管道中水垢的形成机理及清洗方法分析 ·2l· 2.1.3金属管道内壁侵蚀性水垢 由于管道金属中含有不同的杂质,形成电化学 腐蚀,使阳极金属遭到破坏,阳极失去电子,在阴极 酸钙饱和pH值pH。 的计算方法。并以水的实际 形成氢离子放电,溶液在阴极失去氢离子而OH一离 pH与pH。的差值来判断水的腐蚀结垢倾向。即,S 子增加,溶液中的金属离子就形成金属的低价氢氧 5pH—pHs。 化物Fe OH :,Fe OH :被水中溶解氧继续氧化生 成Fe OH ,沉淀结垢。 2.1.4管道中微生物沉积 代替饱和指数,作为判断腐蚀或结垢倾向的依据。 如附着在管道上的铁细菌,在生存过程中能吸 通过实验,提出表1的判断指标。 收亚铁盐和排出氢氧化铁,因而形成凸起物。由于 表1 用稳定指数判断腐蚀或结垢的依据 铁细菌在生存期间能排出超过其自身体积499倍的 指标 判断结果 氢氧化铁,所以有时能使水管过水断面严重堵塞。 S 3.7 严重结垢 由于局部破损后,发生电化学腐蚀,管壁变得粗 3.7 S 6.0 结垢 糙,微生物易粘附生长。在较长距离的输配过程中, S一6.0 稳定 进入输配水系统的微生物生长繁殖,受损微生物也 6.0 S 7.5 腐蚀 恢复生长,故进入金属内的微生物数量大,种类丰富 S 7.5 严重腐蚀 且受消毒剂影响小,有利于生物膜形成生长。水在 管网末梢的流态促进生物膜生长,因而生物膜很快 侵占内壁。当其积累到一定厚度后,营养物质和氧 Pyznar。他认为水的pH受到缓冲,往往不能与 气逐渐成为生长限制因素。在竞争营养物质和氧气 HCO,一始终存在正确的对应关系。而水的总碱度不 的过程中,带柄的铁细菌获得优势,能够摄取生长所 易受到缓冲,因而更能准确地指示水的腐蚀或结垢 需的营养物质和氧气而不断增殖,并覆盖生物膜向 倾向。pH。不是实际pH,而是由总碱度肘校正过的 外伸展,形成环绕管壁的生物沉积。 pH,与水的总碱度相匹配。 2.1.5水中含铁量过高引起的沉淀水垢 2.3循环水系统难溶物的形成机理 水中的铁常以酸式碳酸铁、碳酸铁等形式存在。 锅筒是锅炉存水、存汽最主要的压力容器。锅 以酸式碳酸铁形式存在时最不稳定,分解出二氧化 筒底部,受炉膛火焰直接烧烤,蒸汽发生量大,气泡 碳,而生成碳酸铁经水解生成氢氧化亚铁。这种氢 在蒸发上升的瞬间,将水中溶解固形物吸附在金属 氧化亚铁与水溶液中氧作用,转为絮状的氢氧化三 表面。炉水不断蒸发,水质不断浓缩,溶解度降低。 铁沉淀结垢。 如果排污量不足时,一般排污量为蒸发量的5%一2.2用碳酸钙的溶解平衡判断循环水结垢或腐蚀 10%,水中钙、镁离子、胶质物、悬浮物等溶解固形物 倾向 会迅速浓缩,达到饱和后析出生成水垢"J。 齐冬子 41编著的敞开式循环冷却水系统的化学 水系统的结垢原因,一般认为是水中过饱和的 处理中,根据碳酸钙的溶解平衡计算碳酸钙饱和pH 矿物质析出、沉淀所致。而在水系统管道、设备内阁 值pH。 来判断循环水结垢或腐蚀倾向的方法有以 器壁形成的结垢,说明了结垢是沿固液界面的固体 下几种: 一面发生的化学吸附和物理吸附的延伸,这证明了 万方数据 ·22· 清洗世界 第12期 在固液界面间存在着一个结垢的电化学能场。通过 测有机物含量。 实验和测量得知,这个能场确实存在,它就是在固液 界面存在的偶电层。偶电层是由两种不同的、相对 溶解并蒸发至近干,再加50mLHNO,溶解,过滤后定 接触的物质,各有着不同的电极电位而形成的,水系 容至250mL,原子吸收分光光度法直接测钙、锰含 统管道、设备器壁电位的高低正负,受器壁材料性 量,稀释200倍后测铁含量。 