态。典型的螫合剂是乙二胺四醋酸盐（EDTA）和次氨基三醋酸盐（NTA），其阻垢机理是螯合剂同钙离子反应，将致垢阳离子封锁在其分子内，使致垢阳离子无法与致垢阴离子结合成垢，使大量的钙离子稳定在水中，相当于增加了微溶性钙盐在水中的溶解度，从而使钙在锅炉中呈溶解状态，起到了阻垢作用。该反应按化学计量进行，lmgCaCO3/L钙硬度成分需用3.8mg／L EDTA的四钠盐。

为了查明BF-30a防腐阻垢剂对水垢的螯合溶解作用，采用与螯合剂类似的试验方法，将碳酸钙固体和硫酸钙固体水垢放入BF-30a溶液中进行螯合溶解试验，试验结果表明，水中钙离子浓度缓慢增加，即BF-30a防腐阻垢剂对水垢具有温和的螯合溶解能力。其与EDTA之类的螯合剂的主要区别，一是EDTA是按化学计量与钙离子反应，而BF-30a防腐阻垢剂对钙离子的螯合溶解并不按化学计量，在理论上达到化学计量值之后仍具有螯合作用；二是与EDTA的强的螯合作用相比，BF-30a防腐阻垢剂是将钙离子从固体上逐渐地缓慢地溶解下来，其作用非常温和，在多次试验中都没有发现垢块的分裂和剥落现象。这一情况对运行锅炉十分重要，因为螯合溶解作用将把锅炉内的原有水垢除去，使金属表面恢复洁净状态；但如果发生垢块的分裂剥离现象，就有可能引起垢块堵塞管道的危险。

BF-30a防腐阻垢剂螯合溶解作用，具有溶解水垢的功能，锅炉中原有水垢厚度小于2毫米可以直接使用，替代化学清洗除垢，实现在线清洗在线运行不用停炉，提高锅炉系统供热供暖效率。

2、阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能BF－30a防腐阻垢剂晶格畸变作用

图3透射电子显微镜下无阻垢剂时的碳酸钙垢图4有阻垢剂时的碳酸钙垢

晶格畸变作用。为了查明BF-30a防腐阻垢剂的阻垢机理，用透射电子显微镜观测了加和不加BF-30a防腐阻垢剂时的碳酸钙粒子形貌，如图3和图4所示。未加入BF-30a防腐阻垢剂时，在传热面上生长出规则的方解石结晶。加入BF-30a防腐阻垢剂后，在传热面上仅发现少量疏松的无定形碳酸钙，很容易被水冲掉。显然，BF-30a防腐阻垢剂使碳酸钙的结晶类型发生了变化，抑制了方解石的结晶生长。

可以认为，碳酸钙晶型的变化和结晶生长的抑制是因为BF-30a防腐阻垢剂吸附于结晶上或者与碳酸钙晶体界面上的钙离子发生了螯合作用并占据了晶体正常生长的晶格位置，从而使晶体不能按正常规律生长，即晶体发生了畸变。

3、阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能BF－30a防腐阻垢剂分散作用

分散作用。用浊度计法测定了BF-30a防腐阻垢剂对锅炉内污垢的分散作用（图5）。结果表明，当没有阻垢剂时，原来处于悬浮状态的污垢以较快的速度沉降，上清液的浊度大幅度下降，在20h内下降到与无悬浮污垢的水样几乎一致。在加有BF-30a防腐阻垢剂的情况下，试验期间污垢保持悬浮状态，上清液的浊度几乎没有发生变化。由此可知，BF-30a防腐阻垢剂可以使随给水带入或在锅炉中生成的固体粒子分散在锅炉中，防止其沉积在传热面和流动缓慢的部位。试验结果还表明，这种分散作用也是非化学计量的。

产生这种分散作用的原因是，BF-30a防腐阻垢剂通过物理和化学作用吸附到固体粒子表面，使粒子表面形成双电层，改变了粒子表面原来的电荷状态，在静电作用下，粒子相互排斥，从而避免了粒子相互结合长大沉积，使其在水中保持分散状态。

BF-30a防腐阻垢剂作为铁垢分散剂使用，效果良好。BF-30a防腐阻垢剂使粒子表面形成双电层分散作用，能有效防止铁离子沉积在锅炉及炉管受热表面生产铁垢。

图5 BF-30a防腐阻垢剂对污垢的分散作用

4、阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能BF－30a防腐阻垢剂低剂量效应

低剂量效应。BF-30a防腐阻垢剂对水垢的螯合作用、分散作用以及晶格畸变作用都是非化学计量的，可以将比按化学计量高得多的钙离子稳定在水中，即具有明显的阈值效应。因此，当采用BF-30a法防腐阻垢时，只要加量达到一定值以上，就能控制成垢离子结晶生长，表现出良好的阻垢效果，没有必要加入比推荐用量更多的阻垢剂。

