循环水结垢原因与防止

循环水结垢原因与防止循环水结垢原因与防止 1 固相物的生成 形成污垢的原因 多组份过饱和溶液中盐类的结晶析出 有机胶状物和矿质胶状物的沉积 不同分散度的某些物质固体颗粒的粘结 某些物质的电化学还原过程生成物等 以上混合物沉积总称作污垢 形成水垢的原因 水中溶解盐类产生固相沉淀是构成结垢 水垢 的主要因素 其产生固相沉淀 的条件是 随着温度的升高 某些盐类的溶解度降低 如 Ca HCO3 2 CaCO3 Ca OH 2 CaSO4 MgCO3 Mg OH 2 等 随着水份的蒸发 水中溶解盐的浓度增高 达到过饱和程度 在被加热的水中产生化学过程 某些离子形成另一些难溶的盐类离子 具备了上述条件的某些盐类 首先在金属表面上个别部分沉积出原始的结晶胚 并以此为核心逐渐合并增长 之所以易沉积于金属表面 这是因为金属表面 在微观上具有一定的粗糙度 微观上的凹凸不平成为过饱和溶液中固体结晶核 心 同时加热面上的氧化膜对固相物也有很强的吸附力 作为构成水垢的盐类 钙镁 在过饱和溶液中生成固相结晶胚芽 逐变而为颗粒 具有无定形或 潜晶型结构 接着互相聚附 形成结晶或絮团 固相沉渣的生成与胚芽核心的 生成速度有关 即与单位时间内出现的结晶核数量与结晶生长的线速度有关 而这两个因素又与水温和水中含盐浓度及其它杂质的存在有关 2 重碳酸盐的分解 冷却水结垢的主要原因是因为水中含有较多的重碳酸钙 在加热过程中失去平 衡 分解为碳酸钙 二氧化碳和水 碳酸钙溶解度较低 因而首先在冷却设备 表面沉积下来 温度 压力等因素也影响结垢的强度与速度 重碳酸钙是反溶 解度盐类 在超过一定温度 临界点 时 其饱和浓度急剧减小 3 钙 镁碳酸盐水垢 碳酸盐水垢通常以致密的结晶沉淀在加热器壁面甚至冷却塔填料或壁上 但当 水温在过热面超过 100 时 CaCO3 沉淀是海绵状的絮状体 虽然 在沸腾温度 以下 也有可能出现硫酸钙的沉淀 但这只能是特例 因为硫酸钙的三种状态 CaSO4 2CaSO4 H2O CaSO4 2H2O 三者的溶解度都很大 因而在冷却水的 具体条件下 可以完全不必考虑硫酸钙的沉积问题 氢氧化钙的溶解度也是随 温度升高而降低的 但在一般情况下在水中不会生成氢氧化钙 因而也不必考 虑 重点在于钙镁的碳酸盐 Ca2 2HCO3 H2O CO2 CaCO3 Ca HCO3 2 CaCO3 H2O CO2 Mg HCO3 2 MgCO3 H2O CO2 MgCO3 的溶解度比 CaCO3 的溶解度大六倍以上 而且在水中的 MgCO3 会很快水 解 MgCO3 H2O Mg OH 2 CO2 在水中以 Mg OH 2 状态存在 而 Mg OH 2 的溶解度因温度升高所起的变化较慢 基本上很少会沉积 况且在天然水中的钙离子远远大于镁离子 镁盐的沉积 在数量上影响较微 可以忽略不计 4 垢成份及来源 污垢的分类 无机盐类的沉积称为 垢 它有固定晶格 比较硬 其主要成份为 Ca3 PO4 2 CaCO3 SiO2 镁盐和铁的氧化物 而有机物 菌类 藻类 悬浮物等称为 污 即水中呈胶体状的粘泥 它比较软 无固定形态 污垢成份 污垢包括水垢 腐蚀产物 生物污泥 悬浮物沉积等 其主要成份为 SiO2 P 2O5 SO42 Fe2O3 Al2O3 CaO MgO CuO CO2 灼烧减量等 污垢来源 胶体有机物泥 原水滓 污物 可溶性铁 微生物沾污物 灰尘 空气带入 活性气体 H2S SO2 NH3 等 源水垢 CaCO3 CaSO4 MgSiO3 腐蚀产物 F e2O3 循环水生产中泄漏物 烃 硫化物 微生物污垢 冷却水系统中的污垢 不单纯是钙镁碳酸盐的结垢沉积 污垢的成份及其形成 的因素是复杂的 