清洗中关于污垢的全面认知

在清洗过程中从清洗对象表面去除的杂质统称为污垢。在某些情况下杂质的种类是比较固定的，而且大多数只附着在对象物的外部表面上，此时可以用比较固定的方法加以清洗。但在多数情况下，来自生态环境或生活环境中的杂质成分是复杂多样的。因此，清洗方法也很难划一，应根据不同的情况确定具体的清洗方法。

污垢的分类

为了对不同的污垢能选择有针对性的清洗方法，有必要首先将污垢进行分类研究。污垢通常可根据以下几种不同的方法进行分类：

1.根据污垢存在的形状分类

（1）颗粒状污垢：如固体、液体的颗粒，微生物颗粒等。

（2）覆盖膜状污垢：如油脂和髙分子化合物在物体表面形成的表面膜状物质。

（3）无定形污垢：如块状和各种不规则形状的混合污垢。

（4）溶解状态污垢：如以分子形式分散存在于水中的污垢。

以不同形状存在的污垢，它们去除过程的微观机理有很大差别。如粒状的污垢和膜状污垢，从物体表面解离分散去除的机理就大不相同。

2.根据化学组成分类

根据这种分类方法，污垢可分为无机物和有机物两大类：

（1）无机物污垢：金属及其氧化物（如铁锈），盐类等；非金属及其化合物（如砂土）。

（2）有机物污垢：碳水化合物（淀粉、糖等）；蛋白质（血污、奶渍、肉汁）；油脂（动植物油）；其他有机物（塑料、矿物油、树脂、色素等）。

不同化学成分的污垢使用的去除方法也不同。一般情况下，以有机物成分为主体的污垢，较适合用氧化分解的方法清洗去除。

3.根据亲水性和亲油性分类

表格P28-P29

4.根据在物体表面存在的形态分类

在选择合适的清洗方法时，了解污垢在清洗对象表面存在的状态是很重要的。而污垢在表面存在的形态是多种多样的，主要有以下几种形式：

（1）污垢的粒子在清洗对象表面单纯靠重力作用沉降而堆积。以这种形态存在的污垢，在清洗对象表面的附着力很弱，很容易被清洗掉，如衣物表面附着的粗大砂土颗粒。

（2）污垢的分子与清洗对象表面的分子靠分子间作用力结合。这种作用力既包括范德华力、氢键作用力，也可能包括共价键作用力。污垢分子靠这些作用力吸附于对象物表面，特别是污垢在表面以薄膜状态存在时，这种结合力更强。用通常的清洗方法往往很难把它们去除掉。而且以这种状态存在的污垢粒子的粒径越小就越难把它们从表面清除，而在超精密工业清洗中要求把这类极微小的颗粒也清除掉，因此要采用一些特殊的方法来克服微粒对表面的附着力。

（3）污垢粒子靠静电吸引力吸附于表面。当污垢粒子与对象物表面带有相反的电荷时，它可依靠静电吸引力吸附于物体表面。在空气中放置的导电性能差的各种物体表面普遍存在这类污垢，当物体浸没在水中时，由于水有很大的介电常数，使污垢与表面之间的静电吸引力大大减弱，这类污垢容易从表面解离。这类由导电性差的材料组成的物体在清洗之后放置在空气环境中干燥，很可能又会被带电的尘埃颗粒污染。为避免这种情况发生，这种物体在经过清洗处理之后，最好放置在十分清洁的无尘空间进行干燥。

（4）污垢在对象物表面形成变质层。金属表面在与空气接触过程中如果发生化学反应，往往形成一层氧化膜。这类污染物（氧化膜）与对象物之间往往存在一明确的分界面，这种在金属表面形成的变质层通过用酸碱等化学试剂或用物理的、机械的方法可使之从对象表面除去。这种清洗方法在工业上称为浸蚀处理。其具体方法有用酸和碱等化学试剂溶解变质层，用机械方法研磨表面，用电解加研磨的方法以及用等离子体处理等方法去掉表面变质层。

（5）污垢渗入对象物表面内部。如在衣物表面的液体污垢，常会向纤维内部渗透扩散，深入到内部。在金属和玻璃表面也有类似情况发生。

（6）坚硬的污垢微粒刺破对象物表面而楔入内部。例如金属的切削碎屑和研磨粉可以楔入质地坚硬的清洗对象表面，而火车车厢的表面涂层有时会被火车行进中车轮和铁轨摩擦时产生的铁粉所划破。这种污垢可选用适当的溶剂将其溶解去除，也可采用强烈摩擦的方法加以去除，必要时可采用浸蚀的方法加以去除。

前三种情况中，污垢只存在于对象物表面之外，并且与表面之间存在一明确的分界面，这些情况被称为附着污垢，在去除污垢的清洗过程中，一般不会造成清洗对象的表面损伤。而后三种情况中污垢已深入到清洗对象的内部并与表面连成一体，称之为污染污垢，在这些情况下往往需要通过浸蚀的方法去除污垢。

5.混合污垢

以上介绍的污垢分类是指污垢以单一类型的单一形态存在的情况，这类污垢是比较容易清洗的。实际情况中往往是多种类型的污垢以复杂的方式结合在一起的，称之为混合污垢。如沾染在衣物上的污垢，成分是很复杂的，既含有无机物也含有有机物，而且是亲水性污垢与亲油性污垢混成一体。在金属表面也会形成复杂的金属氧化物污垢。如金属在与空气中的水蒸气及氧气的接触中形成表面氧化层，且与环境中存在的各种极性、非极性物质形成复杂的混合污垢。附着在金属表面的固态的污垢不仅有氧化物，还有硫化物、无机盐类，还可能含有高分子聚合物。在固态污垢层外边粘附有液态的水溶液层，水溶液层中溶有无机盐及二氧化碳等物质。在液体污垢表面又吸附着极性和非极性有机物，在液体层外边还吸附着各种气体。这样组成了复杂的污垢结构。去除这类混合污垢要比去除单一类型污垢更困难。需从多方面综合考虑以选择更为合理的清洗方法。

污垢的形成与危害

据报道，美国的炼油厂由于污垢造成直接经济损失达13.6亿美元，它包括在生产能力、能量消耗、维修清洗等方面的损失。西方世界各国的炼油厂，因结垢造成的经济损失每年达44亿美元，其中还未包括锅炉、水冷器与空冷器结垢的损失。由此可见，全世界各生产部门的污垢所造成的经济损失是何等巨大。在工业上，污垢的形成带来了一系列直接危害，基本概括如下。

