电磁阻垢技术在循环冷却水上的应用探究(二)

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循环冷却水阻垢的几种物理方法介绍

循环冷却水阻垢的几种物理处理方法介绍【摘要】探讨和研究新型循环冷却水物理处理技术，在不添加任何化学药剂的情况下，达到防垢、阻垢、灭菌和缓蚀作用，本文主要介绍几种循环冷却水的物理处理方法的机理及目前研究状况。

【关键词】循环冷却水，物理处理法，电场法，磁场法，超声波法，亚音频波法，高频电磁场法，射频法一、前言水是自然界分布最广的自然资源，是维持人类发展的生命线。

但由于咸水和技术原因可供人类开发利用的淡水资源只占地球总水量的0.3%，所以淡水资源是十分有限的宝贵的自然资源。

随着人类社会经济的迅猛发展，对水资源的需求急速增加，其中工业用水量的增加最为显著，导致一方面供水紧张，另一方面又引起污水量的增加。

缺水和水体污染已成为当今世界困扰人们的主要问题之一。

而工业用水中循环冷却水所占比例最大。

这是因为在众多的冷媒中水最廉价易得，且没有任何毒副作用，冷却效率最高，是最理想的冷媒。

随着水资源的日益紧张，节约循环冷却水是节水的目标之一。

通过变直冷为循环冷却，进而提高循环冷却水的浓缩倍数，使补充水量和排污水量大幅减少，成为最有效的节水措施。

冷却水在循环系统中不断循环，由于流速的变化，水温不断升高，水的不断蒸发，水中有机物和无机离子不断浓缩，以及设备材料结构的多重因素协同作用，因而产生沉积物的附着、设备的腐蚀和微生物的大量滋生并形成污泥污垢堵塞管道等问题，传统的处理方法是使用药剂，而化学药剂的污染，由于含量较低，传统上不作处理直接排放，这既浪费了水资源又污染了环境。

近年来，由于环境压力的增加和现存化学处理法中存在的投药过程复杂，排污对水体产生污染等不足之处，寻找低能耗、节水减排的工业循环冷却水处理技术成为当前发展的大趋势。

探讨和研究新型循环冷却水物理处理技术，在不添加任何化学药剂的情况下，达到防垢、阻垢、灭菌和缓蚀作用，在循环冷却水处理领域有着广阔的应用前景和商业市场。

而将物理方法应用于循环冷却水处理具有既不污染水体，绿色环保，又节约水资源的优势。

阻硫酸钙垢缓蚀阻垢剂在发电循环水中的研究及应用

当代化工研究Modem Chemical Research145 2021・03科研开发阻硫酸钙垢缓蚀阻垢剂在发电循环水中的研究及应用*刘向朝I宫继勇2聂明I许跃I曹宏伟I王明珠I（1.中海油天津化工研究设计院有限公司天津3001312.中国石油天然气股份有限公司锦州石化分公司辽宁121000）摘耍：循环水系统换热设备出现换热效率降低、设备腐蚀、结垢现象是普遍存在的；结垢物质一般有碳酸钙垢、锌垢、磷酸钙垢、硅酸盐垢、硫酸钙垢，而硫酸钙垢是比较难处理的.当补水中硫酸根离子浓度过高时就会产生硫酸钙垢，而且可能会引起垢下腐蚀；因此研发出高效的阻硫酸钙垢缓蚀阻垢剂应用在硫酸根离子含量高的冷却水系统中具有重要的意义.关键词：硫酸钙垢；换热效果；填料坍塌；缓蚀阻垢剂中国分类•号：TQ文献标识码：AStudy on the Application of High-efficiency Calcium Sulfate Scale Inhibitor in CirculatingWater of Power PlantLiu Xiangzhao1,Gong Jiyong2,Nie Ming1,Xu Yue1,Cao Hongwei1,Wang Mingzhu1(OOC Tianjin Chemical Research and Design Institute Co.,Ltd.,Tianjin,3001312.PetroChina Jinzhou Petrochemical Company,Liaoning,121000)Abstract z The main causes of h eat exchange efficiency reduction and leakage of h eat exchange equipment in circulating water system are scaling and corrosion.The scaling substances generally include calcium carbonate scale,zinc scale,calcium phosphate scale,silicate scale and calcium sulfate scale.When the concentration of s ulfuric acid ions in the rehydration water is too high,calcium sulfate scale will be p roduced,and it may cause scale corrosion.Therefore,it is ofgreat importance to develop effective calcium sulphate scale inhibitor f or cooling water system with high content of s ulfate ions.Key words i calcium sulphate scale；heat exchange effects packing collapsei corrosion inhibitor1.成垢机理循环冷却水处理系统应用在工业生产中所使用的大部分换热设备都会出现结垢的问题。

