除垢先锋
——硫酸盐垢除垢剂的发展及应用研究进展

赵大洲，毕思彤，苗嘉敏，种一碧，武宇杰，魏景博

（陕西学前师范学院化学化工学院，陕西西安，710100）

0 引言

水垢是水中溶解的无机盐类沉积在管道、设备表面所形成的固体结晶物。水垢的积聚会导致设备的效率下降、能源浪费并使设备寿命缩短。因此，制备高效、绿色、有针对性的除垢剂，成为目前的研究热点。硫酸盐垢是油田开发过程中经常遇到的一种结垢类型，由于硫酸盐垢的硬度很大，因此在石油开采过程中常常需要对其进行除垢处理。近年来，国内外学者对硫酸盐垢及其除垢剂进行了大量研究，并取得了一定的成果［1］。表1 是目前除垢剂的类型及其清垢类型与优缺点汇总。

表1 除垢剂类型及其清垢类型与优缺点

在国外，化学除垢剂的发展较早，主要应用于油田，尤其是石油生产。国外较为著名的化学除垢剂有：美国PRESENTECHNOXTM 公司的 STA，加拿大 CRD公司的PCC-1、PCC-8 等，德国的ZYZ-公司的FM-6050 和FM-6700，美国的 TURNICE 702 等。而在国内，化学除垢剂主要应用于油田开发过程中，如中油石油公司和胜利石油管理局等单位。目前，国内外除垢方法主要有化学除垢法、热洗除垢法、电化学除垢法、超声波除垢法等［2，3］，其中化学除垢法是目前使用最多的方法，现在研究人员常常通过酸和碱的反应来除去硫酸盐垢，但传统的化学除垢剂易产生腐蚀，且除垢剂对油井设备有一定伤害。硫酸盐垢属于难溶盐类，其溶解性较差，通常采用热洗的方法来清除硫酸盐垢，因此开发新型高效的硫酸盐除垢剂对提高油田开采效率具有重要意义［4］。

2010 年，郭丽梅课题组研究了以DTPA 为主剂的除垢剂溶液，与EDTA、EDTA-Na2相比能更好地溶解硫酸盐垢［5，6］。2013 年，姜伟课题组使用土酸、表面活性剂（洗油剂）、缓蚀阻垢剂等配成土酸清垢剂，现场实验碳酸盐清垢率达到90%以上［7］。另外，有大量课题组对硫酸盐除垢剂的制备及其应用进行了深入研究与综述，多侧重于进行有机络合清垢剂配方优化的研究。本文则侧重讨论硫酸盐除垢剂的研究进展，并阐述未来可从哪些角度提高硫酸盐除垢剂的反应性能。

1 硫酸盐垢除垢剂的研究进展

硫酸盐垢除垢剂作为一种常用的清洁剂，在去除水垢方面发挥着重要的作用。它的工作原理是利用硫酸盐的强酸性，与水垢中的钙、镁等金属离子反应，将其溶解或转化为不溶于水的化合物，从而实现除垢的效果。它可以有效地去除水中的垢和积垢，保持管道和设备的正常运行。成都科技大学与长庆油田共同研制的BS-2E，BS-2E 防垢剂（马来酸/醋酸乙烯酯的二元共聚物与有机磷酸盐复配）对于抑制 BaSO4、SrSO4结垢有很好的效果［8］。2008 年中国石油大学石油工程院系课题组进行了离子液体用作除硫酸钙垢剂的探讨，通过用体积为1L 的性质各不相同的离子液体去除硫酸钙垢，研究了离子类型垢尺寸与温度对除垢效果的影响，实验结果说明（CH2CH3）3NHAl2Cl7对硫酸钙垢有良好的溶解能力与较快的除垢速度。随着科技的不断发展，对硫酸盐除垢剂的研究也在不断进行。

1.1 硫酸盐垢除垢剂成分的优化［9］

硫酸盐除垢剂虽然能去除水垢和钙镁盐沉积，但对于某些较顽固的垢层可能效果不佳。通过调整复配比［10］、提高活性成分的浓度，或者添加其他去垢剂辅助剂，可以提高其清洁效果。同时，可以开发出一种可以迅速剥离垢层的改良剂，从而加快去垢速度。利用新的化学物质，如螯合剂和表面活性剂，能够增强硫酸盐除垢剂的清洁效果。这些新成分能够更好地溶解垢和污渍，增强其除垢效果和清洁能力。

