影响水垢形成的因素有哪些？

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：补充水中浊度、pH、碱度、硬度、含盐量等水质指标，都将明显影响系统中水垢的沉积或腐蚀情形。pH是影响水垢沉积的重要判别因素，在碱性条件下运行有利于防止腐蚀，但成垢趋势增大。某化肥厂将该种换热器的换热面积由100m2减少到52m2，使出口水温由80℃降到50℃，运行很正常。循环冷却水系统是一个多因素影响的复杂系统，只有维持各因素之间的协调，才能更好地抑制水垢的沉积。

1.补充水质的影响

循环冷却水在运行过程中，随着浓缩倍数的上升，水中各种杂质浓度均会相应增大。补充水中浊度、pH、碱度、硬度、含盐量等水质指标，都将明显影响系统中水垢的沉积或腐蚀情形。浊度高低反映水中悬浮物的多少，悬浮物本身不能形成硬垢，但能在循环冷却水中起晶核作用，促进污垢的沉积生成。pH是影响水垢沉积的重要判别因素，在碱性条件下运行有利于防止腐蚀，但成垢趋势增大。补充水中成垢离子含量越大，经浓缩后越容易达到过饱和而产生水垢，因此，对于总硬度过大的水质，一般先要进行软化预处理，降低其硬度，减少阻垢难度。碱性循环冷却水处理的补充水，也应进行预先软化，补充水总硬度大于250mg/L（以CaCO₃计）时，实施阻垢措施是相当困难的，最佳的补充水总硬度在50～80mg/L（以CaCO₃计），更有利于阻垢剂效率的发挥。

2.水温的影响

如前所述，水中碳酸钙、氢氧化镁等盐类，其溶解度均随温度升高而减小，水温越高，越容易结垢。因此，水垢的附着速度也随温度升高而加快。一般而言，尽管使用阻垢剂，当水温大于50℃，沉积物附着速度加快；水温大于60℃将引起水垢。典型实例如图4-2所示。在大中型工业装置中，多数换热器水侧壁温都较高，尤其是当水的实测pH高于pH_L更明显。

3.流速的影响

水垢的附着速度是随流速增大而减小的，如图4-3所示。

图4-2 水温对水垢附着速度的影响

图4-3 流速和碳酸钙垢附着速度的关系

流速在0.6m/s时沉积物的附着量约为流速0.2m/s时的1/5。当采用阻垢剂时，沉积物的附着速度会急剧下降，即使在流速为0.3m/s时，水中的杂质离子也呈稳定倾向。一般说来，如水流速度达1.0m/s以上，污垢沉积物容易被水流冲走，不易在设备或管壁上沉积。相反地，在换热设备中，若某些部位水流速度太小，或是水流分布不均匀的滞流区则容易沉积污垢。

4.传热量和壁面温度的影响

随着流速增加而水垢附着速度减小，也可理解为是由于壁面温度降低的结果。壁温是流速、水温和传热量的函数，如图4-4和图4-5所示。

图4-4 流速和表面温度的关系

图4-5 热负荷和表面温度的关系

由图4-4可见，当水温50℃时，流速由0.2m/s提高到0.6m/s，则壁温下降15℃左右。

当流速大于0.3m/s，水温小于70℃，传热量小于21×10⁴kJ/（m²·h），一般不易发生水垢沉积。用图4-4和图4-5求得此时换热器管子水侧壁温不超过92℃。

如使用进口美荷型换热器，CO₂压缩机三段出口冷却器传热量为1.1×10⁴kJ/（m²·h），由于换热面积设计过大，为了控制CO₂出口温度不致太低，只好减少冷却水量，结果使出水温度上升，达70～80℃，此时换热器水侧壁温高达80～90℃，造成三段冷却器严重结垢。某化肥厂将该种换热器的换热面积由100m²减少到52m²，使出口水温由80℃降到50℃，运行很正常。由此可见，降低换热器的壁面温度是降低或防止水垢沉积的方法之一。

5.换热设备的材料和表面光洁度

换热设备金属材料的导热系数越大，壁温就越高，容易使水中的盐类析出的水垢附在壁上。换热设备与水接触的表面越粗糙，附壁处水流速度越缓慢，壁面越容易沉积水垢，粗糙的碳钢表面比铜或不锈钢表面更容易结垢。

另外，浓缩倍数、阻垢分散剂滞留时间、药剂种类、药剂间的相互作用都对水垢的产生有影响。循环冷却水系统是一个多因素影响的复杂系统，只有维持各因素之间的协调，才能更好地抑制水垢的沉积。

影响水垢形成的因素有哪些？

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