水的結(jié)垢與防治

水的結(jié)垢與防治在什么情況下水容易結(jié)垢，汽包、水管容易腐蝕？用鍋爐、水壺等容器燒水或供應(yīng)蒸汽時(shí)，硬水中溶解的鈣、鎂碳酸氫鹽受熱分解，析出白色沉淀物，漸漸積累附著在容器上，叫結(jié)垢。鍋爐結(jié)垢，不但多耗燃料，且易造成局部過(guò)熱，引起。鍋爐給水進(jìn)行預(yù)先軟化可防止結(jié)垢。

根據(jù)結(jié)垢層沉積的機(jī)理，可將污垢分為顆粒污垢、結(jié)晶污垢、化學(xué)反應(yīng)污垢、腐蝕污垢、生物污垢等。

1）顆粒污垢：懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚。這種污垢也包括較大固態(tài)微粒在水平換熱面上因重力作用形成的沉淀層，即所謂沉淀污垢和其他膠體微粒的沉積。

2）結(jié)晶污垢：溶解于流體中的無(wú)機(jī)鹽在換熱表面上結(jié)晶而形成的沉積物，通常發(fā)生在過(guò)飽和或冷卻時(shí)。典型的污垢如冷卻水側(cè)的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結(jié)垢層。

3）化學(xué)反應(yīng)污垢：在傳熱表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的污垢，傳熱面材料不參加反應(yīng)，但可作為化學(xué)反應(yīng)的一種催化劑。

4）腐蝕污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的雜質(zhì)對(duì)換熱表面腐蝕而產(chǎn)生的污垢。通常，腐蝕程度取決于流體中的成分、溫度及被處理流體的pH值。

5）生物污垢：除海水冷卻裝置外，一般生物污垢均指微生物污垢。其可能產(chǎn)生粘泥，而粘泥反過(guò)來(lái)又為生物污垢的繁殖提供了條件，這種污垢對(duì)溫度很敏感，在適宜的溫度條件下，生物污垢可生成可觀厚度的污垢層。

6）凝固污垢：流體在過(guò)冷的換熱面上凝固而形成的污垢。例如當(dāng)水低于冰點(diǎn)而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均勻與否對(duì)這種污垢影響很大。

防止結(jié)垢的技術(shù)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1）防止結(jié)垢形成；2）防止結(jié)垢后物質(zhì)之間的粘結(jié)及其在傳熱表面上的沉積；3）從傳熱表面上除去沉積物。

防止結(jié)垢采取的措施包括以下幾個(gè)方面：

1設(shè)計(jì)階段應(yīng)采取的措施

在換熱器的設(shè)計(jì)階段，考慮潛在污垢時(shí)的設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮如下6個(gè)方面：1）換熱器容易清洗和維修(如板式換熱器)；2）換熱設(shè)備安裝后，清洗污垢時(shí)不需拆卸設(shè)備，即能在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清洗；3）應(yīng)取最少的死區(qū)和低流速區(qū)；4）換熱器內(nèi)流速分布應(yīng)均勻，以避免較大的速度梯度，確保溫度分布均勻（如折流板區(qū)）；5）在保證合理的壓力降和不造成腐蝕的前提下，提高流速有助于減少污垢；6）應(yīng)考慮換熱表面溫度對(duì)污垢形成的影響。

2運(yùn)行階段污垢的控制

1）維持設(shè)計(jì)條件由于在設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，采用了過(guò)余的換熱面積，在運(yùn)行時(shí)，為滿(mǎn)足工藝需要，需調(diào)節(jié)流速和溫度，從而與設(shè)計(jì)條件不同，然而應(yīng)通過(guò)旁路系統(tǒng)盡量維持設(shè)計(jì)條件（流速和溫度）以延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間，推遲污垢的發(fā)生。2）運(yùn)行參數(shù)控制在換熱器運(yùn)行時(shí)，進(jìn)口物料條件可能變化，因此要定期測(cè)試流體中結(jié)垢物質(zhì)的含量、顆粒大小和液體的pH值。3）維修措施良好換熱設(shè)備維修過(guò)程中產(chǎn)生的焊點(diǎn)、劃痕等可能加速結(jié)垢過(guò)程形成，流速分布不均可能加速腐蝕，流體泄漏到冷卻水中，可為微生物提供營(yíng)養(yǎng)，對(duì)空氣冷卻器周?chē)諝庵谢覊m缺少排除措施，能加速顆粒沉積和換熱器的化學(xué)反應(yīng)結(jié)垢的形成。用不潔凈的水進(jìn)行水壓試驗(yàn)，可引起腐蝕污垢的加速形成。4）使用添加劑針對(duì)不同類(lèi)型結(jié)垢機(jī)理，可用不同的添加劑來(lái)減少或消除結(jié)垢形成。如生物滅劑和抑制劑、結(jié)晶改良劑、分散劑、絮凝劑、緩蝕劑、化學(xué)反應(yīng)抑制劑和適用于燃燒系統(tǒng)中防止結(jié)垢的添加劑等。5）減少流體中結(jié)垢物質(zhì)濃度通常，結(jié)垢隨著流體內(nèi)被加熱分解，產(chǎn)生二氧化碳。