1.2 硫酸盐垢除垢剂在应用上的改进［11］

当前社会越来越注重环境保护，为了符合可持续发展的要求，改进硫酸盐除垢剂应考虑减少对环境的污染。研究者开发了一系列新型的清洁设备和技术，用于更有效地使用硫酸盐除垢剂。这些设备和技术可以控制除垢剂的使用量和浓度，减少资源浪费和环境污染，同时，还可以增强除垢剂的清洁效果，更好地保护设备和管道。目前硫酸盐除垢剂主要用于清洁管道和设备，也可以考虑扩大其适用范围。例如，可以用于清洁家电、厨房用具或者家具等不同类型的表面。

1.3 硫酸盐垢除垢剂的储存和运输上的创新

硫酸盐除垢剂的储存和运输的创新包括改进包装材料、适配运输工具、定期质量监测、改进储存设施，以及安全培训和操作规范等方面。采用耐腐蚀性能更好的包装材料和密封技术，可以降低产品泄漏和腐蚀容器的风险；适配合适的运输容器和槽车，以及考虑气候条件的变化，可以提高运输过程的安全性和稳定性；定期质量监测有助于发现潜在问题并及时调整和改进；改进储存设施，建设现代化的仓储设施，利用自动化和智能化管理提高效率，进行安全培训和制定操作规范有助于减少事故的发生。这些创新将提高硫酸盐除垢剂的储存和运输的安全性、效率和可靠性，同时保护产品质量，减少环境风险，并为生产商和用户带来更好的效益和体验。创新的最终目标是在符合法律法规的基础上满足可持续发展的要求。新型的储存和包装技术能够延长除垢剂的保质期，并降低运输成本。这些新技术还可以减少除垢剂在储存和运输过程中的损耗并降低泄漏风险，减轻对环境的影响。

科研人员正在努力通过改进和优化除垢剂的成分［12］，研发新型除垢剂［13］，改进应用技术，以及创新储存和运输技术，提高硫酸盐除垢剂的效果和环境友好性［14］。相关成果有望为清洁和除垢领域带来新的突破和发展。

2 硫酸盐垢除垢剂作用机理

硫酸盐垢是指硫酸盐在水中形成的沉淀物，常见的硫酸盐垢包括钙硫酸盐垢、镁硫酸盐垢和铁硫酸盐垢等。这些硫酸盐垢会在水处理设备、管道、锅炉和热交换器等设备中积聚，导致设备性能下降，甚至引发严重的故障。硫酸盐除垢剂通过其特殊的作用机理能够有效地清除这些垢，保持设备的正常运行［15，16］。因此，研究硫酸盐垢除垢剂的作用机理对于解决这一问题具有重要意义。硫酸盐垢除垢剂的作用机理主要包括物理作用、化学作用和生物作用三个方面。

第一，物理作用是硫酸盐垢除垢剂起作用的最基本机理之一。物理作用主要包括机械冲刷和溶解作用。机械冲刷是指硫酸盐垢除垢剂中的颗粒物质通过与硫酸盐垢的摩擦力和冲击力，使硫酸盐垢从设备表面脱落；溶解作用是指硫酸盐垢除垢剂中的化学物质与硫酸盐垢发生反应，使硫酸盐垢溶解于溶液中，从而达到除垢的目的。

第二，化学作用是硫酸盐垢除垢剂作用的另一个重要机理。化学作用主要包括络合作用和离子交换作用。络合作用是指硫酸盐垢除垢剂中的化学物质与硫酸盐垢中的金属离子形成络合物，改变硫酸盐垢的结构，从而使其溶解于水中［17］；离子交换作用是指硫酸盐垢除垢剂中的离子与硫酸盐垢中的离子发生交换反应，使硫酸盐垢的结构发生改变，从而实现除垢效果。

第三，生物作用是硫酸盐垢除垢剂作用的一种特殊机理。生物作用主要是指硫酸盐垢除垢剂中的微生物通过与硫酸盐垢的生物化学反应，降解硫酸盐垢的有机成分，从而实现除垢效果。这种机理主要应用于一些特殊环境中，如污水处理设备和生物反应器等。

硫酸盐垢除垢剂的作用机理是一个复杂的过程，涉及物理、化学和生物多个方面的相互作用。只有深入研究硫酸盐垢除垢剂的作用机理，才能更好地应对硫酸盐垢问题，保证设备的正常运行和延长设备的使用寿命。因此，我们需要加强对硫酸盐垢除垢剂作用机理的研究，推动相关技术的发展和应用。

