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各种垢层的形成及性质

发表时间:2020-11-02

                                各种垢层的形成及性质

       弄清楚垢层的形成原因、条件和物性,是用化学清洗法有效地去除垢层的前提,同时也有助于防止或减轻结垢。物体表面结垢的类型是多种多样的,它与物体所处的介质环境直接相关。据此,我们可把所有的污垢分成以下几类展开讨论。即:水垢,锈层,微生物污泥,大气尘垢,油垢,聚合物垢。

 水垢

水垢形成的原因和现象

天然水中溶解有各种盐类,如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、磷酸盐、硅酸盐等,其中以溶解的重碳酸盐如Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2,最不稳定,容易分解生成难溶的碳酸盐。因此,如果使用重碳酸盐含量较多的水作为冷却水,当它通过换热器传热表面时,会受热而发生下式热分解反应:

                  Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2

冷却水通过凉水塔时,相当于曝气作用,溶解在水中的CO2会逸出,水的PH值会升高,此时,重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下的中和反应

        Ca(HCO32+2OH- -CaCO3+2H2O+CO32-

         当水中溶有大量的氯化钙时,还会产生如下置换反应

                CaCL2+ CO32-CaCO3+2CL-

             此外,如水中溶有适量的碳酸盐时,又会将氯化钙转化成磷酸钙,其反应为

                2PO43-+3CaCL2Ca(PO4)2+6CL-

         上述一些列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属位溶性盐,它们的溶解度比起氯化钙和重碳酸钙来要小得多。例如:在20℃时,氯化钙的溶解度是37700mg/L。在0℃时,重碳酸钙的溶解度是2630 mg/L,而碳酸钙的溶解度只有20 mg/L,碳酸钙的溶解度就更小,是0.1 mg/L。此外它们的溶解度与一般的盐类不同,不是随着温度的升高而升高FAI,而是随着温度的升高而降低。因此,在换热器传热表面上,这此微溶性盐很容易达到饱和状态,而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时,这些结晶沉淀物就容易沉积在传热表面上。

         此外,水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等,当其离子浓度的乘积超过各自的浓度积时,也会生成沉淀,沉积在传热表面上。

         这些水中含的盐类沉积在换热器传热表面上就形成了通常所称的水垢。该水垢系无机盐类组成,故又称为无机 。此外,这些水垢结晶致密,比较坚硬,所以又称为硬垢。

        大多数情况下,换热器传热表面上形成的水垢都以碳酸钙为主。这是因为硫酸钙的溶解度大于碳酸钙,在0℃时,硫酸钙的溶解度是1800 mg/L,比碳酸钙约大90倍,所以碳酸钙比硫酸钙容易析出。此外,在一般天然水中溶解的磷酸盐较少,因此,除非在水中投加过量的磷酸盐,否则磷酸钙水垢的出现也较少。

        锅炉用水虽然要经过软化处理,但仍难免有水垢生成。锅炉水垢可分为积结在受热面的坚硬的或松软的水垢和沉积在锅炉下部的泥垢。它的成因,主要是因为锅炉给水中含有一定数量的钙镁盐类,这些盐类在锅炉内部受气压、温度的影响起物理和化学变化而形成水垢,具体地说,就是水中某些溶解盐类,由于炉水温度升高,或因溶解度降低而沉淀出来,或因分解而形成的难溶的盐类。如硫酸钙、硅酸钙和硅酸镁在温度升高时,其溶解度急剧降低(硫酸钙的溶解度在20℃为2980ppm,40℃为2010ppm,100℃为670ppm,200℃为76ppm)。重碳酸钙和重碳酸镁遇热分解成难溶的碳酸钙和氢氧化镁的沉淀物。同时,锅炉在连续给水、连续蒸发过程中,纯净的水变成蒸汽由锅炉送出,使其水中的盐类留在炉内不断浓缩,含量不断升高,在炉水中含盐程度达到饱和。甚至过饱和状态时,一些钙、镁盐类就从水中析出,生成沉淀物。这些沉淀物的一部分粘结在热负荷较大的受热面上,形成坚硬或松软的水垢;另一部分则悬浮在炉水中,随炉水循环而流动,当受热面处水循环不良,流速降低时,则沉积在受热面上形成二次水垢,或者沉积于流速本来就不高的锅筒、联箱下部,形成泥垢。泥垢可随定期排污而部分排出炉外,水垢则只有通过化学清洗才能除去。

 

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