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水专业知识

水垢

添加时间:2018/12/18
水垢
       水垢一般都由具有反常溶解度的难溶或微溶的无机盐组成,又称为硬垢、水生垢、碱垢或矿物垢。
       在中央空调循环冷却水系统中,最常见的难溶及微溶盐类有碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙、硅酸镁、磷酸锌等。当这些盐类呈过饱和状态时,在一定条件下,可能在换热器的表面以水垢的形态析出。水垢是具有固定品格的无机盐类,以垂直于换热器表面的方向定向生长,与金属表面牢固结合,单一的水垢一般比较硬厚且致密。
       在直流冷却水或不加阻垢剂的循环冷却水系统中,当补充水中的钙硬度大时,常产生这种硬垢。水垢使换热器效率下降、系统阻力增加,严重时甚至使换热器堵塞,水垢对冷水机组性能的影响如下:
水垢对冷水机组性能的影响
水垢层厚度δ
(mm)
水垢热阻R
(m²K/W)
换热器传热系数[W/(㎡K)] 换热量增减情况(%) 溴化锂冷水机组 压缩式冷水机组
冷却水侧增减制冷量(%) 冷冻水侧增减制冷量(%) 机组总增减制冷量(%) 冷却水侧增减制冷量(%) 冷冻水侧增减制冷量(%) 机组总增减制冷量(%)
0 0 3880 129 108 106 114 102.9 104.7 107.6
0.075 0.000043 3326 114 104 103 107 101.4 102.2 103.6
0.15 0.000086 2915 100 100 100 100 100 100 100
0.30 0.000172 2331 80 92 94.5 86.5 98 96.8 94.8
0.45 0.000258 1942 66.6 86.5 90 76.5 96.7 94.6 91.3
0.60 0.000344 1664 57.1 81.5 86.5 68 95.7 93.1 88.8
        从中可看出:水垢热阻对制冷机性能影响很大,特别是对溴化锂吸收式冷水机组影响更大。
        水垢不易发生垢下腐蚀,一般不会使换热器造成腐蚀泄漏。换热器经酸洗除垢后,可以完全正常使用并恢复正常传热效率。通常水垢在沉积过程中,常与淤泥、黏泥、腐蚀产物混合在一起成为污垢,并不是单一的水垢。水垢的致垢离子基本上来自天然水,如钙离子、镁离子、硫酸根离子、硅酸跟离子、碳酸氢根离子等均由补充水带入。也有一部分致垢离子是由循环水带入的,如正磷酸根离子、锌离子等。其中正磷酸根离子多由聚合磷酸盐(六偏磷酸钠或三聚磷酸钠)水解而来。
1、难溶或微溶盐的溶度积
        在一定温度下,饱和溶液中所含某些盐类的量称为该温度下该盐的溶解度。一般在室温下(20℃),每100g水中该盐类的溶解度小于0.1g的为难溶盐,在1~1.0g的为微溶盐。水垢的组成多为难溶盐或徽溶盐。难溶盐或微溶盐的溶解度都很小,常用溶度积来表示其溶解平衡状况。
        难溶或微溶盐的饱和溶液中,当温度一定时,其离子的物质的量浓度乘积为一个常数,称为溶度积或溶解平衡常数。多离子的溶解平衡通式为当水中某些盐类离子的物质的量浓度乘积等于溶度积时,为饱和溶液;小于溶度积时,为不饱和溶液;大于溶度积时,为过饱和溶液。过饱和时,可能发生水垢沉淀。
2、难溶或微溶盐的过饱和
       应该说是中央空调循环冷却水系统的条件使难溶或微溶盐类可能达到过饱和。其原因主要有
以下方面。
     (1)由于浓缩倍数的提高,使补充水带入的大部分离子都成倍增长,也就是使一些难溶或溶盐类在水中的含量提高了数
倍,但应说明,碳酸氢根离子在水中的含量不是成倍增长的,如果川酸调节pH值,碳酸氢根离子甚至还可能下降。
     (2)由于系统水温的升高,使部分溶解度盐类的溶解度降低。碳酸钙及磷酸钙就是这种反常溶解度盐类,其溶解度随温度的升高面降低。因而水温升高后碳酸钙更容易过饱和。
     (3)由于碳酸氢盐是很不稳定的盐类,其在换热器表面上受热分解为碳酸盐和二氧化碳。而碳酸钙的溶解度很低,因而很容易在换热器表面形成碳酸钙垢。
              冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程,溶解在水中的二氧化碳会溢出,因此,水的pH值会升高。当水中溶有氯化钙时,会产生置换反应。如水中有适量的磷酸盐时,磷酸根将与钙离子产生磷酸钙。
              上述一系列反应产生的碳酸钙和正磷酸钙均属微溶性盐,它们的溶解度比氯化钙要小得多。此外,碳酸钙和正磷酸钙的溶解度是随着温度的升高而降低的。因此,在冷凝器的传热表面上,这些微溶性盐很容易达到过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,这些结晶沉积物就容易沉积在传热表面上形成水垢。这些水垢都是由无机盐组成,其结晶致密,比较坚硬,故又称无机垢或硬垢。它们通常牢固地附着在换热器表面或管道壁,不易被水冲洗掉。大多数情况下,中央空调水系统中形成的垢是以碳酸钙为主的,这是因为硫酸钙的溶解度远大于碳酸钙。例如在0℃时,硫酸钙的溶解度是1800mg/L,比碳酸钙大90倍,所以碳酸钙比硫酸钙更容易析出。同时,天然水中溶解的磷酸盐较少,因此,除非向水中投入过量的磷酸盐,否则磷酸钙水垢将较少出现。
       中央空调冷冻水系统一般为封闭式。冷冻水在封闭系统中循环,水分不蒸发,不浓缩,不存在溶解盐的过饱和问题,水温也很低。因此,冷冻水系统中的水垢可以说是很少的。

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