水的結(jié)垢與防治

1、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，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，且易造成局部過熱，引起。鍋爐給水進行預(yù)先軟化可防止結(jié)垢。根據(jù)結(jié)垢層沉積的機理，可將污垢分為顆粒污垢、結(jié)晶污垢、化學反應(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：溶解于流體中的無機鹽在換熱表面上結(jié)晶而形成的沉積物，通常發(fā)生在過飽和或冷卻時。典型的污垢如冷卻水側(cè)的

2、碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結(jié)垢層。3）化學反應(yīng)污垢：在傳熱表面上進行化學反應(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，而粘泥反過來又為生物污垢的繁殖提供了條件，這種污垢對溫度很敏感，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：流體在過冷的換熱面上凝固而形成的污垢。例如當水低于冰點而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均勻與否對這種污垢

3、影響很大。防止結(jié)垢的技術(shù)應(yīng)考慮以下幾點：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方面：1 設(shè)計階段應(yīng)采取的措施在換熱器的設(shè)計階段，考慮潛在污垢時的設(shè)計，應(yīng)考慮如下 6 個方面：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，清洗污垢時不需拆卸設(shè)備，即能在工作現(xiàn)場進行清洗；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污垢形成的影響。2 運

4、行階段污垢的控制1）維持設(shè)計條件 由于在設(shè)計換熱器時，采用了過余的換熱面積，在運行時，為滿足工藝需要，需調(diào)節(jié)流速和溫度，從而與設(shè)計條件不同，然而應(yīng)通過旁路系統(tǒng)盡量維持設(shè)計條件（流速和溫度）以延長運行時間，推遲污垢的發(fā)生。2）運行參數(shù)控制 在換熱器運行時，進口物料條件可能變化，因此要定期測試流體中結(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)備維修過程中產(chǎn)生的焊點、劃痕等可能加速結(jié)垢過程形成，流速分布不均可能加速腐蝕，流體泄漏到冷卻水中，可為微生物提供營養(yǎng)，對空氣冷卻器周圍空氣中灰塵缺少排除措施，能加速顆粒沉積和換熱器的化學反應(yīng)結(jié)垢的形成。用不潔凈的水進行水壓試驗，可引起腐

5、蝕污垢的加速形成。4）使用添加劑 針對不同類型結(jié)垢機理，可用不同的添加劑來減少或消除結(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)垢隨著流體中結(jié)垢物質(zhì)濃度的增加而增強，對于顆粒污垢可通過過濾、凝聚與沉淀來去除；對于結(jié)疤類物質(zhì)，可通過離子交換或化學處理來去除；紫外線、超聲、磁場、電場和輻射處理紫外線對殺死細菌非常有效，超強超聲可有效抑制生物污垢，現(xiàn)在的研究還有磁場、電場和輻射處理裝置，結(jié)論有待進一步研究。3 化學或機械清洗技術(shù)化學清洗技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用的方法，有時在設(shè)備運行時，也能進行清洗

6、，但其主要缺點是化學清洗液不穩(wěn)定，對換熱器和連結(jié)管處有腐蝕。機械清洗技術(shù)通常用在除去殼側(cè)的污垢，先將管束取出，沉浸在不同的液體中，使污垢泡軟、松動，然后用機械方法除去垢層。4 機械在線除垢技術(shù)1）使用磨粒 在流體中加入固體顆粒來摩擦換熱器表面，以清除污垢，但對換熱器表面易產(chǎn)生腐蝕。2）海綿膠球連續(xù)除垢主要應(yīng)用于電站凝汽器中冷卻水側(cè)的污垢清除，海綿膠球在換熱器管內(nèi)通過泵打循環(huán)，膠球比管子直徑略大，通過管子的每只膠球輕微地壓迫管壁，在運動中擦除沉積物。3）自動刷洗 換熱器管道刷洗設(shè)施由 2 個外罩和 1 個尼龍刷組成，外罩安裝在每根管的兩端，改變水流方向可使刷子沿管道前后推進刷洗。水流換向可使刷子

