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          各種垢層的形成及性質

          發表時間:2020-11-02

                                          各種垢層的形成及性質

                 弄清楚垢層的形成原因、條件和物性,是用化學清洗法有效地去除垢層的前提,同時也有助于防止或減輕結垢。物體表面結垢的類型是多種多樣的,它與物體所處的介質環境直接相關。據此,我們可把所有的污垢分成以下幾類展開討論。即:水垢,銹層,微生物污泥,大氣塵垢,油垢,聚合物垢。

           水垢

          水垢形成的原因和現象

          天然水中溶解有各種鹽類,如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽、硅酸鹽等,其中以溶解的重碳酸鹽如Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2,最不穩定,容易分解生成難溶的碳酸鹽。因此,如果使用重碳酸鹽含量較多的水作為冷卻水,當它通過換熱器傳熱表面時,會受熱而發生下式熱分解反應:

                            Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2

          冷卻水通過涼水塔時,相當于曝氣作用,溶解在水中的CO2會逸出,水的PH值會升高,此時,重碳酸鹽在堿性條件下也會發生如下的中和反應

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

                   當水中溶有大量的氯化鈣時,還會產生如下置換反應

                          CaCL2+ CO32-CaCO3+2CL-

                       此外,如水中溶有適量的碳酸鹽時,又會將氯化鈣轉化成磷酸鈣,其反應為

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

                   上述一些列反應中生成的碳酸鈣和磷酸鈣均屬位溶性鹽,它們的溶解度比起氯化鈣和重碳酸鈣來要小得多。例如:在20℃時,氯化鈣的溶解度是37700mg/L。在0℃時,重碳酸鈣的溶解度是2630 mg/L,而碳酸鈣的溶解度只有20 mg/L,碳酸鈣的溶解度就更小,是0.1 mg/L。此外它們的溶解度與一般的鹽類不同,不是隨著溫度的升高而升高FAI,而是隨著溫度的升高而降低。因此,在換熱器傳熱表面上,這此微溶性鹽很容易達到飽和狀態,而從水中結晶析出。當水流速度比較小或傳熱面比較粗糙時,這些結晶沉淀物就容易沉積在傳熱表面上。

                   此外,水中溶解的硫酸鈣、硅酸鈣、硅酸鎂等,當其離子濃度的乘積超過各自的濃度積時,也會生成沉淀,沉積在傳熱表面上。

                   這些水中含的鹽類沉積在換熱器傳熱表面上就形成了通常所稱的水垢。該水垢系無機鹽類組成,故又稱為無機 。此外,這些水垢結晶致密,比較堅硬,所以又稱為硬垢。

                  大多數情況下,換熱器傳熱表面上形成的水垢都以碳酸鈣為主。這是因為硫酸鈣的溶解度大于碳酸鈣,在0℃時,硫酸鈣的溶解度是1800 mg/L,比碳酸鈣約大90倍,所以碳酸鈣比硫酸鈣容易析出。此外,在一般天然水中溶解的磷酸鹽較少,因此,除非在水中投加過量的磷酸鹽,否則磷酸鈣水垢的出現也較少。

                  鍋爐用水雖然要經過軟化處理,但仍難免有水垢生成。鍋爐水垢可分為積結在受熱面的堅硬的或松軟的水垢和沉積在鍋爐下部的泥垢。它的成因,主要是因為鍋爐給水中含有一定數量的鈣鎂鹽類,這些鹽類在鍋爐內部受氣壓、溫度的影響起物理和化學變化而形成水垢,具體地說,就是水中某些溶解鹽類,由于爐水溫度升高,或因溶解度降低而沉淀出來,或因分解而形成的難溶的鹽類。如硫酸鈣、硅酸鈣和硅酸鎂在溫度升高時,其溶解度急劇降低(硫酸鈣的溶解度在20℃為2980ppm,40℃為2010ppm,100℃為670ppm,200℃為76ppm)。重碳酸鈣和重碳酸鎂遇熱分解成難溶的碳酸鈣和氫氧化鎂的沉淀物。同時,鍋爐在連續給水、連續蒸發過程中,純凈的水變成蒸汽由鍋爐送出,使其水中的鹽類留在爐內不斷濃縮,含量不斷升高,在爐水中含鹽程度達到飽和。甚至過飽和狀態時,一些鈣、鎂鹽類就從水中析出,生成沉淀物。這些沉淀物的一部分粘結在熱負荷較大的受熱面上,形成堅硬或松軟的水垢;另一部分則懸浮在爐水中,隨爐水循環而流動,當受熱面處水循環不良,流速降低時,則沉積在受熱面上形成二次水垢,或者沉積于流速本來就不高的鍋筒、聯箱下部,形成泥垢。泥垢可隨定期排污而部分排出爐外,水垢則只有通過化學清洗才能除去。

           

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