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水垢、成垢、防结垢、清洗除垢 　　自把水作为热交换工质之日起，受热表面和传热表面的结垢就成为热交换工艺中主要困扰问题之一。200余年来，人们对垢种、成垢原因已有充分研究，推出了各种防垢技术，但是至今仍未得到彻底解决；在防垢的同时发展了清洗技术，作为保持受热面和传热表面清洁的辅助手段。　　第1节　垢　　垢是在受热面或传热表面上的附着物。使用天然水作为工作介质的时代，垢是由水中沉淀结晶出来的碳酸盐，称作水垢。当硬度盐类被完全除去后，受热面自身腐蚀产生的腐蚀产物附着于金属表面上，仍然和水垢一样影响传热，因此也是垢层。　　1水垢及其鉴别　　在受热面与传热表面上沉积的附着物层均可称作水垢。在锅炉中常出现由碳酸氢钙分解产生的一次水垢和因排污不及时由水渣转化成的二次水垢；在热交换器中，尤其是循环冷却系统中，含有碳酸氢盐分解产物和微生物污泥。　　高硅或高硫酸盐的水可产生极难清洗的硅垢和硫酸盐垢，即使用经处理后的水这种垢也可形成。例如采取弱碱树脂进行离子交换时锅炉水可富集硅酸盐；用硫酸中和碳酸盐防垢时，冷却水高度浓缩可能析出硫酸钙水垢。　　1.1碳酸盐水垢及其鉴别　　碳酸盐水垢是受热面和传热表面上最常见的垢种。在饮用水的茶炉和家用热水器内产生的大都是碳酸盐水垢，家庭用的水壶和电热饮水器中结的也大多是这种垢。碳酸盐水垢还是低压蒸汽锅炉和热水锅炉受热面的主要垢种，也是循环冷却水系统和热交换器传热表面的主要垢种。　　1.1.1碳酸盐水垢的基本性状　　碳酸盐水垢外观为白色或灰白色。如果设备有腐蚀时，会染上腐蚀产物的颜色。氧气丰富时，腐蚀产物以三氧化二铁为主，垢呈粉红色或红色；氧气供应不足时，腐蚀产物以四氧化三铁为主，垢呈灰白色或灰褐色。　　碳酸盐水垢质硬而脆，附着坚牢，难以剥离刮除。自然界中碳酸盐有多种形式和成分，碳酸盐水垢也与之相对应。自然界中常见的碳酸盐有石灰石、大理石、汉白玉和方解石，它们都是碳酸钙，但是性状有很大差异，石灰石呈青灰色，大理石研磨后有各种花纹，汉白玉为白色，方解石为白色结晶。水垢类似于大理石和汉白玉，其断口呈颗粒状，较厚而且夹杂有腐蚀产物或其他杂质时，由断口处可观察到呈层状沉积的特点(如图2-1中白色物质)。　　 　　碳酸盐水垢产生在设备受热和工质水有浓缩的部位，哪里受热程度最强烈，哪里结垢就最严重。　　1.1.2碳酸盐水垢的组成　　碳酸盐水垢中含80%以上碳酸钙，如果水中硅酸盐及硫酸盐含量低且设备不存在腐蚀时，碳酸钙的含量可达95%左右。碳酸盐水垢中常含有少量镁盐，它以氢氧化镁形式存在。呈灰白色或粉红色的碳酸盐水垢中常含有少量二氧化硅和氧化铁。　　进行化学成分分析时，所测得垢中的金属氧化物及杂质含量的总量不超过60%，其原因是碳酸盐水垢含有碳酸酐(二氧化碳)和水，它们在用酸分解垢样时分别进入空气和溶液中(水)，不便用化学方法测量。通常在作水垢成分分析时，把无机碳(碳酸酐)和有机碳(有机物粘泥中可燃部分)都计入灼烧减量中，化合水分和羟基也进入灼烧减量中。如果要测量碳酸酐含量，可采取酸碱滴定法或管式炉灼烧吸收法测量。　　表2-1列出了典型的碳酸盐水垢化学成分。　　 　　1.1.3碳酸盐水垢的鉴别特征　　进行化学成分分析可以确认垢种，但是费时较长，费用较高。因此可根据垢的基本性状并对照各种垢的特点来鉴别垢种。　　碳酸盐水垢是各种水垢中最易溶于稀酸的，常见的无机酸与有机酸均可将其溶解。在用酸溶解碳酸盐水垢时，将产生大量二氧化碳气泡，这是其主要特征。在常温的5%以下稀盐酸中，碳酸盐水垢可全部溶解。100g碳酸盐水垢溶于酸中时，可放出20余升二氧化碳气体，其反应如下:　　 　　碳酸盐水垢的另一特点是，在850～900C下灼烧时，水垢质量损失近四成，这是由于二氧化碳与化合水分分解的缘故。由于二氧化碳的消失，水垢变得松散，并可溶于水中，使水溶液呈碱性。碳酸钙灼烧变成氧化钙和氧化钙溶于水形成氢氧化钙的反应如下:　　 　　 　　观察水垢溶解后的少量残渣及注意水垢灼烧时的气味，可了解垢中所含杂质。溶解之后的少量残渣如果为白色是硅酸盐，如果呈黑褐色是腐蚀产物。灼烧时如果嗅到焦糊气味是有机炭(碳水化合物)，如果嗅到腥臭味是微生物污泥。　　1.2磷酸盐水垢及其鉴别　　磷酸盐水垢产生于进行磷酸盐防垢处理的2.5MPa、3.8MPa及其以上锅炉中，也产生于采取水质稳定处理的热水锅炉和供热系统中。循环冷却水采取磷酸盐阻垢处理或采用膦酸盐系列水质稳定剂时，也常产生磷酸盐水垢。　　磷酸盐水垢往往是和碳酸盐水垢共存的。锅炉中，当软化水的残余硬度过高时，当凝汽器管泄漏时，锅炉受热面既结碳酸盐水垢，又会由于产生大量磷酸盐水渣未能及时排除，而形成二次水垢。对于循环冷却水系统来说，浓缩倍率偏高，磷(膦)系列水质稳定剂剂量