7、沿管道前推刷洗。水流換向由壓縮空氣驅(qū)動并定時控制聯(lián)結(jié)在管道上的四通閥來完成。現(xiàn)從鍋爐內(nèi)表面氧和二氧化碳腐蝕現(xiàn)象分析腐蝕的機理，提出防治措施。1 腐蝕產(chǎn)生機理由于鍋爐是一種有極性的電解質(zhì)，在水的極性分子的吸引下，鋼材表面的一部分鐵原子開始移入鍋爐水而成為帶正電的鐵離子，而鋼材上保留多余的電子帶負電荷。若鐵離子不斷進入鍋爐水，則使鋼板（管）上逐漸出現(xiàn)坑洞，產(chǎn)生腐蝕。其化學反應(yīng)：Fe+2H2O=Fe(OH)2+H22H2+O2=2H2O4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3另外，水中的溶解氧又是陰極去極化劑，即：O2+4e+2H2O=4OH所以氧腐蝕速度與水中含氧量成正比。由于溶解氧本身

8、是陰極去極化劑，對金屬的危害十分嚴重；而二氧化碳在水溶液中呈酸性，直接破壞金屬表面保護膜，加速了氧對金屬的電化學腐蝕。在天然水中，堿度主要由HCO3的鹽類如Ca(HCO3) 2、Mg(HCO3) 2組成，這些重碳酸鹽（暫時硬度）在低壓鍋爐中經(jīng)過一系列的變化，在水中產(chǎn)生二氧化碳和碳酸，從而引起鍋爐內(nèi)表面腐蝕。特別是有些使用單位對原水不進行任何處理，直接送入鍋爐，在鍋爐內(nèi)被加熱的過程中，重碳酸鹽被分解，產(chǎn)生沉淀物，即：生成的重碳酸鐵Fe(HCO3)2對鍋爐產(chǎn)生腐蝕。換句話說，只要水中存在CO2，腐蝕鐵的反應(yīng)就會一直進行下去，直到CO2消耗完為止。重碳酸鐵Fe(HCO3)2溶解于水。如果水中不存在O

9、2，那么，F(xiàn)e(HCO3)2以溶解液狀態(tài)被加熱分解，產(chǎn)生沉淀物Fe2O3（紅銹），它是松散的水渣，通過排污排掉。這種腐蝕的特點是內(nèi)表面腐蝕均勻，呈現(xiàn)光亮。如果水中存在O2，那么O2就和Fe(HCO3)2反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳即：4Fe(HCO3)2+O2+2H2O4 Fe（OH）3+8CO2Fe(OH)3又與水溶液中的Fe(OH)2相互碰撞后生成Fe3O4（黑銹）保護膜。新產(chǎn)生的CO2又變?yōu)樘妓幔茐谋Ｗo膜，腐蝕內(nèi)表面。反應(yīng)反復(fù)進行，直到O2全部消耗完為止。實驗表明，即使存在少量的O2，也明顯加快了腐蝕進程。二氧化碳的產(chǎn)生除與直接進入鍋爐的原水有關(guān)外，還與是否采用除氧方式有關(guān)，當采用熱力式除氧時，

10、軟化水在系統(tǒng)外先被加熱，當水溫達到60以上時，重碳酸鈉NaHCO3就開始分解出Na2CO3和CO2，CO2及原水中游離的O2、N2等氣體在除氧器中被除掉，不進入系統(tǒng)，重碳酸鹽則以NaCO3形式進入系統(tǒng)。如果不采用任何除氧方式，那以NaHCO3未分解直接進入鍋爐，在爐內(nèi)被加熱分解，產(chǎn)生二氧化碳。2 氧和二氧化碳對低壓鍋爐腐蝕的原因分析21一是大量補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，當補給水水質(zhì)達不到標準規(guī)定要求，補給水中的重碳酸鹽在爐內(nèi)加熱的過程中產(chǎn)生二氧化碳；或在直接補入生水的過程中，即補進了溶解氧，對鍋爐金屬壁面產(chǎn)生腐蝕。22PH

