什么原因讓循環冷卻水系統中形成水垢?
水(shui)中的溶解鹽類產(chan)(chan)生固相(xiang)沉(chen)淀是構成結垢(gou)(水(shui)垢(gou))的主要因素,其(qi)產(chan)(chan)生固相(xiang)沉(chen)淀的條件是:
1. 隨著溫度(du)的升高,某些鹽類的溶解度(du)降低,如Ca(HCO3)2、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、MgCO3、Mg(OH)2等;
2. 隨著水(shui)份的蒸發,水(shui)中溶(rong)解鹽(yan)的濃度增高,達到過飽和程度;
3. 在被加熱(re)的水中產生化學過程,某些(xie)離(li)子形成(cheng)另一(yi)些(xie)難溶的鹽類離(li)子。
具備了上述條件的某些鹽類,首先在金屬表面上個別部分沉積出原始的結晶胚,并以此為核心逐漸合并增長。
之所以易沉積于金屬表面,這是因為金屬表面在微觀上具有粗糙度,微觀上的凹凸不平成為過飽和溶液中固體結晶核心;同時加熱面上的氧化膜對固相物也有很強的吸附力。
作為構成水垢的鹽類——鈣鎂,在過飽和溶液中生成固相結晶胚芽,逐變而為顆粒,具有無定形或潛晶型結構,接著互相聚附,形成結晶或絮團。
固相沉渣的生成與胚芽核心的生成速度有關,即與單位時間內出現的結晶核數量與結晶生長的線速度有關,而這兩個因素又與水溫和水中含鹽濃度及其它雜質的存在有關。
之所以易沉積于金屬表面,這是因為金屬表面在微觀上具有粗糙度,微觀上的凹凸不平成為過飽和溶液中固體結晶核心;同時加熱面上的氧化膜對固相物也有很強的吸附力。
作為構成水垢的鹽類——鈣鎂,在過飽和溶液中生成固相結晶胚芽,逐變而為顆粒,具有無定形或潛晶型結構,接著互相聚附,形成結晶或絮團。
固相沉渣的生成與胚芽核心的生成速度有關,即與單位時間內出現的結晶核數量與結晶生長的線速度有關,而這兩個因素又與水溫和水中含鹽濃度及其它雜質的存在有關。
1. 重碳酸鹽的分解
冷卻水結垢的主要原因是因為水中含有較多的重碳酸鈣,在加熱過程中失去平衡,分來解為碳酸鈣、二氧化碳和水。
碳酸鈣溶解度較低,因而首先在冷卻設備表面沉積下。冷卻水通過冷卻塔時相當于一個曝氣過程,溶解在水中的CO2會逸出,水的pH值升高。此時,重碳酸鹽在堿性條件下會發生反應生成CaCO3沉淀。
當水中有氯化鈣時,會產生置換反應生成CaCO3沉淀。如水中有適量的磷酸鹽時,磷酸根將與鈣離子產生磷酸鈣。溫度、壓力等因素也影響結垢的強度與速度。
重碳酸鈣是反溶解度鹽類,在超過溫度(臨界點)時,其飽和濃度急劇減小。
碳酸鈣溶解度較低,因而首先在冷卻設備表面沉積下。冷卻水通過冷卻塔時相當于一個曝氣過程,溶解在水中的CO2會逸出,水的pH值升高。此時,重碳酸鹽在堿性條件下會發生反應生成CaCO3沉淀。
當水中有氯化鈣時,會產生置換反應生成CaCO3沉淀。如水中有適量的磷酸鹽時,磷酸根將與鈣離子產生磷酸鈣。溫度、壓力等因素也影響結垢的強度與速度。
重碳酸鈣是反溶解度鹽類,在超過溫度(臨界點)時,其飽和濃度急劇減小。
2. 鈣、鎂碳酸鹽水垢
碳酸鹽水垢通(tong)常以致(zhi)密的結晶沉淀在加熱(re)器壁面甚至冷卻塔填料或壁上。鈣鎂的碳酸鹽反應如下:
Ca2++2HCO3=H2O+CO2↑+CaCO3↓
Ca(HCO3)2=CaCO3 +H2O+CO2↑
Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+ CO2↑
MgCO3的(de)溶(rong)解度(du)比CaCO3的(de)溶(rong)解度(du)大六倍以上,而且在水中的(de)MgCO3會很快水解。
MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2↑
在水中以Mg(OH)2狀態存在,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沉積,況且水中的鈣離子遠遠大于鎂離子,鎂鹽的沉積在數量上影響較小 。