（1）影响生产的正常运行。严重的污垢沉积，使生产设备的性能下降，甚至不能正常运行。例如，冷却水系统的严重结垢，使冷却效率下降，生产的工艺条件无法确保，运行不正常。一旦冷却管道因结垢而堵塞时，设备将被迫停产检修。油田采油管结蜡甚至堵塞，采油量明显下降，甚至不出油。当金属设备表面在彻底清除锈与油污之前，进行钝化、磷化、喷涂、电镀、渗镀等表面保护处理是不可能的，即使勉强实施，质量也无法保证。在石油化工、制药等工业中，设备在开车前若未彻底清洗系统内的各种污染物，可能造成催化剂中毒，从而影响生产过程的完成。

（2）增加生产能耗和成本。设备表面的污垢使其生产能耗与成本增加，生产效率下降。例如，在石油化工生产中的热交换系统、汽车的水箱、中央空调的冷却水系统，污垢的形成使热效率大幅度下降，能量消耗增加。锅炉内侧的水垢，增加传热阻力，为了维持受热面有一定的蒸发速度，要增加煤耗或燃气损耗。同时水垢的生成还使锅炉的产汽率下降，使管线内的流体阻力增加而增大动力消耗。

（3）降低产品质量。例如，造纸用的废纸及其他原料上的油污及各种污染物，严重影响再生纸产品的质量。废纸上的油墨不脱除干净，就不能用于生产高档纸张。纺织品上的油污、蛋白质、胶和蜡等严重影响其染整性能，使其吸水性、手感、色泽等难以保证。电子工业元件上的微小导电性污垢，可使半导体三极管的导电性发生改变，甚至短路或击穿。非导电性的有机化合物和油脂等的存在，可造成芯片膜接着的牢固度下降，形成针孔，使集成电路的质量下降。据称，大规模集成电路中的不合格产品，67%是元件受到污染，又未经彻底清洗造成的。

（4）引发各种事故。锅炉及其他高温、高压生产设备内的污垢，如水垢和油垢等，可造成设备的局部过热、变形、龟裂甚至爆炸，原材料泄露，引起厂房及工作人员的损伤。泄露与爆炸可进一步引起环境的污染。

（5）影响材料性能与设备寿命。金属材料的污垢，如吸湿性的尘土和无机盐，容易吸附大气中的腐蚀性气体，例如SO₂、CO₂、H₂S等，进而腐蚀金属的表面，使金属失去光泽，产生麻点，强度下降。在污垢下产生氧浓差腐蚀或电偶腐蚀，使材料的性能改变，设备的使用寿命缩短。

污垢造成的危害，还包括由上述各种危害引起的间接损失。如有限资源的浪费，生产工期的延误，下游生产的损失，产品质量不良导致相关生产的损失等等。

结合前面已介绍的污垢一般的分类情况，为便于读者对各类型清洗中遇到的污垢有一更明晰的了解，在此简略地介绍不同类型污垢的形成及其危害。

1.衣物上的污垢

沾染在衣物上的污垢，成分是很复杂的，既含有无机物也含有有机物，而且是亲水性污垢与亲油性污垢混成一体。具体来看，衣物上的污垢一部分来自人体皮肤的分泌物，主要是人体皮脂腺分泌的皮脂和汗腺分泌的汗液。主要固体物是盐分、尿素、脂肪和其他酯类有机物。衣物特别是与皮肤直接接触的内衣上皮肤分泌物较多。衣物上另一部分污垢来自于外部环境，在生产和生活实践中与外部环境接触而沾染上土壤、尘埃、矿物油及寄生虫、微生物等菌类污垢，也会从食物中沾染上油脂、菜汤、果汁、茶、咖啡等污垢。

衣物上的污垢不仅影响人们的外在形象，也是病菌滋生的营养源。为了有利于人的身体健康内衣应经常清洗保持卫生。而来自外部环境的污垢除因特殊工作沾染上放射性污垢之外，通常用肥皂或合成洗涤剂即可洗涤去除，但是那些顽固附着在衣物上的污垢，如粒径在0.2〜2.0μm的细微粘土颗粒钻入纤维内部就很难被去除。

2.水垢

工业锅炉以及家庭用的烧水壶，使用一段时间后在金属表面就会结成水垢，这是由于水中溶有一定数量的钙镁盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐、磷酸盐等，同时还含有泥沙和有机物等。这些盐类在受热过程中发生物理和化学变化而形成水垢。

水中含有的碳酸氢钙在水温升高过程中会分解生成难溶的碳酸钙：

Ca（HCO₃）₂=CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O

碳酸氢镁也会分解生成碳酸镁，它在水中不稳定，会转化成溶解度更小的氢氧化镁沉淀，因此水垢中还含有少量氢氧化镁。

在碱性条件下，碳酸氢钙会发生如下反应生成碳酸钙：

Ca（HCO₃）₂+2OH-=CaCO₃+2H₂O+CO₃²￣

此时，如水中含有较多的氯化钙时也会发生如下反应生成碳酸钙的沉淀：

CaCl₂+CO₃²=CaCO₃↓+2C1￣

当水中溶有过量的磷酸盐时，氯化钙也会转化成溶解度很小的磷酸钙：

2PO₄³￣+3CaCl₂=Ca₃（PO₄）2↓+6C1￣

通常水垢的主要成分是碳酸钙和磷酸钙。水中还溶解有一定数量的硫酸钙、硅酸钙等其他无机盐类，随着水的蒸发，它们在水中浓度加大，当其浓度超过溶解度之后也会生成沉淀，并沉积在传热表面上。

在工业锅炉中金属表面的铁锈和铜锈等锈垢也会转化成水垢的成分。

由于水垢大都由无机盐组成，故称为无机垢，而且这些水垢结构致密，比较坚硬，所以又称为硬垢。实际水垢的成分相当复杂，而且成分随着水质情况的不同而变化，所以对不同地区的水垢应作具体分析。通常根据水垢的主要成分将它分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、磷酸盐水垢、硅酸盐水垢和锈垢几大类。