质、所处环境情况的影响;而水的电位受器壁电位、 3 依据原化工部部颁标准《工业循环冷却水污 水的温度和水中离子电荷量的影响它们的电位差别 垢和腐蚀产物试样的调查、采取和制备》定性分析垢 越大,偶电层电位势差就越大,偶电层能场的能量也 越大,而且总是在器壁一侧形成负极电位,当有矿物 3水垢清洗技术 溶质离子吸附时产生结垢。 从ca2+和CO,“的电性符号上可以看出,当这 输水管道的清洗有物理清洗和化学清洗,最常 些带电离子 或分子 在水流或热扩散的带动下,进 用的是物理清洗,但它的工程量很大,现在化学清洗 入偶庖层引力范围时,偶电层的狭窄距离 10一 是一种很有前景的清洗方法。 60nm 和相对较高的电位差[ 0.01—0.1 +x]V3.1物理清洗 及约0.2C/m2的电荷面密度,会使正负离子在偶电3.1.1长输管道的清洗 层相对,并使趋阳电性离子的电子让给一个邻近的 1 用泡沫塑料清管器清管。泡沫塑料清管器 趋阴电性离子 或分子 ,然后它们就排列成一个晶 是以聚氨酯泡沫塑料为芯体,聚氨酯橡胶为涂层的 体,并逐渐形成结晶垢层。因此,结垢主要是由于水 清管器。其特点是通过能力强、耐磨、耐油性能好, 中有带电的矿物溶质离子和偶电层电位势差所形成 重量轻,有较高的强度和清蜡效果。适用于矿山、工 的电化学能场的存在∞o而产生的。 厂、民用输水管线及热力管网除垢,特别是在变形较 2.4垢层分析方法 大的长输管道上清蜡效果显著。其工作原理是把泡 2.4.1垢层形态观察 沫塑料清管器装入管道,然后通入压缩空气或输送 1 取有生物膜生长的管片,用扫描电镜 SEM 介质,泡沫塑料清管器在前后压差2~8MPa的情况 观察内表面。将管片放入热肥皂水中,洗去附着物, 下就可运行除垢,根据管道内结垢厚度的多少需分 次放人不同尺寸的泡沫塑料清管器,对管道进行反 然后将管片在60—80'E的柠檬酸铵溶液中浸泡约 40rain,超声波清洗。重复处理3次,使腐蚀产物全复清理‘7l。 部从内壁表面脱落后再次用扫描电镜观察。 2 用橡胶球清管。用橡胶球清管是采用一个 2 腐蚀瘤突出生长在管道内壁,肉眼观察其生 直径稍大于管道内径的橡胶球,用高压气流推动橡 长状况,用刻度尺测瘤底径及高度。 胶球前进,随之沉结物被球体挤擦下来。橡胶球是 3 用刀小心移取完整的腐蚀瘤,观察其内外表 用橡胶做成的一个空心球体,空心内注入水或空气。 面及断面,用刀片和针剥离瘤内黄泥土,观察腐蚀瘤 由于圆球对管壁是线性接触,清洗效果一般,而且球 的构架。 还会经常丢失在管道内不易找到。在没有研究出电 2.4.2垢层物质组成分析 子清管器之前太多数长输管道都采用此种方法。 1 刮取生物膜或腐蚀瘤,将其倒入研钵中磨碎 3 电子跟踪式清管。长输管线,如给水、输油、 至全部通过120目筛分,105。U测水分含量,550cc下 送气或化工原料输送管道有时长达几十甚至数千 万方数据 第24卷 蒋伟等.管道中水垢的形成机理及清洗方法分析 ·23· 里。各种管道使用一段时间之后管壁内会有沉渣淤 度大,所以在等物质的量清洗条件下,洗一台锅炉所 结或出于其它原因造成管道变形,所以要进行清洗 用工业硫酸的体积仅为盐酸的1/4,而且浓硫酸对钢 和检修。找到沉渣淤结点和管道变形处,这就需要 铁几乎不腐蚀,这给化学清洗带来了极大的方便,可 采用电子跟踪式清管方法。所用的仪器就是电子清 以大大简化储存、运输和配酸过程。