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    阻垢剂的作用机理

    关上尘世的耳朵

     

    一、【有机膦酸盐阻垢剂的阻垢机理和特点?】
    有机膦酸盐的阻垢机理:CaCO3晶粒吸附有机膦酸盐的分子后,打乱了晶格的排列次序,不易形成CaCO3的大颗粒结晶。由于表面现象的影响,小晶粒的CaCO3溶解度较大,因而起到了阻垢作用。同时,由于CaCO3吸附有机膦酸盐后,CaCO3晶格内部产生较大的内应力而发生畸变,从而产生一些较大的非结晶颗粒,这些非结晶颗粒不易成垢,容易形成水渣而被水冲散或冲走。
    有机磷酸和聚羧酸羧酸的阻垢和分散机理
    (一)有机磷酸的阻垢机理
    目前有两种说法:
    1、      晶格畸变论
    碳酸钙垢是结晶体,它的成长是按照严格顺序,又带正电荷的Ca2+于带负电荷CO32-相互碰撞才能彼此结合,并按照一定的方向成长。在水中加入有机磷酸时,他们会吸附到碳酸钙晶体的活性增长点上与Ca2+螯合,抑制了晶格向一定的方向成长,因此使晶格歪曲,长不大,也就是说晶体被有机磷酸表面去活剂的分子所包围而失去活性。这也是产生前述临界值效应的机理。同样这种效应也可以阻止其他晶体的沉淀。
    2、            增加成垢化合物的溶解度
    (二)聚羧酸的阻垢和分散机理
    1、            增容作用(增大碳酸盐的溶解度)
    聚羧酸溶于水后发生电离,生成带负电荷的分子链如:
                     —COOH﹦—COO--+H
      这些带负电荷的分子链可与Ca2形成能溶于水的络合物,使钙离子得以稳定,从而使成垢化合物的溶解度增加,起到阻垢作用。
    2、            晶格畸变作用
    由于聚羧酸的相对分子量相当大,是线性高分子化合物,他除了一端吸附在CaCO3晶粒上以外,其余部分绕道晶粒周围,使其无法增长而变得圆滑。因此晶粒增长受到干扰而歪曲,晶粒边细小,形成的垢层松软极易被水流冲走。
    3、            静电斥力作用
    因为聚羧酸在水中电离成阴离子后有强烈的吸附性,他会吸附到悬浮在水中的一些泥沙、粉尘等杂质的粒子上,使其表面带有相同的负电荷,因而使粒子间相互排斥,呈分散状态悬浮于水中。
    二、【极限碳酸盐硬度】理论
    由于循环水在运行过程中不断的蒸发和浓缩,促进Ca(HCO3)2分解成碳酸钙析出。所以当循环水浓缩到一定程度时,就会发生析出碳酸钙的反应。为了使冷却水系统不结垢,应使循环水中碳酸盐硬度的浓缩现象有所限制。实践证明,对于每种水质都有维持在运行中不结垢的极限碳酸盐硬度HT,如果运行中维持循环水的实际HT低于此极限值,就不会有水垢生成。
       极限碳酸盐硬度值HT很难有理论推导算得,因为影响析出碳酸钙过程的因素很多,(不单纯有碳酸盐并且还有其它溶解盐以及溶解盐含量的多少)而且有些因素的影响程度时无法估算的,如水中有机物就会阻止碳酸钙的析出,但有机物种类不已,因此不同的水质有不同的影响程度。为此,在运行中HT的值可有运行经验或通过调试求得;在设计工作中,最好用模拟试验求取。
       由上述可知,为了阻止水垢的生成,办法之一是控制好循环水中盐类的浓缩倍率,使其碳酸盐硬度低于极限碳酸盐硬度,这就是说,控制好冷却系统的排污率,可能做到不结垢。
       《工业循环冷却水设计规范要求》:     GB50050—95

    项目 单位 要求和使用条件 允许值
    悬浮物含量 Mg/l 根据生产工艺确定 ≤20
    根据换热器确定 ≤10
    PH   根据配方及工矿条件确定 7.0~9.2
    甲基橙碱度 Mg/l 根据配方及工矿条件确定 ≤500
    Ca2+含量   根据配方及工矿条件确定 30~200
    Fe2+含量 Mg/l   <0.5
    CI-含量 Mg/l 碳钢设备 ≤1000
    不锈钢设备 ≤300
    SO42-含量 Mg/l   ≤1500
    《岩土工程勘探规范GB50021-94》的规定执行  
    硅酸含量 Mg/l   ≤175
    (Mg2+)与(SiO2)的乘积 <15000
    游离氯含量 Mg/l 在回水总管处 0.5~1.0
    石油类含量 Mg/l   <5(此值不应超过)
    炼油企业 <10(此值不应超过)