结晶 溶解盐类的析出 以如前述 主要是钙 镁的碳酸盐 在热交换器加 热面上也有可能产生硅酸盐水垢 当水中 SiO2 含量 200PPM 时 以及含有 钙 镁 铝 钠等复盐的硬垢 而当水中磷酸盐和铁含量较高 而碱度又低时 则有可能产生铁磷酸盐的水垢 NaFePO4 结晶水垢的种类大致有 a 低温下的重碳酸钙热分解 CaCO3 松软水垢 b 高 PH 时 Mg OH 2 的沉积 Mg OH 2 c 壁面致密的碳酸钙 CaCO3 d 过剩的铁离子 FeCO3 沉积 腐蚀产物 粘土 砂尘的沉积 如补充水中带入的泥砂或悬浮物 进 冷却塔空气带入的微尘粒子 换热器中渗漏的工艺杂质 油脂 细菌 藻类 真菌类所生成的粘泥 这些沉积物往往吸附在化学反应晶体水垢表面上而对反 应起催化作用 加速了污垢的形成 反应与聚合 油泥 有机氧化物等的沉积 腐蚀所造成的糙壳 阻垢机理 水中的钙 镁离子与碳酸根 磷酸根等结合生成难溶的小晶体 这些小晶体不 断碰撞并按一定的方向增长变成大晶体 水中的钙 镁盐晶体及其不溶性微粒 同时受到两个力的作用 即与管壁上的水垢结合生成体积更大的垢的结晶力和 水流的剪切力 当结晶力较大时便易使垢增长 当结晶力较小时 如加入阻垢 剂后 或剪切力较大 如水流速较大的部位 时 垢无法增厚 水中的微粒只 能以水渣的形式被水冲走 增溶机理 有些阻垢剂能与水中的钙镁离子形成比碳酸钙等难溶盐更稳定的可溶解于水的 络合物 使钙 镁无法形成碳酸钙等小晶体 这种阻垢剂不但能阻垢 若浓度 达到一定程度 还能起到除垢的作用 晶格畸变的机理 阻垢剂的活性基团与碳酸钙等晶体上的钙结合 由于阻垢剂分子的空间阻扰 使碳酸钙等难溶盐无法按正常的晶格方向增长 结晶力被削弱 垢变得松软 易被水流冲掉 自解脱机理 阻垢剂分子与难溶盐小晶体共同沉淀形成垢 由于阻垢剂分子破坏了垢的晶格 顺序 垢之间的结晶力较弱 这种垢无法形成坚实的垢 只能形成软垢 随着 软垢的增厚 受到水流的冲击力也增大 当冲击力大于结晶力时 软垢与阻垢 剂分子一起脱落被水冲走 因此加了这种阻垢剂循环水只能结一层薄薄的水垢 分散机理 某些阻垢剂分子加入水中后能水解电离出高分子阴离子 这些阴离子能强烈地 吸附在水中的各种微粒表面 使这些微粒都带负电荷 由于静电相斥力的作用 这些带负电荷的微粒无法碰撞生成大晶体 只能呈分散状态悬浮于水中 控制结垢的措施 水的软化 用石灰软化法 反渗透法或离子交换法对循环水作软化处理 降低或去除水中 的钙 镁离子 因无法形成饱和溶液而使水垢无法生成 软化水消除了生成水垢的隐患 却无法防止污垢的生成 同时 软水的腐蚀速 度要远远大于硬水的腐蚀速度 许多行之有效的常用缓蚀剂须有钙 镁离子才 能发挥作用 因此使用软水作循环水水源给缓蚀剂的筛选带来限制 加酸或通 CO2 气体 重碳酸盐在水中存在着下列平衡 Ca HCO3 2 Ca2 2HCO3 HCO3 H CO32 Ca HCO3 2 CaCO3 H2O CO2 从上述离解平衡可看出加酸或加 CO2 都可使 Ca HCO3 2 稳定 但这种方法只能 防止碳酸盐垢的形成 而对其它垢则不起作用 加酸若控制不当 如加酸过多 或加酸速度过快 造成局部浓度过高等 都易 造成金属的腐蚀 增加旁滤设备 对于敞开式冷却水系统来说 增加旁滤设备可有效地减缓污垢的生成 因为空 气带入的灰尘 菌藻的尸体 补充水带入的各种杂质可被旁滤设备过滤去除 但这种方法无法防止水垢的生成 电子处理 电子处理对小型系统或某一特定的对象 如冷凝器 有较好的防垢 除垢的效 果 但对大型系统或循环周期长的系统效果欠佳 投加阻垢剂 分散剂 从污垢的形成机理可看出 污垢的形成需先生成晶核 形成少量的微晶粒 这 些微晶粒由于布朗