水垢具有低导热系数，在工业生产中导热系数的减小直接影响到锅炉的效率，甚至严重危及锅炉的安全运行或锅炉的寿命。对于冷却水系统，也直接影响到传热效率和冷却水用量。水垢的导热系数比金属低得多，水垢的热阻是钢铁的50~100倍，是黄铜的100〜200倍，是铝、铜的300〜400倍。

水垢的导热系数随其成分和结构的变化而在较大范围内波动。水垢中SiO₂含量越高，导热系数下降也越大。同种水垢的导热系数在200℃下基本是一个常数，不随温度而变化。

在锅炉受热内部和冷却水热交换系统内部积存水垢都是有害的，其危害性主要表现在以下几方面。

（1）增加热损失和燃料消耗。通常工业锅炉每结1mm厚水垢，热效率要降低5%。以工业锅炉和采暖锅炉平均结垢厚度为1mm，发电锅炉与腐蚀产物平均厚度为0.5mm计算，则将造成4.5X10⁷t/a的燃料损失，而如果做好防垢清洗工作每年至少可节约45亿元的燃煤费用。

（2）降低受热面的金属强度。当锅炉受热而内表面结有导热性差的水垢时，为保持锅炉水有同样温度，水冷壁管将必须加热到更高的温度，易造成钢材的局部过热、变形、龟裂甚至爆炸。

（3）锅炉的利用率降低。由于水垢造成产气率下降，需要定期清除水垢，势必造成停产而给生产带来损失。

（4）缩短锅炉使用寿命。水垢生成导致热交换管工作温度升高，使锅炉管水侧的氧化加剧必然缩短锅炉使用寿命。

（5）增加燃煤对大气的污染。由于水垢使锅炉传热效率下降，不仅使热损失增加，而且将排放出更多烟尘、二氧化硫及其他有害物质，加重对大气的污染。

（6）降低热交换系统效率，增加冷却水用量。由于水垢的生成，传热效率下降，为保证设计要求的冷却效率，必然要加大冷却水耗用量。

（7）增加管内水流阻力有时甚至堵塞管线。水垢在管内沉积，减少了水流的截面积，增大了水流阻力，增加了动力消耗，降低各种工业设备的生产能力。

为防止在锅炉中形成水垢（尤其是碳酸盐水垢），必须在水进入锅炉之前对水进行处理，降低水的暂时硬度（即碳酸氢钙、镁的含量）。对在锅炉上已形成的水垢通常用化学试剂加以清除，不同类型的水垢需用不同的试剂。如对于碳酸盐水垢，只要对生成的钙镁盐有较大溶解度的酸都可以用来清洗碳酸盐垢，通常使用最多的是盐酸。然而对于结有碳酸盐垢的不锈钢基底材料，为防止对不锈钢的腐蚀不宜用盐酸，而常用硝酸。具体情况需具体分析。

3.锈垢

铁锈是钢铁受周围介质氧化腐蚀，在表面上生成的+2或+3价铁的氧化物或氢氧化物为主，有时还含有少量其他铁盐的沉积物。铁锈一般呈碱性，易溶于酸。

在高压锅炉的水冷壁管上形成的锈垢，以Fe₃为主要成分，还含有磷酸盐，形成致密而稳定的结构，它是在温度较高和高压无氧的情况下生成的，呈棕红色，与普通铁锈完全不同。这种铁锈不溶于盐酸，要用盐酸与硝酸的混酸溶解。钢铁在高温条件下氧化生成的氧化皮，由外至内分Fe₂O₃，Fe₃O₄、FeO三层组成。这三种铁的氧化物都可以被酸溶解。通常去除钢铁氧化皮可用盐酸或硫酸，也可用盐酸和硫酸的混合液进行浸蚀处理。

铜锈的基本成分是氧化铜和铜盐（不同情况下可为碳酸铜、氯化铜或硫化铜）。通常用HNO₃、H₂SO₄、HC1的混合酸来清洗铜及铜合金表面的腐蚀产物。在清洗铜合金时要十分注意正确选择浸蚀混酸中三种酸的比例，以保持其在清洗后的性能、外观不变。

铝锈是铝表面氧化腐蚀的产物，主要是Al₂O₃。Al₂O₃是两性氧化物，既可以用酸洗，也可以用碱加以去除。在用酸清洗时，铝及合金制品基体受腐蚀较轻，操作较易控制，通常不会出现碱液清洗后留下的暗色膜。具有清洁光泽的外表，在酸液中添加适当缓蚀剂可以大大减少酸液对铝基体的腐蚀。

清洗铝表面的一般污垢时，尽量不用酸、碱洗，而用中性的表面活性剂清洗剂效果较好，可避免使铝基体遭受不必要的腐蚀。

4.微生物污垢

微生物污泥是微生物大量繁殖和积累的产物，是在物体表面形成的生物覆盖物。在工业冷却水系统的管道上、冷却塔、水槽等壁上经常产生由微生物污泥组成的粘质膜。这些微生物分泌的粘液还把悬浮在水中的无机污垢、腐蚀物、灰沙淤泥粘结在一起形成粘泥沉积物，而且随着时间的延长越积越厚，不仅影响传热效率，而且使水管截面积变小，使管道堵塞，给工业生产带来严重危害。

在工业用水中产生并能造成危害的微生物种类很多，主要是藻类、细菌和真菌等微生物引起的，但主要是细菌。它繁殖速度是非常快的，如果条件适宜，经过1h就可繁殖近亿个。循环冷却水是一个特殊的生态环境，水温25〜40°C和pH值6.5~8.5，恰好是多种微生物生长的最适宜范围，而且循环浓缩营养源和氧均丰富。在生物黏泥的下方形成局部氧浓差电池，铁不断被溶解，引起严重的局部腐蚀。以下列出部分细菌导致危害的原理。

（1）铁细菌引起腐蚀的机理。铁细菌一般能生活在含氧少但溶有较多铁质和CO?的微酸性水中，碱性环境不利于其生存。Fe²+在其体内能被氧化成Fe³+大量不溶性高铁化合物，如Fe（OH）₃沉淀下来，形成大量的棕色黏泥，有时形成大小不一的锈瘤，产生点蚀，严重时引起管道堵塞、异臭等。