2氧和二氧化碳對(duì)低壓鍋爐腐蝕的原因分析

2．1一是大量補(bǔ)入的原水未采用鈉離子交換軟化和未采用任何除氧方式。低壓鍋爐由于用氣量大，需要大量均衡連續(xù)的給水，當(dāng)補(bǔ)給水水質(zhì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，補(bǔ)給水中的重碳酸鹽在爐內(nèi)加熱的過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳；或在直接補(bǔ)入生水的過(guò)程中，即補(bǔ)進(jìn)了溶解氧，對(duì)鍋爐金屬壁面產(chǎn)生腐蝕。

2．2PH值過(guò)低，加速了金屬壁腐蝕。如果鍋爐給水能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求，金屬壁即使有腐蝕也是均勻腐蝕，即當(dāng)PH=9.5~11時(shí)，金屬具有堅(jiān)硬的氧化保護(hù)層，可大大減緩腐蝕，甚至避免腐蝕情況的發(fā)生。但是當(dāng)PH值<7時(shí)，氧分子、氫離子、氯離子等作為腐蝕介質(zhì)都很活路，由于水中氧分子、氫離子、氯離子的存在，就使鍋爐受熱面產(chǎn)生了腐蝕。同時(shí)二氧化碳溶于水也會(huì)降低PH值。

2．3水溫的影響。鍋水的溫度高，鋼材表面溫度也高，則Fe2+在水溶液中的擴(kuò)散速度加快，電解質(zhì)水溶液的電阻降低。由于氧腐蝕的基本原理是靠擴(kuò)散，擴(kuò)散速度愈快，氧腐蝕速度亦快。對(duì)于低壓鍋爐來(lái)說(shuō)，腐蝕速度隨著水溫的升高，局部腐蝕的程度和速度明顯提高，當(dāng)溫度升高到脫氧溫度（1000℃）以上時(shí)，氣體氧隨蒸汽進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，水側(cè)的腐蝕相應(yīng)減小。

2．4停爐后不注意維護(hù)保養(yǎng)，造成吸氧腐蝕。鍋爐停用，有的裝滿(mǎn)生水，有的隨意裸露在大氣中，這樣由于保養(yǎng)不善或不保養(yǎng)，停爐狀態(tài)下的腐蝕往往比運(yùn)行狀態(tài)下更嚴(yán)重。

3防止腐蝕的措施

3．1選擇有效的水處理方式

3．1．1采用鍋外化學(xué)處理一鈉離子交換軟化法的同時(shí)，增設(shè)有效的除氧裝置，除去水中的溶解氧。低壓鍋爐一般采用化學(xué)除氧，常用的化學(xué)試劑有亞硫酸鈉、亞硫酸鈉加催化劑、聯(lián)安等。并定期化驗(yàn)，使鍋水含量控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3．1．2采用爐外加熱法。這種方法簡(jiǎn)單易行，是對(duì)原水（正常運(yùn)行主要是補(bǔ)水）在爐外進(jìn)行加熱，而不是進(jìn)行鈉離子交換。由于加熱，原水中重碳酸鹽被分解出CO2以及其它氣體，同時(shí)形成沉淀物，CO2以及其它氣體通過(guò)上部排氣孔排掉，沉淀物通過(guò)下部排污閥泄掉。這樣，補(bǔ)水中不會(huì)再含有NaHCO3或Na2CO3，并且不管熱煤參數(shù)如何，系統(tǒng)內(nèi)都不會(huì)再產(chǎn)生CO2，從而避免腐蝕。同時(shí)根據(jù)重碳酸鈣、鎂沉淀析出的原理，也可以避免在爐內(nèi)形成水垢，滿(mǎn)足防腐、防垢的要求。

