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水垢是怎么形成的

文章出处:水处理新视野责任编辑:迪恩水处理作者:迪恩水处理

含有钙(Ca)、镁(Mg)盐类等矿物质的水叫做“硬水”。河水、湖水、井水和泉水都是硬水。自来水是河水、湖水或者井水经过沉降,除去泥沙,消毒杀菌后得到的,也是硬水。刚下的雨雪,水里不含矿物质,是“软水”。水烧开后,一部分水蒸发了,本来不好溶解的硫酸钙(CaSO4,石膏就是含结晶水的硫酸钙)沉淀下来。原来溶解的碳酸氢钙(Ca(HCo3)2)和碳酸氢镁(Mg(HCO3)2),在沸腾的水里分解,放出二氧化碳(CO2),变成难溶解的碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁(Mg(OH)2)也沉淀下来。这就是水垢的来历。

水垢根据其形成原因和成形状态的不同大致可分为硬垢和软垢两种。当水中含有碳酸盐胶体、细菌和有机物等杂质时,碳酸盐类似于水泥沙浆中的沙石,而胶体、细菌和有机物等则相当于水泥沙浆中的水泥,当水中胶体、细菌和有机物等粘性物质和碳酸盐共同作用,在高温煮沸条件下则形成了和容器(或管道表面)粘附在一起的硬垢。而一旦胶体、细菌和有机物等粘性物质被去除(如通过超滤滤除)后,即使水中钙、镁离子和碳酸根离子浓度很高,也只生成洁白而松散的容易去除的碳酸盐软垢,而不会产生硬垢。

一、热水工程为什么要进行水处理

水垢与我们的生活形影不离。它的化学性质十分稳定,不仅会影响热交换率,消耗能源(一毫米厚的水垢能多消耗10%的能源),而且过多的水垢会堵塞水管,使水流变小,以致带来安全隐患;水垢甚至会危害人们的身体健康。热水工程必须要进行水处理,如同金属设备行业进行的防腐工程一样。对热水工程进行适当的水处理,可以使热效率提高20%-40%左右;设备使用年限提高1-2倍;设备维修率下降20%-30%。

二、水垢对太阳能热水器的危害

1、太阳能真空管是太阳能热水器的集热器,直接吸收太阳光线,并利用热水比重小,冷水比重大的原理,将真空管内已被太阳光加热的水和水箱中的冷水进行交换,加热水箱中的水。集热效率是衡量太阳能热水器真空管性能的重要指标之一,太阳能热水器的集热效率体现在真空管技术上,主要由真空管的透光率、单向反射率以及真空隔热率三个指标决定。

2、为回避水垢问题以及因真空管破裂而漏水造成整个系统的瘫痪,有的高档太阳能热水器以及大型联排太阳能工程、阳台壁挂太阳能热水器多采用太阳能热管,并认为无需再进行水处理,但热管所产生的热量多集中于紫铜探头,因探头温度高、面积小,更容易在探头上形成一个水垢包,因热管的热量经过热媒、热传感器多次交换,对水垢更敏感,水垢对热交换的效率影响更大。

3、水垢的导热系数极低,不到金属的百分之一,它附着在太阳能的集热管内壁导致吸热管吸收的热量不能及时传递给水,造成温度过高,极易炸管,水壶烧漏了就是这个道理。同样你的太阳能水温一年比一年低,最后造成集热管报废,细心的用户会发现,家里的太阳能水温没有去年的高,就是水垢结多了。水垢用传统的方式清理很难,暖瓶里的水垢我们也清理过,是不是很硬,很难清理干净。同样真空管口径细,更难清理彻底。

4、水垢腐蚀内胆,造成漏水,破坏保温效果,减少太阳能热水器的使用寿命。以前家里用白铁制造的太阳能用不了几年就漏了,就是水垢腐蚀的原因。现在的太阳能热水器水箱一般都是采用304不锈钢制作。在生产焊接时,虽然有氩气的保护,但受到高温影响,使焊缝附近的金属晶像发生改变,即由奥氏体转变为马氏体。含有氯离子的水在不断加热过程中,加速了焊缝周边金属的锈蚀穿孔。