（2）硫酸盐还原菌的腐蚀机理。硫酸盐还原菌是一种弧状的厌氧性细菌，体内存在一种氢化酶，能将硫酸盐还原成H₂S。硫酸盐还原菌引起碳钢腐蚀是极其复杂的，它参与化学腐蚀和电化学腐蚀，也可能破坏金属的保护膜来造成腐蚀，腐蚀可能是几种机理共同作用的结果。总之硫酸盐还原菌危害很大。

（3）硫细菌对设备的危害机理。硫细菌属好氧性，在与H₂S同时存在的微好氧环境中生存，可把硫、硫化物或者硫代硫酸盐氧化成硫酸（浓度可达10%），对铁管或水泥管产生腐蚀破坏。硫细菌常与铁细菌共存，产生黏质物也可堵塞管道，使水质变臭，影响水质性态。

（4）硝化细菌的硝化作用。循环水中存在一定量的氨，硝化细菌在呼吸过程中可将氨氧化成硝酸，这一作用称硝化作用。硝酸对设备造成腐蚀，产生危害。

生物黏泥附着速度快，一个月就可达数毫米，它比腐蚀产物和垢的附着所引起换热器效率的降低还要严重。因此，应适时地采用生化清洗方法投加具有杀灭、溶解、剥离、清洗作用的生化药剂，控制微生物的种种危害。

为了控制工业用水系统中微生物的生长，可采用控制日光对用水的照射、采用过滤装置、加强水质前处理等方法。而对于微生物污泥的清洗方法包括如下几方面。

（1）加杀生剂或杀菌剂。为杀灭微生物可向管道中通入氯气、次氯酸钠、漂白粉、高猛酸钾等杀生剂使微生物死亡。加入六氯酚、新洁尔灭等季鞍盐杀菌剂可杀灭各种细菌，减少微生物污泥的生成。

（2）物理清洗。通常用高压水射流冲洗去除微生物污泥。

（3）化学清洗。一般采用过氧化氢、马来酸聚合物或丙烯酸系共聚体作清洗剂。

5.大气污垢

长期暴露在大气环境中的物体，由于尘埃不断降落并附着在它的表面上，慢慢形成一层尘垢。尘垢是由多种无机物混合而成的，其中有些组分可溶于水，有的组分难溶于水，所以尘垢有部分溶于水的特性。

在空气中通常都存在直径很小的尘埃颗粒，被工业污染的大气中含有的尘埃量大为增加，在刮风等空气流动的作用下，特别是风沙天气，大气中的尘埃数量与平均直径都大大增加，暴露在这样的大气条件下物体表面更容易生成尘垢。

大气中尘埃吸附在物体上形成一层厚厚的牢固尘埃需要经过较长时间的过程。尘埃与基体的物理吸附结合力大小取决于尘粒与物体表面紧密接触的面积、尘粒的表面能（表面活性）、物体的表面能（表面活性）、尘粒与物体的极性大小和相互作用。当尘粒与物体表面紧密接触的面积越大，表面活性越高，它们的结合力就越大。

因为尘垢成分比较复杂，很难找到能完全溶解尘垢的合适溶剂，同时考虑到溶剂对物体表面的侵蚀性，通常使用性能温和的表面活性剂水溶液作清洗剂。利用表面活性剂的润湿、渗透作用来清除尘垢。当清洗剂与尘垢及物体表面接触之后，首先降低了这些表面的表面张力，然后向物体及尘垢相接触的吸附界面内渗透，降低尘垢与表面之间的结合力。为了把尘埃颗粒从表面上清除，常需加上冲、刷、喷等机械力作用。在表面活性剂的润湿渗透作用下再结合机械外力作用，使尘垢脱离物体表面被清除。

当尘垢中含有少量油污时，可在表面活性剂溶液中加入少量有机溶剂，并形成水包油乳液，以加速和加强对尘垢中油污的溶解。

6.旧漆污垢

有机高聚物涂层在受到光照（特别是紫外线照射）作用下会发生老化、粉化；被化学物质浸蚀会使涂层溶胀或溶解、脆化；加热高温作用会使涂层软化、龟裂、熔化；机械损伤会使涂层破裂。当涂层受到这些作用而破裂时就失去对基材的保护作用和装饰作用，需要把它们除去重新涂装。把这些被破坏的涂层叫旧漆膜垢。

旧漆膜垢的去除，主要是借助清洗液对涂层的固着物（主要是成膜物质〉的溶胀、溶解作用，必要时要结合机械强力加以去除，如使用刮除或用高压水冲除。

溶解旧漆膜使用的有机溶剂主要有溶剂汽油（溶解大多数天然树脂、油性树脂及醇酸树脂），甲苯（溶解硝基漆、乙烯基漆、氯化橡胶漆），二甲苯（溶解醇酸树脂、乙烯基树脂、氯化橡胶，聚氨酯等漆），乙醇（溶解虫胶、硝基漆），正丁醇（溶解氨基树脂、丙烯酸树脂、硝酸纤维素漆），丙酮（溶解乙烯基共聚物和硝酸纤维素漆），甲乙酮（溶解乙烯基共聚物、环氧树脂、聚氨酯漆）。

垢样采集、鉴别和化验

1.设备垢样的采集及储存

前面已经介绍了污垢的种类繁多，特性千差万别，垢样的采集是化学清洗的第一步工作，将釆集到的垢样在实验室做小试实验，然后进行工业清洗放大，对设备装置大检修期间停车清洗。清洗前的采样工作尤为重要，只有弄清是什么垢及结垢原因，能用什么药剂溶解污垢，才能谈得上选用什么样的方式清洗。因此应记录下要清洗的设备、管线、材质、设备的使用年限，形成污垢的工艺介质、生产工艺，污垢的厚度、污垢的形状，这些都是判断垢类型和成分的最原始的依据。

（1）垢样的采集方法：采集垢样时，最好选择大检修停车期间，对设备垢的采集应选三个具有代表性的地方，例如，锅炉水系统的垢样，应从汽包内底部、联箱手孔处或排污管处采集，长输管道应选三个点，采集时横断面上、中、下三个位置都应釆集。

（2）垢样的釆集数量和储存：垢样的采集，应以100g以上500g以下为宜。垢样应密封在塑料袋中运输，在实验室里应放在广口瓶中，应做好编号记录工作，以免丢失和误拿。