爐外加熱的設(shè)備應(yīng)考慮到自身結(jié)垢和除氣的問(wèn)題，最好采用蒸汽混合式加熱的方法，通過(guò)蒸汽將補(bǔ)給水的溫度加熱到沸點(diǎn)，在充分分解重碳酸鹽的同時(shí)，將氣體放掉。水箱和加熱器可使用塑料等耐腐蝕材料，以便定期以酸洗的方式除掉水箱內(nèi)表面及加熱器上的水垢。

3．2充分利用鄰近鍋爐的排污水。由于低壓鍋爐防止腐蝕主要是消除補(bǔ)水中的CO2和游離O2，那么就可以在一個(gè)同時(shí)設(shè)有2臺(tái)以上鍋爐的鍋爐房?jī)?nèi)，對(duì)鄰近鍋爐的排污水通過(guò)沉淀，等排出水渣后，再作為補(bǔ)給水使用，這樣一方面可以對(duì)鄰近鍋爐的排污水進(jìn)行二次利用，另一方面又可以滿(mǎn)足補(bǔ)水的水質(zhì)和防腐要求。

3．3采用鍋內(nèi)加藥處理，控制鍋水PH值。這是系統(tǒng)防腐的必要條件，同時(shí)也是最簡(jiǎn)單、最有效的方法。當(dāng)鍋爐循環(huán)水PH值低于10時(shí)可增加磷酸三鈉和氫氧化鈉藥量進(jìn)行調(diào)整，將PH值控制在10~12之間，使鍋水中的鈣、鎂離子形成疏松的水渣，通過(guò)排污排出爐外。

3．4做好停爐保養(yǎng)工作是防止鍋爐腐蝕的有效途徑之一。通常短期停爐采用濕法保養(yǎng)，長(zhǎng)期停爐采用干法保養(yǎng)。干法保養(yǎng)是將爐膛灰渣清除后，將盛裝生石灰塊或氯化鈣的容器放在鍋筒、爐膛及煙道中，同時(shí)將檢查門(mén)、爐門(mén)、出灰門(mén)以及通用擋板加以密封，防止潮氣進(jìn)入。汽包結(jié)垢和腐蝕的原理,因?yàn)樗杏蠬CO3離子、鈣、鎂離子，溫度低時(shí)溶于水，當(dāng)加熱時(shí)就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于水的物質(zhì)，日常你燒開(kāi)水時(shí)應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了有結(jié)垢現(xiàn)象。汽包注水不應(yīng)該是新鮮水而是新鮮水要經(jīng)過(guò)處理裝置除去水中的陽(yáng)離子，而且需要不嚴(yán)格控制水中的氯離子等有害物質(zhì)以免對(duì)汽包發(fā)生腐蝕．在向汽包注水前的工段應(yīng)的除氧和加磷酸三鈉等裝置．結(jié)垢主要根據(jù)水的水質(zhì)和系統(tǒng)的工藝狀況，以及現(xiàn)場(chǎng)的控制，包括水溫過(guò)高，水的PH偏高等

一般循環(huán)水都會(huì)有一定的濃縮倍數(shù)，使系統(tǒng)中的離子含量和菌藻含量增加，所以如果控制不是很好。

水管容易腐蝕的原因是

水中有氣泡，使水中溶解了氧；

水的流速過(guò)快

水的PH偏低

氯離子含量偏高

水溫偏高等水中離子較多，加上水質(zhì)原因在遇到環(huán)境（溫度、PH值）變化后和管道、設(shè)備中的離子發(fā)生反應(yīng)而形成物質(zhì)沉淀、聚合形成污垢。

汽包結(jié)垢和腐蝕的原理,因?yàn)樗杏蠬CO3離子、鈣、鎂離子，溫度低時(shí)溶于水，當(dāng)加熱時(shí)就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于水的物質(zhì)，日常你燒開(kāi)水時(shí)應(yīng)該發(fā)現(xiàn)了有結(jié)垢現(xiàn)象。汽包注水不應(yīng)該是新鮮水而是新鮮水要經(jīng)過(guò)處理裝置除去水中的陽(yáng)離子，而且需要不嚴(yán)格控制水中的氯離子等有害物質(zhì)以免對(duì)汽包發(fā)生腐蝕．在向汽包注水前的工段應(yīng)的除氧和加磷酸三鈉等裝置.