11、值過低，加速了金屬壁腐蝕。如果鍋爐給水能夠達到標準規(guī)定要求，金屬壁即使有腐蝕也是均勻腐蝕，即當PH=9.511時，金屬具有堅硬的氧化保護層，可大大減緩腐蝕，甚至避免腐蝕情況的發(fā)生。但是當PH值<7時，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。同時二氧化碳溶于水也會降低PH值。23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散，擴散速度愈快，氧腐蝕速度亦快。對于低壓鍋爐來說，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，當溫度升高

12、到脫氧溫度（1000）以上時，氣體氧隨蒸汽進入蒸汽系統(tǒng)，水側(cè)的腐蝕相應(yīng)減小。24停爐后不注意維護保養(yǎng)，造成吸氧腐蝕。鍋爐停用，有的裝滿生水，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)下的腐蝕往往比運行狀態(tài)下更嚴重。3 防止腐蝕的措施31選擇有效的水處理方式311采用鍋外化學處理一鈉離子交換軟化法的同時，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除氧，常用的化學試劑有亞硫酸鈉、亞硫酸鈉加催化劑、聯(lián)安等。并定期化驗，使鍋水含量控制在標準范圍內(nèi)。312采用爐外加熱法。這種方法簡單易行，是對原水（正常運行主要是補水）在爐外進行加熱，而不是進行鈉離子交換。由于加熱，原水中重

13、碳酸鹽被分解出CO2以及其它氣體，同時形成沉淀物，CO2以及其它氣體通過上部排氣孔排掉，沉淀物通過下部排污閥泄掉。這樣，補水中不會再含有NaHCO3 或Na2CO3，并且不管熱煤參數(shù)如何，系統(tǒng)內(nèi)都不會再產(chǎn)生CO2，從而避免腐蝕。同時根據(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)垢和除氣的問題，最好采用蒸汽混合式加熱的方法，通過蒸汽將補給水的溫度加熱到沸點，在充分分解重碳酸鹽的同時，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。32充分利用鄰近鍋爐的排污水。由于低壓鍋爐防止腐蝕主要

14、是消除補水中的CO2和游離O2，那么就可以在一個同時設(shè)有2臺以上鍋爐的鍋爐房內(nèi)，對鄰近鍋爐的排污水通過沉淀，等排出水渣后，再作為補給水使用，這樣一方面可以對鄰近鍋爐的排污水進行二次利用，另一方面又可以滿足補水的水質(zhì)和防腐要求。33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，同時也是最簡單、最有效的方法。當鍋爐循環(huán)水PH值低于10時可增加磷酸三鈉和氫氧化鈉藥量進行調(diào)整，將PH值控制在1012之間，使鍋水中的鈣、鎂離子形成疏松的水渣，通過排污排出爐外。34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

15、石灰塊或氯化鈣的容器放在鍋筒、爐膛及煙道中，同時將檢查門、爐門、出灰門以及通用擋板加以密封，防止潮氣進入。汽包結(jié)垢和腐蝕的原理,因為水中有HCO3離子、鈣、鎂離子，溫度低時溶于水，當加熱時就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于水的物質(zhì)，日常你燒開水時應(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)過處理裝置除去水中的陽離子，而且需要不嚴格控制水中的氯離子等有害物質(zhì)以免對汽包發(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)場的控制，包括水溫過高，水的PH偏高等一般循環(huán)水都會有一定的濃縮倍數(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。

16、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,因為水中有HCO3離子、鈣、鎂離子，溫度低時溶于水，當加熱時就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于水的物質(zhì)，日常你燒開水時應(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)過處理裝置除去水中的陽離子，而且需要不嚴格控制水中的氯離子等有害物質(zhì)以免對汽包發(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),在含離子水中就會發(fā)生電化學腐蝕,尤其是氯離子引