2.垢样的常用鉴别及分析方法

对采集到的垢样，先做定性分析，根据其基本形状、特征和对设备的结构和生产工艺的了解，可以做出初步的鉴别。下面以常见垢样为例说明怎样鉴别。

（1）碳酸盐垢：碳酸盐垢主要产生在热交换系统中，尤其是在设备直接受热和工质水有浓缩的部位。多为白色或灰白色，有时由于伴有腐蚀的发生，会染上腐蚀产物的颜色，如红褐色。碳酸盐垢质坚而脆，附着牢固，难以剥离，其断口呈颗粒状，比较厚且当夹杂有腐蚀产物或其他杂质时，断口处可观察到层状沉积。碳酸盐垢是所有垢中最易溶于稀酸的，常见的无机酸和有机酸均可以将其溶解，并产生大量泡沫即CO₂气体。另一个特点是，在800〜900°C下灼烧时，水垢质量损失近40%，这主要是水和二氧化碳分解的缘故，通过观察水垢溶解后的少量残渣及注意垢样灼烧时的气味，可以了解垢中所含杂质的大致类别。如果残渣呈白色是硅酸盐，如果呈黑褐色是腐蚀产物，灼烧时如果嗅到焦糊气味是有机含碳化合物或碳水化合物。

碳酸盐垢的定量分析方法如下。

①垢样的制备和处理：在研钵中放入垢样研细至140〜170目（颗粒直径在0.1mm左右），称取4份试样，两份用于化验，两份用于灼烧减量的测定，每份试样以0.5g为宜，过多不利于灼烧，也难以分离洗涤。将用于化验的两份试样分别置于两个100mL烧杯中，加入10mL水湿润，再加入10mL盐酸，盖上表面皿使之在室温下溶解。待反应较慢时，用玻璃棒轻轻搅动使之溶解，如含有部分磷酸盐或铁的腐蚀产物时，可加热助溶。

②灼烧减量的测定：碳酸盐垢以碳酸钙为主，在灼烧时碳酸钙可失重44%而变成氧化钙，如含有氢氧化镁，则在灼烧时可失重41%而变成氧化镁。具体方法是将两组试样在烘箱中烘去表面水分，各称取0.5g置于已恒重的圮竭中，在850°C下灼烧2h，冷却后称重，以相差0.4mg以内为恒重，两份试样的测试结果相差小于0.1%为合格。

③氧化钙与氧化镁含量测定：由于试样已全部溶解，可直接测定经盐酸溶解的试液中的钙、镁量，对大量碳酸盐垢测定的经验表明，这种垢中90%以上是碳酸钙。如果水中硅酸盐及碳酸盐含量较低且设备不发生严重腐蚀时，其含量可达95%左右，因此，可用EDTA二钠盐滴定试样，将与之作用的物质折算为钙，再另取试样加入氢氧化钠，使镁以氢氧化镁沉淀形式除去，从而分别测出钙、镁含量。具体化验操作方法可参考相关的分析化验书，在此就不详细阐述了。如果测量碳酸根的含量，可采用酸碱滴定法或管式炉灼烧吸收法测量。

（2）硫酸盐垢：硫酸盐垢实际上不是单一的垢种，它一般与其他垢种同时存在，且通常所占的比例较小，约占1/3以下，但是由于它不溶于盐酸、硝酸、硫酸以及其他有机酸，也不溶于络合剂，垢中有硫酸盐存在时就变得极难清除。由于硫酸盐垢难以溶解除去，对受热面和传热面的热阻影响较大。因此，当它的含量在垢中达20%时，可以认为这种垢是硫酸盐垢。硫酸盐垢通常为白色或灰白色，有时呈粉红色，在受热面或传热表面上结成硬质薄层，附着牢固，质硬而脆，敲击铲刮时能呈小片状剥离，难以用常规的机械方法清除，也不能用酸洗除去。当设备无腐蚀现象时，硫酸盐水垢与其他碳酸盐、磷酸盐等较接近，但比它们更坚硬，附着更为牢固，当有腐蚀现象时，尤其是产生附着物下的局部腐蚀时，硫酸盐垢可能被染成黑红色或砖红色。定性处理硫酸盐垢可采用盐酸溶解后，向其中加入1%（质量分数）氯化钗溶液，若有大量白色沉淀产生，表明硫酸盐含量较高。

定量分析方法为：首先用10%的盐酸溶解，如溶解速度较慢，则应加热助溶，经过上述溶解操作，试样仍有白色残留物不溶时，可采取将试样与碳酸钠以1：8混合，在900C下加热2h，则硫酸盐与碳酸钠作用转化为碳酸盐和硫酸钠，再用盐酸溶解时，可以完全溶解。此项操作最好在钳中进行，为了使熔融物容易由堆竭中熔解脱出，可先将3倍垢样的无水碳酸钠与垢拌均匀，加入其中，再在固体混合物上覆盖与垢大致等量的无水碳酸钠。灼烧应在盖着的站竭中进行，站竭盖稍微错开一些，防止CO₂大量产生时将盖掀掉。将按上述处理过的试样，用盐酸溶解，定量到1L，移取200mL试液以沉淀法测硫酸根，换算为硫酸酹。再分别移取适量试液，用分光光度法测二氧化硅（偏硅酸酹），用分光光度法测铁，用EDTA二钠盐络合滴定法测钙、镁，用分光光度法测磷酸根和铜。

（3）硅酸盐垢：硅酸盐也不是单一的垢种，在垢中的含量较低，一般仅为20%左右，硅酸盐含量在20%以上或含20%以上的二氧化硅时，就将其称为硅垢，以与易溶垢相区别。硅酸盐呈白色，有时呈灰色，与碳酸盐、硫酸盐的颜色很相近，当设备有腐蚀现象时，尤其是局部腐蚀时，硅酸盐垢可被染成灰黑色。硅酸盐一般常与硫酸盐垢、碳酸盐垢、磷酸盐垢共存。当硅酸盐含量高时，会使垢层难以清除。将垢样置于5%稀盐酸中，甚至酸度增至20%时，并辅以加热处理，如果仍有一定量的白色沉淀不能溶解，则可认为剩余物是硅酸盐或硫酸盐。将不溶物滤出并清洗，直到滤液中加入1%硝酸银不产生浑浊时，加入氯化顿溶液也不出现浑浊和沉淀，则表明垢中含硅酸盐。其分析方法是：将硅酸盐垢按前述硫酸盐垢的处理方法熔融并溶解，然后将处理后的试样定容到1L。分别移取试样，用分光光度法测二氧化硅、铁及铝，用EDTA二钠盐滴定法测钙、镁，用分光光度法测硅酸根（酐）与铜。