市场上各种锅炉防腐阻垢剂品牌众多，每种防腐阻垢剂都有其适用范围。欢迎各位同学就锅炉防腐阻垢剂使用效果、经验、问题及解决方法相互交流！

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四、BF-30a防腐阻垢剂的应用

适用范围：热水锅炉供暖系统，有换热器的一二次热水供暖系统、蒸汽锅炉。

主要成分：PESA HPMA ATMP缓蚀剂M碳酸钠、硝酸钠麝香草酚酞杂醇油等。

技术指标：阻垢率≥99％缓蚀率≥99％停用保护缓蚀率≥99％

物化性质：碱性灰白色固体粉末（固体）碱性无色或褐色液体（液体）

用法：人工投加或安装锅炉水质监控设备自动投加用量：

热水锅炉用量：初次加药400g～600g/T补水加药300～500g/T

蒸汽锅炉用量：初次加药2000g/T补水加药150g/T

1、BF-30a防腐阻垢剂投药前处理

BF-30a防腐阻垢剂采用缓慢作用的螯合原理，具有溶解水垢的功能，一般锅炉中原有水垢厚度小于2毫米可以直接使用。原有水垢厚度大于2毫米必须进行化学清洗除垢，以保证药剂使用的防腐阻垢的效果。

2、BF-30a防腐阻垢剂投药及监控

初次加药：

初次加药需估算出锅炉和供暖系统最大容水量，按容水体积及用量计算出初次加药量。首先将药剂溶解，在某一容器中注入清水，缓缓加入以上药量的固体BF-30a，预先配置成（重量比小于10%）溶液，并搅拌；然后将溶解后的药液加入软化水箱，通过补水泵进入锅炉系统。由于热水锅炉锅水温度较低，一般处于未饱和状态，无水的蒸发浓缩，而正常系统补水量较小，在系统水量的5%左右，因此投入运行前热水锅炉系统上水时的初次加药量对系统防腐阻垢效果非常重要，所以初投药量大于运行投药量，而且，初投药完成并循环均匀测系统水PH一定要保持≥10.5。

运行投加：锅炉运行时，按水箱每次或每天补充的生水量×补水运行加药量计算出每次或每天的药剂量，按上述方法进行配制投加。

如果由于大系统水容量，补水量及投加药量的变化，人工利用软化水箱配置溶液投加已经不能满足保持水中药剂浓度及使用效果要求，可以安装自动监测药剂投加设备。自动监测投加设备能够连续在线监测锅炉水中药剂浓度，以闭环反馈方式控制投药设备，自动变流量向系统中投加药剂，实现精确投加，保证使用效果，同时还具有备选的通讯功能。

运行监测：

BF-30a防腐阻垢剂是碱性药剂，可作为PH值调节剂使用。人工投加时，用PH精密试纸每2小时一次监测锅炉水，随时调整加入药剂浓度或加药量，保证系统水中药剂浓度合格，初投药后锅炉水PH应≥10.5。运行时保持锅炉水PH在10～12之间，使金属处于钝化区。

3、锅炉系统停用保护——BF-30a防腐阻垢剂作为锅炉停用保护剂

锅炉停止运行前，向锅炉及系统中补充药剂，然后封闭锅炉及系统，控制系统水pH≥10.5。

锅炉系统的运行腐蚀和停用腐蚀是两个长期没有解决的技术难题。对蒸汽锅炉行之有效的热力除氧、真空除氧以及解吸除氧、氧化还原树脂除氧、药剂除氧、镀锌和现有的锅内加药处理等技术，由于不能适应热水锅炉和锅炉房的特点而不能得到好的运行防腐效果。传统干法、传统湿法以及能有效保护锅炉本体的TH-901法和BF-605法难以实现复杂的热水锅炉全系统停用保养。新一代热水锅炉防腐阻垢BF-30a及连用法热水锅炉防腐阻垢技术突破了把锅炉运行和停用分开处理的传统模式，同时解决了热水锅炉系统的运行腐蚀和停用腐蚀难题，对热水锅炉系统的安全经济运行、延长使用寿命、节约能源和提高供热质量等具有重要意义。

4、注意事项

（1）由于各地水质不同，按照推荐用量计算的加药完成后，一定要随时监测锅炉或系统水PH，根据实际情况对加药浓度或加药量进行调整，使锅炉水或系统水PH值保持在10-12。

（2）锅炉准备投入运行的上水初加药，应该保证锅炉或系统水中药剂浓度合格（PH≥10.5）时，方可投入运行。

（3）投加固体BF-30a防腐阻垢剂，使用自制溶药箱及盐池改造的溶药池，有时由于BF-30a防腐阻垢剂固体药剂投入过多或搅拌时间较短等原因，会在溶药箱下部出现沉淀，此时应采取降低药剂配置浓度或增加搅拌时间等措施，或定期直接在药箱中加入温水，将沉淀物完全溶解后再进行固体药剂的溶解，否则由于沉淀物过多会导致投药泵损坏影响药剂效果。

阻垢除垢分散铁垢、缓蚀防腐调节PH值多功能的锅炉防腐阻垢剂（颜辉）