如果是金屬材質(zhì),在含離子水中就會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕,尤其是氯離子引起的點(diǎn)蝕危害更大.水中含有腐蝕性氣體會(huì)加速腐蝕,并且與生產(chǎn)裝置運(yùn)行溫度有關(guān),如敞開(kāi)裝置有溶解氧的情況,腐蝕會(huì)隨溫度升高先增加后緩慢下降達(dá)到平穩(wěn).主要是腐蝕控制不同.初期由氧擴(kuò)散控制腐蝕速度,后期溶解氧降低,主要是分析動(dòng)力學(xué)控制.[/hide]水中含有鈣鎂離子和碳酸根離子就容易結(jié)垢

避免汽包結(jié)垢要從多方面入手：

1、材質(zhì)，避免電化學(xué)腐蝕

2、水中的氯離子、氧和鈣鎂離子含量要控制

3、汽包定期排污[/hide]⒈固相物的生成

⑴形成污垢的原因：

①多組份過(guò)飽和溶液中鹽類(lèi)的結(jié)晶析出；

②有機(jī)膠狀物和礦質(zhì)膠狀物的沉積；

③不同分散度的某些物質(zhì)固體顆粒的粘結(jié)；

④某些物質(zhì)的電化學(xué)還原過(guò)程生成物等。

以上混合物沉積總稱(chēng)作污垢。

⑵形成水垢的原因：

水中溶解鹽類(lèi)產(chǎn)生固相沉淀是構(gòu)成結(jié)垢（水垢）的主要因素，其產(chǎn)生固相沉淀的條件是：

①隨著溫度的升高，某些鹽類(lèi)的溶解度降低，如Ca(HCO3)2、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、MgCO3、Mg(OH)2等；

②隨著水份的蒸發(fā)，水中溶解鹽的濃度增高，達(dá)到過(guò)飽和程度；

③在被加熱的水中產(chǎn)生化學(xué)過(guò)程，某些離子形成另一些難溶的鹽類(lèi)離子。

具備了上述條件的某些鹽類(lèi)，首先在金屬表面上個(gè)別部分沉積出原始的結(jié)晶胚，并以此為核心逐漸合并增長(zhǎng)。之所以易沉積于金屬表面，這是因?yàn)榻饘俦砻嬖谖⒂^上具有一定的粗糙度，微觀上的凹凸不平成為過(guò)飽和溶液中固體結(jié)晶核心；同時(shí)加熱面上的氧化膜對(duì)固相物也有很強(qiáng)的吸附力。作為構(gòu)成水垢的鹽類(lèi)——鈣鎂，在過(guò)飽和溶液中生成固相結(jié)晶胚芽，逐變而為顆粒，具有無(wú)定形或潛晶型結(jié)構(gòu)，接著互相聚附，形成結(jié)晶或絮團(tuán)。固相沉渣的生成與胚芽核心的生成速度有關(guān)，即與單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)晶核數(shù)量與結(jié)晶生長(zhǎng)的線(xiàn)速度有關(guān)，而這兩個(gè)因素又與水溫和水中含鹽濃度及其它雜質(zhì)的存在有關(guān)。

⒉重碳酸鹽的分解

冷卻水結(jié)垢的主要原因是因?yàn)樗泻休^多的重碳酸鈣，在加熱過(guò)程中失去平衡，分解為碳酸鈣、二氧化碳和水。碳酸鈣溶解度較低，因而首先在冷卻設(shè)備表面沉積下來(lái)。溫度、壓力等因素也影響結(jié)垢的強(qiáng)度與速度。重碳酸鈣是反溶解度鹽類(lèi)，在超過(guò)一定溫度（臨界點(diǎn)）時(shí)，其飽和濃度急劇減小。

⒊鈣、鎂碳酸鹽水垢

碳酸鹽水垢通常以致密的結(jié)晶沉淀在加熱器壁面甚至冷卻塔填料或壁上。但當(dāng)水溫在過(guò)熱面超過(guò)100℃時(shí)，CaCO3沉淀是海綿狀的絮狀體。雖然，在沸騰溫度以下，也有可能出現(xiàn)硫酸鈣的沉淀，但這只能是特例，因?yàn)榱蛩徕}的三種狀態(tài)：CaSO4、2CaSO4·H2O、CaSO4·2H2O三者的溶解度都很大，因而在冷卻水的具體條件下，可以完全不必考慮硫酸鈣的沉積問(wèn)題。氫氧化鈣的溶解度也是隨溫度升高而降低的，但在一般情況下在水中不會(huì)生成氫氧化鈣，因而也不必考慮。重點(diǎn)在于鈣鎂的碳酸鹽：