（4）磷酸盐垢：在天然水中，磷酸根含量很低，一般不会生成磷酸盐垢，但在许多水质处理过程中，常在循环冷却水系统中投入聚磷酸盐作为缓蚀剂或阻垢剂，而聚磷酸盐在水中会水解成为正磷酸盐，使水中存在PO₄³-，它与钙离子结合会生成溶解度很低的磷酸钙析出附着在机体表面上，就形成了磷酸钙垢。这种垢影响传热，不易清除。因此，在投加有聚磷酸盐药剂的循环冷却水系统中，必须注意磷酸钙水垢生成的问题。

磷酸盐水垢外观为灰白色，质地较为疏松，仅有碳酸盐和磷酸盐的水垢呈灰白色，是由于磷灰石是灰色，如果伴有腐蚀产物，则呈灰红色或红褐色，锅炉或给水中加有氧化剂时，垢的颜色多呈灰黑色。磷酸盐水垢附着力较差，容易用机械的方法人工除去，不受热部分的磷酸盐垢松软，呈堆积状。磷酸盐垢随受热面的热流强度和金属温度升高而结垢严重，垢质也变得坚硬难除。磷酸盐水垢与碳酸盐水垢外形相似，而且常常含有一定量的碳酸盐垢，两者的区别在于磷酸盐垢在常温下，不能在5%以下稀酸中全部溶解，需要加热助溶或者用10%以上的酸且在较高温度条件下使之全溶。在用酸溶解磷酸盐垢时，由产生气泡情况可以了解其中碳酸盐垢所占比例的大小，如果基本不冒气泡，则是单独的磷酸盐垢。

分析方法如下：磷酸盐垢溶解之后，不能按照常规的系统分析步骤，对测定二氧化硅后的滤液以氢氧化钱沉淀铁、铝离子，这是由于试液中的钙、镁阳离子和磷酸根离子，会在试液碱化时以磷酸盐沉淀的形式析出，容易误把钙、镁的磷酸盐沉淀当成氢氧化铝，即所谓的“铝垢”。当测定二氧化硅的滤液通过氢型强酸阳离子交换柱，用比交换树脂体积略多的无机盐水冲洗，冲洗液与滤液混合在一起，用以测定磷酸根、硫酸根。用5%的盐酸再生和淋洗交换柱，将进入阳离子交换树脂的铁、铝、钙、镁、铜等阳离子置换出来，使其成为对应的氯化物，然后对其分析测定。磷酸盐垢往往混有碳酸盐垢，因此，也有必要进行灼烧减量测定，以便于分析结果校核。如前所述，将磷酸盐垢的阴阳离子分离之后，滤液用于测阳离子可将其定容到1L，再从其中移取少量试液以比色法测定磷酸根，折算为磷酸酹（P₂O5）的百分含量。硫酸根的测定可使用沉淀法，以硫酸顿的形式测试后折算为硫酸酹（SO2），阳离子由离子交换树脂置换出来后，可分别用EDTA二钠盐滴定法测定铁、铝、钙、镁，铜可用碘量法测量，铁、铜含量低时可用比色测定或用分光光度法测定。

（5）磷酸铁钠水垢：该种垢是特殊的磷酸盐水垢，可以看作是酸性磷酸盐与氢氧化铁的复合物。磷酸铁钠垢产生于高压锅炉，这是在锅炉有腐蚀而且以铁为主的腐蚀产物较多时产生的，此时，向锅炉中投加的磷酸钠可与亚铁离子作用形成沉积物，附着于锅炉水冷壁管表面。磷酸铁钠垢与磷酸盐垢相近，但是由于发生了腐蚀，垢层为黑褐色，该垢较疏松，易用机械法清除。这种水垢还可溶解在强碱中。磷酸铁钠只产生在高参数锅炉中，低压供热锅炉、热水锅炉、热交换器和循环冷却水系统中不产生此类水垢，锅炉受热结磷酸铁钠垢时，运行会出现一些特殊现象，炉水成分会有异常变化。通常是在不向锅炉投加磷酸钠而停止排污的情况下，锅炉升压过程中锅炉水的含钠量、电导率、磷酸根含量、含铁量、甲基橙碱度将自动升高，酚酥碱度下降或不变，pH值有所下降；当锅炉压力达到某一数值（例如90%以上额定参数）时，锅炉水的钠含量、电导率、磷酸根含量、含铁量、甲基橙含量自动降低，酚駄碱度和pH值会有所升高，这是由于锅炉受热面上的磷酸铁钠溶出和再生沉淀之故。

（6）铁铜垢：当水垢中铁和铜的氧化物含量超过90%时，尽管还有钙镁等碱土金属氧化物和碳酸軒、磷酸酹等成垢物质，也将其作为腐蚀产物看待。铁铜垢可以产生于任何受热面和传热金属表面，但是在介质温度较低的设备上它仅作为垢中夹杂物存在。随着介质温度升高，设备腐蚀力加重，腐蚀产物即铁、铜的氧化物在垢中含量也显著增加，在高参数锅炉的受热面上，附着物以腐蚀产物为主。铁铜垢以黑褐色为主，当水中含有丰富的水时多呈红色；在一般的锅炉和热交换器中氧的供应不足，多呈黑色。如果铁铜垢中含铜较多，铜可由于电化学作用而以金属形态存在，腐蚀产物呈紫红色，并能看到金属光泽。腐蚀坑中采集得到附着物层常呈贝状，边缘薄而中间厚。