    注:1、甲基橙碱度以CaCO3计;
    2、硅酸以SiO2计;
    3、Mg2+ 以CaCO3计;
     
    三、【极限碳酸盐硬度法判断水质稳定的原理】
    在循环水浓缩过程中,如果发生难溶盐的沉淀,很多离子的浓度将会降低。但所有的氯化物溶解性都很好,因此CI-浓度不会因沉淀而变化。所以循环水中氯离子浓度和补充水中氯离子浓度的比值,可以代表循环水中盐类的浓缩倍率。
    如果循环水的碳酸盐硬度和补充水的碳酸盐硬度的比值和有氯离子算出的浓缩倍率相等,则表示此循环水系统在最近时期未曾析出CaCO3
    如果循环水的碳酸盐硬度和补充水的碳酸盐硬度的比值比由氯离子算出的浓缩倍率小,则表示近期在循环水系统中发生了因重碳酸盐的分解而析出CaCO3的过程。在这种情况下,由碳酸钙沉淀的可能性,沉淀物有可能成为垢,也有可能成泥渣被水冲走。
    CL-/CL--YD /YD <0.2  不结垢或结垢倾向很小(垢为泥垢)
    CL-/CL--YD /YD >0.2    结垢
    CL-/CL--YD /YD ==0     不结垢
    四、【安定性实验】
    (1)试验的目的。安定性实验的原理是通过强化碳酸钙沉淀反应的条件后,试验水中有无过饱和碳酸钙来判断水质的稳定性。
    (2)安定性实验过程。实验过程是将水样通过装有CaCO3粉末的锥形瓶,停留时间2h,在此于碳酸钙充分接触、反应,然后将水样通过装有大理石碎粒的玻璃管过滤,测定玻璃管出水的碱度和PH。由于水样与CaCO3有足够的接触时间,因此可以认为出水水样中的Ca2+、CO32-已经与碳酸钙达到沉淀平衡,出水已经相当稳定了,此时测得的碱度和PH就认为是该水条件下碳酸钙沉淀反应平衡的值。
    (3)结果分析,将实验装置出水的碱度和PH值与原始水样比较,若出水的碱度降低或PH降低,说明在与碳酸钙接触的过程中,水中游HCO3-转化为CO32-生成了碳酸钙沉淀,表示此水在运行中有结垢的倾向。
    此法可用于开放式和循环冷却系统。试验时应将水温调节至相当于凝汽器出口处的冷却水水温。
     
    五、【循环水稳定性判断】是否结垢
    在汽轮机运行中,根据运行化验数据判断、分析循环水是否存在结垢倾向,这是化学专业人员的一项经常性的重要工作,倡议下列方法进行。
    1、 碳酸盐硬度比较法
    测定循环水出、入口硬度,进行比较。若循环水入口硬度计作H1,出口硬度计作H2
    H1≤H2  水质稳定,不结垢
    H1>H2  水质不稳定 ,结垢
    2、△A法判断
       以循环水的浓缩倍率与某离子的浓缩倍率之差来判断重碳酸根得分解度,称△A法。
      (1)以循环水中钙离子判断。
                   CLA÷CLB-CaA÷CaB ==△A
                  △A ≤0.2  循环水系统不结垢
                  △A >0.2  循环水系统结垢
       (2)以碱度比较判断。
                  CLA÷CLB-MA÷MB ==△A
                  △A≤0.2  循环水系统不结垢
              △A>0.2  循环水系统结垢
    (3)以硬度比较判断。
              CLA÷CLB-HA÷HB==△A
    式中:   CLA——循环水氯根浓度,mg/l;
             CLB——补水中氯根浓度,mg/l;
      HA、——循环水中硬度,mmol/l;
      HB、——补水中硬度,mmol/l;
    3 、△Ca法
    利用钙离子在循环水中的沉积来判断重碳酸根的分解度,称△Ca法。
            △Ca== K-Can ÷Cam
    式中  Cam——补水中钙离子的浓度mg/l;
          Can——循环水中钙离子的浓度mg/l;
              K ——循环水的浓缩倍率
              △Ca≤0.2  循环水系统不结垢
              △Ca>0.2  循环水系统结垢
     
    六、【循环冷却水药剂投加方法】
    1、自然加药法
    此法是在循环冷却水泵房内靠近循环泵入口集水井处安装一加药箱,先将每天应加入的药剂量配成稀溶液,用管路引入集水井,将加药阀门开至一定开度,靠药箱液位的自然压力将药剂加入到循环水系统内,阀门开度调至24h内但不小于12h内加完。第二天重新配制。其优点是投资小,操作简单,运行费用低。
    2、压力加药法
    此法是在循环水加药间安装加药装置系统,用加药泵将药品加入到循环水泵出口母管内。其优点是加药均匀。

    

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