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會(huì)很快水解。

MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2↑

在水中以Mg(OH)2狀態(tài)存在，而Mg(OH)2的溶解度因溫度升高所起的變化較慢，基本上很少會(huì)沉積，況且在天然水中的鈣離子遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎂離子，鎂鹽的沉積在數(shù)量上影響較微，可以忽略不計(jì)。

⒋垢成份及來(lái)源

⑴污垢的分類(lèi)：

無(wú)機(jī)鹽類(lèi)的沉積稱(chēng)為"垢"，它有固定晶格，比較硬，其主要成份為Ca3(PO4)2、CaCO3、SiO2，鎂鹽和鐵的氧化物。而有機(jī)物、菌類(lèi)、藻類(lèi)、懸浮物等稱(chēng)為"污"，即水中呈膠體狀的粘泥。它比較軟，無(wú)固定形態(tài)。

⑵污垢成份：

污垢包括水垢、腐蝕產(chǎn)物、生物污泥、懸浮物沉積等。其主要成份為：SiO2、P2O5、SO42-、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、CuO、CO2、灼燒減量等。

⑶污垢來(lái)源：

膠體有機(jī)物泥、原水滓、污物、可溶性鐵、微生物沾污物、灰塵、空氣帶入；活性氣體：H2S、SO2、NH3等；源水垢：CaCO3、CaSO4、MgSiO3；腐蝕產(chǎn)物：Fe2O3、循環(huán)水生產(chǎn)中泄漏物：烴、硫化物、微生物污垢。

冷卻水系統(tǒng)中的污垢，不單純是鈣鎂碳酸鹽的結(jié)垢沉積，污垢的成份及其形成的因素是復(fù)雜的。

①結(jié)晶：溶解鹽類(lèi)的析出，以如前述，主要是鈣、鎂的碳酸鹽；在熱交換器加熱面上也有可能產(chǎn)生硅酸鹽水垢（當(dāng)水中SiO2含量＞200PPM時(shí)），以及含有鈣、鎂、鋁、鈉等復(fù)鹽的硬垢。而當(dāng)水中磷酸鹽和鐵含量較高，而堿度又低時(shí)，則有可能產(chǎn)生鐵磷酸鹽的水垢NaFePO4。結(jié)晶水垢的種類(lèi)大致有：

a、低溫下的重碳酸鈣熱分解：α-CaCO3松軟水垢；

b、高PH時(shí)Mg(OH)2的沉積：Mg(OH)2；

c、壁面致密的碳酸鈣β-CaCO3；

d、過(guò)剩的鐵離子：FeCO3。

②沉積：腐蝕產(chǎn)物、粘土、砂塵的沉積，如補(bǔ)充水中帶入的泥砂或懸浮物，進(jìn)冷卻塔空氣帶入的微塵粒子；換熱器中滲漏的工藝雜質(zhì)、油脂、細(xì)菌、藻類(lèi)、真菌類(lèi)所生成的粘泥。這些沉積物往往吸附在化學(xué)反應(yīng)晶體水垢表面上而對(duì)反應(yīng)起催化作用，加速了污垢的形成。

③反應(yīng)與聚合：油泥、有機(jī)氧化物等的沉積。

④腐蝕所造成的糙殼：

⒌阻垢機(jī)理

水中的鈣、鎂離子與碳酸根、磷酸根等結(jié)合生成難溶的小晶體，這些小晶體不斷碰撞并按一定的方向增長(zhǎng)變成大晶體。水中的鈣、鎂鹽晶體及其不溶性微粒同時(shí)受到兩個(gè)力的作用，即與管壁上的水垢結(jié)合生成體積更大的垢的結(jié)晶力和水流的剪切力，當(dāng)結(jié)晶力較大時(shí)便易使垢增長(zhǎng)，當(dāng)結(jié)晶力較小時(shí)（如加入阻垢劑后）或剪切力較大（如水流速較大的部位）時(shí)，垢無(wú)法增厚，水中的微粒只能以水渣的形式被水沖走。

⑴增溶機(jī)理

有些阻垢劑能與水中的鈣鎂離子形成比碳酸鈣等難溶鹽更穩(wěn)定的可溶解于水的絡(luò)合