铁铜垢的外观与钙镁垢明显不同，容易鉴别。由颜色变红或变黑，可以得知是以高价铁为主还是低价铁为主。如果垢样呈紫红色金属光泽，则其含铜量可达到50%以上，可以认为是铜垢。铁铜垢较硅酸盐垢和硫酸盐垢易溶，但是比碳酸盐垢和磷酸盐垢难溶解得多，它甚至难溶于常温的盐酸中。加热接近沸腾温度时，它可溶于20%以上的浓盐酸中，但耗时较长。在盐酸中加入少量硝酸并加热可使之溶解，这是由于在溶解过程中，亚铜离子和亚铁离子被氧化为高价化合物，破坏了溶解平衡的缘故。铁铜垢溶解后溶液中常有一定的颜色，如果垢中以铁为主时，溶液呈淡黄色，如果以铜为主时，呈淡绿色。用氨水中和铁铜垢的酸溶液可辅助鉴别。铁在中和至PHM6时，可产生棕红色絮状氢氧化铁沉淀；若pH值继续升高，铜可生成蓝色氢氧化铜沉淀，如果含铜量较高时，在过量的氨水中可生成深蓝色的铜氨离子。

铁、铜垢实际上是腐蚀产物，其中混杂有钙、镁盐类和对应的磷酸根，其他成分较少。具体分析方法如下：

①灼烧增量的测定：也可利用前述的灼烧反应进行定量分析，铜铁垢的灼烧氧化反应比碳酸盐垢灼烧热分解速度慢。因此应使用底面积较大的瓷石堆竭盛试样，将试样尽量摆开成薄层，灼烧时间延长到3〜4h。

②试样的溶解与分析操作：铁铜垢即使在热的10%的盐酸中溶解速度也较低。因此应将磨细的试样置于100mL烧杯中，用水湿润后，加入15%的盐酸10mL在水浴上加热分解，另外，再加少许浓硝酸加速垢样分解。将试液稀释定容到1L后，分别称取试样，用EDTA二钠盐测定铁、铝、钙、镁、锌，由于铝、铜、磷酸根等的含量较少，可用分光光度法测定。

（7）油垢和积蜡：油垢是黏质油为主体的，混杂有一些固体尘粒或一些疏油性水溶液而形成的黏稠状富油沉淀或絮凝状乳化油泥。油料的黏度越高，越容易形成难以用水冲洗的油垢。在原油输送管线及贮罐中，常常因积蜡的形成而影响管线的输送能力并减小贮罐的有效容积。根据油垢的成分可以将其分为两种类型，由黏质油和尘粒结合生成的油垢和黏质油和水溶液作用生成的垢物，煤焦油垢是比较典型的由黏质油与尘粒结合形成的油垢。油垢一般呈黑色、黏稠状液体，有时因系统运行时间较长，工作温度较高成略有弹性的块状固体附着在设备表面。

油垢因其较为特殊的成因，很易鉴别。在许多油路系统，贮运油的设备中都易产生此类污垢。煤焦油垢成分比较复杂，基本上由有机物组成，不溶于普通的无机酸，但可溶于有机溶剂。用溶剂处理时，开始油垢慢慢变软，也可添加一些表面活性（HLB值在7.0以下），能提高亲水性污垢的分散能力。随着浸泡时间的增加，可以明显发现部分的垢溶解，黏稠度大大下降。适当加热可以降低煤焦油的黏度和表面膜强度，增加其流动性。采用较强的有机溶剂处理此类污垢时，基本上可以使其全部溶解。由于海水侵蚀油船而造成的原油淤浆，是典型的由黏质油和水溶液作用而生成的油垢。此类污垢属不稳定体系，垢内各组成之间是以松散结构交织在一起，添加HLB值较高（大于13〉的表面活性剂作为淤浆破碎剂，使油包水型淤浆不稳而使水凝聚出来，也可同时添加碳酸钠中和游离酸，它的盐析效应也会促进水的分离，使垢消除。

蜡是指原油中十六烷以上的正构烷桂混合物。通常蜡溶解于原油中，它在原油中的溶解度随其分子量的增大和熔点的升高而下降，也随原油密度和平均分子量减少而增加，因此随着温度、流速、组成等条件的变化，蜡从原油中逐渐析出来沉积在管线和贮罐的表面。积蜡中除了蜡外还含有一定量的胶质、沥青质、凝油。积蜡可采用表面活性剂加溶剂的方法溶解，对长输石油管线和贮罐中的积蜡，因含有一定数量的油馆分，可采用表面活性剂、有机胺及无机盐配制成的碱性水基清洗剂加热进行溶解，可取得非常好的效果。

（8）积炭垢：积炭垢主要发生在某些燃气、燃油设备上，附着在设备上的积炭，是油或气中的某些高链物和其他有机物燃烧的产物附着在设备表面而形成的。

积炭垢经常发生在汽轮机内部的燃烧室里。由于空气过滤器使用一段时间后，过滤效率和效果都会下降，空气中的某些杂质被带入到汽轮机内，当气化油或天然气燃烧时，在初始阶段由于燃烧膛内温度很低，燃烧的气体在接触器壁时反应温度骤降，造成反应物在器壁附近的不完全燃烧。最初反应物是以油状物或高链物形式分解形成漆状膜，与金属结合得非常牢固，如果这种状态在高温下持续较长的时间，漆状膜会进一步分解，使其以炭的形式附着。由于积炭垢的特殊性状及其产生的特殊环境，因此很容易辨别，除汽轮机外，一些反应器中也会产生积炭垢。其生成机理基本上和汽轮机相同，都是由于反应不充分造成的。

积炭垢一般为黑色固体，在不同的反应器中生成的垢的物理性质也不同。反应器中的积炭垢一般由于混有其他杂质，生成的积炭垢较厚，质地坚硬，附着力好，不易剥离。纯粹的积炭垢几乎很难溶解，相当强的有机溶剂如二氯甲烷、二氯乙烷等对其溶解效果都不太好，只能依靠将其垢中起支持、连接的可溶性有机物逐步溶解后，使整个垢样与设备脱离的办法来处理。相比较而言，汽轮机中的积炭垢较易处理，可釆用有机溶剂的办法，也可采用乳化煤油的办法。乳化煤油由于黏度较大，加之煤油的溶剂作用，可有效地除去汽轮机等设备内部的积炭垢，许多国外公司已将此方法明确写入操作说明中。

（9）尿素垢：化肥厂尿素装置，无论生产工艺是水溶液循环法，还是二氧化碳汽提法、氨汽提法，在运行一段时间后，分解加热器物料通过的一侧均会积结一层污垢。这层污垢有的致密坚硬，有的又黏又稠，采用一般的化学清洗方法难以除去，故人们俗称之为“尿素难溶垢”。