3 硫酸盐垢除垢剂的应用领域

硫酸盐垢是一种常见的问题，广泛存在于工业生产和日常生活中。它会在管道、设备和器具表面形成厚重的沉积物，对其正常运行和效率产生负面影响。为了解决这一问题，研究人员一直在努力开发有效的硫酸盐垢除垢剂。这些除垢剂可以有效地去除硫酸盐垢，并在工业和家用领域具有广阔的应用前景。

硫酸盐垢除垢剂在工业领域具有巨大的潜力。工业生产中经常使用各种设备和管道，这些设备和管道容易受到硫酸盐垢的影响。硫酸盐垢的积聚会导致设备的性能下降，能源消耗增加，并可能引发设备故障。使用硫酸盐垢除垢剂可以帮助工业企业解决这些问题，提高设备的运行效率，减少能源消耗，并降低维修成本。

硫酸盐垢除垢剂在家用领域也具有广泛的应用前景。在家庭生活中，硫酸盐垢常常会在水龙头、淋浴头和水壶等设备中积聚。这些垢层不仅会影响水流的畅通，还可能影响设备的寿命。通过使用硫酸盐垢除垢剂，家庭用户可以轻松去除这些垢层，保持设备的正常使用，并延长设备的使用寿命。

硫酸盐垢除垢剂还可以在环境保护领域发挥重要作用。硫酸盐垢通常是由于水中的钙、镁等离子与碳酸根离子结合形成的。这些硫酸盐垢进入环境中后，会对水体和土壤造成污染。使用硫酸盐垢除垢剂，可以有效地去除水中的硫酸盐垢，并减少对环境的污染。

尽管硫酸盐垢除垢剂具有广阔的应用前景，但在使用过程中仍需注意安全性和环保性［20］。一些传统的硫酸盐垢除垢剂可能含有有害的化学物质，对人体和环境造成潜在的危害。因此，研究人员需要不断努力，开发更安全、更环保的硫酸盐垢除垢剂，以满足人们对健康和环境保护的需求。

4 硫酸盐垢除垢剂的展望

随着工业化进程的加快和人们对环境保护的日益重视，硫酸盐垢问题逐渐成为一个全球性的挑战。硫酸盐垢是一种由硫酸盐沉积物形成的固体残留物，常常会在管道、锅炉、热交换器等设备中堆积，导致设备性能下降和能源浪费。因此，研发高效的硫酸盐垢除垢剂成为当前工业界和科研领域的热点。

硫酸盐垢的积聚会导致设备的热传导性能下降，从而影响设备的工作效率和能源利用率，而使用高效的硫酸盐垢除垢剂，可以有效地清除设备中的硫酸盐垢，提高设备的热传导性能，降低能源的消耗，实现能源的节约和环境的保护。

硫酸盐垢的积聚还会引发设备的腐蚀问题，导致设备的寿命缩短。硫酸盐垢除垢剂可以有效地清除设备中的硫酸盐垢，减少设备的腐蚀，延长设备的使用寿命，降低设备维修和更换的成本，提高设备的可靠性和稳定性。

硫酸盐垢除垢剂的研发还可以为相关行业的发展提供支持。例如，在石油炼制、化工生产、电力发电等行业中，硫酸盐垢的问题是普遍存在的，而研发高效的硫酸盐垢除垢剂，可以为这些行业提供解决方案，促进其发展和进步。

然而，目前硫酸盐垢除垢剂的研发仍面临一些挑战。首先，硫酸盐垢的形成机理复杂，不同的硫酸盐垢具有不同的化学性质和物理性质，因此需要针对不同类型的硫酸盐垢开展研究，并开发相应的除垢剂。其次，硫酸盐垢除垢剂需要具备高效、环保、经济等特点，以满足工业生产的需求。因此，在研发过程中需要注重技术创新和工程应用的结合，提高硫酸盐垢除垢剂的性能。

5 结论

硫酸盐除垢剂作为一种重要的化学物质，随着环保理念深入人心，环保型硫酸盐除垢剂逐渐成为研究热点，其不仅可以实现可持续发展和环境友好型社会的战略，还可有效解决采油率降低，设备垢卡，油井停产、报废及相关生产安全问题。因此，环保型硫酸盐除垢剂在工业领域的应用前景广阔。通过深入研究硫酸盐除垢剂的作用机理并持续改进其配方，我们可以提高其除垢效果和清洁能力。未来的研究应更加注重开发出高效、环保、低成本的硫酸盐除垢剂来提高其环境友好性和稳定性，以进一步推动其应用的发展。