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防垢知识点

冷、热水系统中,换热器、输送管道、泵阀等设备的结垢现象十分普遍,水垢会缩短设备使用寿命、加快金属腐蚀,导致维护费用增加,对设备的安全运行构成威胁,由此产生的经济损失巨大。因此解决系统的积垢问题具有重要意义。

一、水垢的形成

       水垢是具有反常溶解度的难溶或微溶盐,易在器壁尤其是金属表面处析出沉积。其形成过程为:微细结晶在过饱和溶液中处于溶解-结晶的亚稳定状态,结晶在器壁聚集黏附并有序长大,结成水垢。水垢是否形成主要取决于盐类是否过饱和及其结晶的生长过程,与成垢离子、水质情况、器壁形态等密切相关。系统中的成垢离子越饱和、水的硬度越高,结垢倾向越严重;粗糙的金属表面和杂质对结晶过程也有催化作用,会促进水垢析出。

       大部分水垢外观呈白色或灰白色,质硬且致密,以碳酸盐、硫酸盐、磷酸钙盐和硅酸盐的钙镁盐为主,其中典型的是碳酸钙垢,此外工业锅炉中还可能产生铁垢和铜垢等。

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二、水垢防治办法

       水垢的防治方法有阻垢和除垢2种,前者是抑制或消除结垢,后者是对系统中已经形成的垢进行清除。

       防垢方法有化学法、物理法、生物法、化学/物理法,主要对化学法及物理法进行介绍。

1、化学方法

       化学防治方法主要有石灰软化法、加碱沉淀法、碳化处理、加酸处理、离子交换软化法和投加阻垢剂法等,前4种方法比较传统,效果直接但耗费药剂量大,产生的废液需进行处理,应用成本较高,因此已逐渐淘汰。目前国内外较为先进的处理方法为离子交换软化法和投加阻垢剂法。

(1)离子交换软化法

       离子交换软化法采用钠型阳离子交换树脂对硬水进行处理,水中的Ca2+、Mg2+等与Na+发生交换,并与树脂结合,该方法可除去水中的Ca2+、Mg2+结垢离子,达到阻垢目的。离子交换法可以起到深度软化水的效果,但是设备在使用过程中需重复再生。

(2)投加阻垢剂法

       目前水处理系统中采用的阻垢剂主要为阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂。阻垢缓蚀剂有无机聚合磷酸盐、有机磷酸盐,循环水系统多采用有机多元磷酸。阻垢分散剂主要是中、低分子质量的水溶性聚合物,包括均聚物和共聚物2大类,均聚物有聚丙烯酸、聚环氧琥珀酸、聚天冬氨酸及其钠盐等;共聚物的品种较多,以丙烯酸系和马来酸系的二元或三元共聚物为主,还有磺酸类共聚物和含磷共聚物等。

2、物理方法

       物理方法主要是利用电、磁、光、声等技术阻垢或除垢,典型的物理控垢方法有物理清洗、采用防腐阻垢涂料及非金属材料换热面、膜法水处理、静电水处理、电子水处理、磁化处理和超声波处理等。其中物理清洗只能清除已生成的老垢,但其操作简单,适用于对控垢要求不高的场合;采用防腐阻垢涂料及非金属换热面可改变设备材料的表面性能,使成垢离子难以在接触设备上沉积,达到阻垢目的,但由于施工复杂,应用场合受到限制。目前采用的典型物理方法有膜分离法、磁化处理法、静电水处理法、电子水处理法、超声波水处理法等。

(1)膜分离法

       该方法以膜作为分离介质,通过膜两侧的推动力(压力差、浓度差、电位差等)使水与微粒分离。膜法水处理主要有纳滤和反渗透。反渗透法一般应用在锅炉上,对硬度离子的去除率达到90%以上。纳滤膜(孔径1.0~3.0 nm)可使水中大部分单价离子透过,而二价离子和高价离子如Ca2+、Mg2+、SO42-、Fe3+等基本不透过,其硬度去除率能达到90%以上。

        使用膜法除垢的主要问题之一是膜污染。在膜工作过程中,水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜面或膜孔内发生吸附、沉积,导致膜孔变小或堵塞,使膜产生透过流量和分离特性的不可逆变化,需进行重新清洗,处理成本增加。