17、起的點蝕危害更大.水中含有腐蝕性氣體會加速腐蝕,并且與生產(chǎn)裝置運行溫度有關(guān),如敞開裝置有溶解氧的情況,腐蝕會隨溫度升高先增加后緩慢下降達到平穩(wěn).主要是腐蝕控制不同.初期由氧擴散控制腐蝕速度,后期溶解氧降低,主要是分析動力學控制./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固相物的生成 形成污垢的原因： 多組份過飽和溶液中鹽類的結(jié)晶析出； 有機膠狀物和礦質(zhì)膠狀物的沉積； 不同分散度的某些物質(zhì)固體顆粒的粘結(jié)； 某些物質(zhì)的電化學還原過程生成物等。 以上混合物沉積總稱作污垢。 形成

18、水垢的原因： 水中溶解鹽類產(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： 隨著溫度的升高，某些鹽類的溶解度降低，如Ca(HCO3)2、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、MgCO3、Mg(OH)2等； 隨著水份的蒸發(fā)，水中溶解鹽的濃度增高，達到過飽和程度； 在被加熱的水中產(chǎn)生化學過程，某些離子形成另一些難溶的鹽類離子。 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(jié)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一定的粗糙度，微觀上的凹凸不平成為過飽和溶液中固體結(jié)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。

19、作為構(gòu)成水垢的鹽類鈣鎂，在過飽和溶液中生成固相結(jié)晶胚芽，逐變而為顆粒，具有無定形或潛晶型結(jié)構(gòu)，接著互相聚附，形成結(jié)晶或絮團。固相沉渣的生成與胚芽核心的生成速度有關(guān)，即與單位時間內(nèi)出現(xiàn)的結(jié)晶核數(shù)量與結(jié)晶生長的線速度有關(guān)，而這兩個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)。 重碳酸鹽的分解 冷卻水結(jié)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。溫度、壓力等因素也影響結(jié)垢的強度與速度。重碳酸鈣是反溶解度鹽類，在超過一定溫度（臨界點）時，其飽和濃度急劇減小。 鈣、鎂碳酸鹽水垢 碳酸鹽水垢通常以致密的結(jié)晶

20、沉淀在加熱器壁面甚至冷卻塔填料或壁上。但當水溫在過熱面超過100時，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，因為硫酸鈣的三種狀態(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生成氫氧化鈣，因而也不必考慮。重點在于鈣鎂的碳酸鹽： Ca2+2HCO3=H2O+CO2+CaCO3 Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2 Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+CO2

21、 MgCO3的溶解度比CaCO3的溶解度大六倍以上，而且在水中的MgCO3會很快水解。 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，基本上很少會沉積，況且在天然水中的鈣離子遠遠大于鎂離子，鎂鹽的沉積在數(shù)量上影響較微，可以忽略不計。 垢成份及來源 污垢的分類： 無機鹽類的沉積稱為"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。而有機物、菌類、藻類、懸浮物等稱為"污"，即水中呈膠體狀的粘泥。它比較軟，無固定形態(tài)。 污垢成份：

22、 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。 污垢來源： 膠體有機物泥、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。 結(jié)晶：溶解鹽類的析出，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（當水中SiO2含量20

23、0PPM時），以及含有鈣、鎂、鋁、鈉等復(fù)鹽的硬垢。而當水中磷酸鹽和鐵含量較高，而堿度又低時，則有可能產(chǎn)生鐵磷酸鹽的水垢NaFePO4。結(jié)晶水垢的種類大致有： a、低溫下的重碳酸鈣熱分解：-CaCO3松軟水垢； b、高PH時Mg(OH)2的沉積：Mg(OH)2； c、壁面致密的碳酸鈣 -CaCO3； d、過剩的鐵離子：FeCO3。 沉積：腐蝕產(chǎn)物、粘土、砂塵的沉積，如補充水中帶入的泥砂或懸浮物，進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、細菌、藻類、真菌類所生成的粘泥。這些沉積物往往吸附在化學反應(yīng)晶體水垢表面上而對反應(yīng)起催化作用，加速了污垢的形成。 反應(yīng)與聚合：油泥、有機氧化物等的沉積。 腐蝕所造成的糙殼： 阻垢機理 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變成大晶體。水中的鈣、鎂鹽晶體及其不溶性微粒同時受到兩個力的