“尿素难溶垢”的传热系数很低，严重影响传热效率，致使尿素工厂加热蒸汽耗量增加，工艺物料流通受阻，分解效果下降，工艺指标难以维持，生产成本加大，而且会引发新的腐蚀问题。

国外的清洗方法是EDTA法。这一方法的基本要素是：温度140〜150℃，EDTA10%-15%（质量分数），缓蚀剂添加量为0.10%〜0.25%，表面活性剂添加量为0.3%。国内的清洗方法是采用HF-001清洗剂（有机酸或螯合剂并含有少量的还原剂）清洗尿素难溶垢，基本特点是：温度130〜150°C，HF-001，10%〜20%（质量分数），表面活性剂（烷基酚聚氧乙烯醚）0.2%〜0.4%，缓蚀剂0.5%。此外，高压水力清洗也取得了令人满意的效果。总之，清洗剂和清洗方法的选择要根据腐蚀试验、结垢溶垢实验、垢层分析结果、经验、经济性等多方面因素来确定。

（10）大气尘垢：大气尘垢的成分往往非常复杂，但总体来说相对较易溶解清洗。尘埃用清洗液中加表面活性剂的方法即可除去，清洗液应选择酸碱性较弱的溶液，当尘埃中含有少量的油污时，可以考虑加少量有机溶剂配制成乳化液，从而加强对尘埃中的油分溶解速度。

（11）微生物污垢：在循环冷却水的工作温度下，微生物生长旺盛，许多阻垢剂常常是微生物的营养源，因此，微生物黏泥的生长和污塞作用是冷却水及低温换热器的危害之一。微生物是低等生物的统称，一般是指细菌、真菌、藻类和原生动物。它们繁殖速度快，短时间内可形成很大的群体。

为有效地防止冷却水系统微生物垢的形成，往往要了解细菌的种类、数量，以便有针对性地杀灭。鉴别时，先从冷却水系统取出样品，将样品接种在细菌可以迅速生长的培养基中。经过一定时间后，可以测量细菌增殖的效果或计数正在生长的细菌菌落。选择对于所关心的细菌生长具有某种专一性的培养介质和培养条件，就可在不同的细菌之间做出区别。用显微镜检查，或者观察试验所生长的细菌菌落，可更肯定地做出鉴定。

①铁细菌的培养与鉴定：用铁细菌培养基进行培养。常用的培养基为柠檬酸铁钱10g，含结晶水的硫酸镁0.5g，硫酸亚铁鞍0.5g，磷酸氢钾0.5g，氯化钙0.2g，硝酸钠0.5g，琼脂20g，共溶入1L去离子水中，调pH值至6.8~7，120°C下灭菌20min。做成平板后，将适度稀释的水样接种于平板上，在28〜309下培养3d，如果有黄白色菌落即是铁细菌。也可用硫酸猛0.1g、琼脂20g于1L水中，调pH值到7.8〜8，灭菌20min。

在同样条件下培养，在培养基上出现棕黑色菌落即是。镜检时，会发现铁细菌为丝状，盖氏铁柄杆菌则纠结在一起。用化学方法检查时，猛培养基的菌落检出有铁离子则可确认。

②硫细菌的培养和鉴定：用硫化钾8g，磷酸氢二钾0.2g，氯化钱g，氯化镁0.1琼脂20g，在1L去离子水中，120°C下灭菌20min。将适度稀释的水样接种在该培养基平板上，于30°C培养3〜5d，或者先在液体培养基中同样条件下培养3〜5d，再把液体培养物转接于固体培养基平板上，如果出现黄白色或红褐色菌落，可能分别是硫丝菌及红硫菌。在液体培养基中加入1%氯化顿溶液，如果有白色沉淀产生，表明是硫细菌。如果反应不明显，可延长培养时间到10d以上，或使用10%氯化领溶液检验。硫酸盐还原细菌是厌氧菌，在缺氧条件下培养。为此可使用大试管盛培养液，接种后用胶塞塞紧，再以石蜡封固。溶液应盛满试管而不存留气泡。所用的培养基为氯化钠5g，含结晶水硫酸镁2g，硫酸钠1g，氯化鞍1g，磷酸二氢钾0.5g，氯化镁0.1g，硫酸亚铁鞍0.1g，70%的乳酸钠溶液5mL，去离子水1L，调pH值为7.2，在120°C下灭菌20min，装入试管中接种适度稀释的水样1mL。在30°C下培养7d，观察是否出现黑色的硫化铁或嗅到有硫化氢味。应和不接种的空白培养液对比，以此确定。

③细菌总数测定：使用肉汤琼脂培养基进行测定。根据水的含菌量不同对水样作适度稀释，至少对两种不同稀释程度的水样进行培养测定。在两个以上灭菌平皿中，分别注入0.1mL稀释水样，加入已溶化且冷至40°C以下的肉汤琼脂培养基，混合之后将各接种水样的培养液分置两个培养皿中，其中一个在室温下培养，另一个在37°C下培养。24h后对平皿菌落计数。室温下得到水中固有菌数，37°C下为大肠菌。对菌落数为25〜250的平皿进行计数，将其平均值乘以稀释倍数，求得每毫升中的活菌数。肉汤琼脂培养基的制取方法是：取500g去掉油骨及筋的牛肉，绞成肉泥，加入1L自来水，在50°C下泡30min，用粗布过滤，滤去肉渣，肉浆内以溶解性蛋白质为主。将肉浆煮沸30min，使蛋白质凝固，用粗滤纸过滤，得到的肉汤备用。另取蛋白腺10g，氯化钠5g，置于蒸憎水中加热溶化，稀释到1L，调pH值为7.4，煮沸以粗滤纸过滤。上述两溶液均在120℃下灭菌15min。将蛋白腺溶液加入肉汤中，调pH值到7.2〜7.6用以进行细菌培养。

④微生物垢的判断：微生物垢呈淡红色，可能有铁细菌存在。将微生物垢用盐酸处理，加入硫氧酸钱后呈红色，证明有铁离子存在。将溶液用氢氧化鞍中和后，红色褪去而产生氢氧化铁絮状沉淀。未经酸处理的微生物膜直接加硫氨酸鞍则检不出铁离子，表明铁存在。