5、水垢影响水温仪及电加热系统的正常使用,导致设备损坏。

6、因真空管内表面很光滑,垢壳在水流的冲击下产生脱落,造成真空管内水循环不畅乃至堵塞。

三、水垢对热泵、空调机组的危害

1、板式换热器的堵塞穿孔:

板式换热器出于提高效率和降低成本,以及减少体积等因素考虑,一般水通道设计的比较窄,面积大,铝板式钢板的厚度在1mm以下。面积大,水垢的沉淀面积就大。当水垢的富集厚度到1mm左右时,水的阻力会提高1-2倍,热交换效率下降15%-20%左右,当水垢的厚度达到2-3mm时,热交换效率下降20%-30%左右,并引起水流不畅。板式热交换器的锈蚀穿孔:因水源水PH值偏高或偏低,而导致水的腐蚀性增强,特别是当温度升高后加速热交换器的腐蚀穿孔。

2、套管式热交换器:

套管式热交换器外管材料一般采用紫铜,厚度1mm以上,为增加热交换效率,高档的套管式热交换器的外管表面做成凹凸状,以期冷热水在套管表面形成涡流,但水垢一般首先在凹面富集,因此使用3-6月后也就无所谓涡流了。套管式热交换器成本较板式高、体积也增大,但热交换效率较低;因其外套管较厚,相较板式交换器不易锈蚀穿孔(在一些水源较差的地方仍时有发生)而被很多热泵厂家采用;但因其热交换效率低,必须提高其表面温度,因此主机工作时需较大的压缩比,和采用板式热交换器比,同样的制热量其主机功率要大一些,再加上套管热交换器体积大、成本高,因此不仅整机成本提高,能耗也增大;同时,它只是延缓了故障的发生时间,一般一至两年后,同样要采取除垢工作,否则仍会出现种种故障。

3、水垢对中央空调机组的危害:

1、降低了换热效果。2、使冷却水的循环速度和流量减少。沉积物或微生物污垢覆盖在换热器及其管壁上,甚至堵塞管道,这样使单位时间通过的循环水量减少了,循环速度减慢了,从而导致换热效果进一步降低。3、加速腐蚀。沉积物和微生物的存在,促使了浓差腐蚀电池的形成及垢下腐蚀的产生,从而加速了金属被腐蚀的速度。4、缩短了设备的使用寿命。一方面沉积物和微生物粘泥覆盖在换热器表面,阻止了设备的有效换热,从而使换热器表面的金属长期处于高温热负荷狀态,导致了金属疲劳;另一方面,腐蚀的发生会导致换热器的管壁变薄,尤其是垢下腐蚀还会导致设备穿孔泄漏,这些情况的发生,使得设备的使用寿命缩短。5、增加了运行成本。为使设备保持足够的换热效率,必须采取增加水量,增大能源供给等措施,同时为维修、更换因腐蚀原因造成损害的设备,必然增加费用,从而增大了设备的运行成本。

四、水垢对锅炉的危害

水壶里长了水垢,不容易传热,浪费燃料。这些对于一个家庭来说,浪费还不算严重。对于工厂来说,问题就大啦。工厂供暖供汽用的大锅炉,有的每小时要送出好几吨蒸汽,相当于烧干几吨水。据试验,一吨河水里大约有1.6公斤矿物质;而一吨井水里的矿物质高达30公斤左右。一天输送几十吨蒸汽,硬水在锅炉内壁沉积出的水垢数量,又该多么惊人!大锅炉里结了水垢,好比锅炉壁的钢板和水之间筑起一座隔热的石墙。锅炉钢板挨不着水,炉膛的火一个劲地把钢板烧得通红。这时候,如果水垢出现裂缝,水立即渗漏到高温的钢板上,急剧蒸发,造成锅炉内压力猛增,就要发生爆炸。                  

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