电厂循环冷却水水质稳定剂试验研究

电厂循环冷却水水质稳定剂试验研究赵晓丹上海电力学院（上海200090）[摘要] 本文针对某电厂现场水样，投加不同水处理剂，进行静态阻垢试验、静态旋转挂片试验以及动态模拟试验，比较各药剂的阻垢、缓蚀性能，筛选出适合该水质的水质稳定剂，确定其最佳控制参数，为电厂循环冷却水系统现场运行方案提供依据。

[关键词] 循环冷却水，水质稳定剂，阻垢，缓蚀，Pilot Study of Water Quality Stabilizer in Circulating Cooling Water of Power PlantZhao Xiaodan（Shanghai University of Electric Power, 2103#, Pingliang Road, Shanghai, 200090）ABSTRACT：In this paper, we carried out static scale inhibition test, sample-revovled corrosion test, dynamic imitating test by adding diverse water treatment agents to the water used in a power plant circulating cooling water system. The research was used for screening the water quality stabilizer which is suitable for the given water through comparing agent function of scale inhibition and corrosion inhibition, and defining the best controlling parameter. It provided guidance for operation plan in power plant circulating cooling water system.KEY WORDS：Circulating cooling water, water quality stabilizer, scale inhibition, corrosion inhibition1 引言我国水资源短缺和水污染问题日益突出，尤其北方、西部地区缺水特别严重，东南地区虽然水源丰富，但是由于地表水污染覆盖面广，从而引起的水质性缺水情况也很严重。

变频脉冲电磁装置在电厂循环水处理中的应用

ＡｂｔａｔＰｌｅｆｑｅｃｌｃｒｍａｎｔｃｗａｅｅｔｎｅｉｅｉｈａｅｔｇｎｒｔｏｒｄｃｓｏｈｈｓｃｌｗｔｒｔａｍｅｔｔｃ — ｓｒｃ：ｕｓｒｕｎｙｅｅｔｅｏｇｅｉｔｒｔａｍｅｔｄｖｃｓｔｅｌｔｓｅｅａｉｎｐｏｕｔｆｅｐｙｉａａｅｒｔｎｅｈｒｔｅｎｌｇｏｏｙ，ｉｉｎｔｎｙａｆｎａｎａｏｕｉｎｔｈｎｉｃｌｇｐｏｌｍｓｕｌｏｈｓａｇｏｆｃｎｔｅｓｅｌａｉｎ，ｋｌａｇｅ，ｄｒｓ— ｔｓｏｌｄｍｅｔｌｌｔｏｔｅａｔ —ｓａｉｒｂｅ，ｂｔｓａｏｄｅｆｔｈｔｒｉｔｏｕｓｏｎａｅｉｉｚｏｉｌａｌｅｕｔｉｇａｄｃｒｏｉｎｐｅｅｔｎｎｎｏｒｓｏｒｖｎｉ．ｏ
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器、凝汽器结垢、腐蚀，降低凝汽器的冷凝效果、供热系统的换

工业循环冷却水用阻垢缓蚀剂的研究进展

工业循环冷却水用阻垢缓蚀剂的研究进展张盼盼;蒋利辉;孙军萍;吴玉锋;许英【摘要】随着工业循环冷却水浓缩倍数的不断提高,结垢和腐蚀问题已严重影响工业的发展.向工业循环冷却水中投加水处理剂是解决结垢、腐蚀以及提高水资源利用率的重要手段.前期水处理药剂多以磷系为主,随着公众环保意识不断增强,近年来,以高效、绿色为目的的水处理剂的开发与改性研究得到学者们的广泛关注.本文主要综述了近年来研究人员通过接枝改性、复配等手段,制备一系列多功能、环保高效的水处理剂的方法、阻垢缓蚀性能及在应用方面的探索等进展.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2018(029)006【总页数】5页(P642-646)【关键词】阻垢缓蚀剂;接枝改性;复配【作者】张盼盼;蒋利辉;孙军萍;吴玉锋;许英【作者单位】河南大学化学化工学院,河南省工业冷却水循环利用工程技术研究中心,河南开封475004;漯河市久隆液压科技有限公司,河南漯河462000;河南省通许县水利局,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南省工业冷却水循环利用工程技术研究中心,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南省工业冷却水循环利用工程技术研究中心,河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】O631.4我国经济与工业化程度的迅速发展对水资源产生了巨大的需求. 据统计，工业生产用水量约占总用水量的30%，冷却循环水约占工业用水量的80%[1]. 冷却水在循环过程中，随着浓缩倍数的提升，水中无机盐离子的浓度不断提高，当达到临界浓度时以沉淀物的形式从水中析出形成水垢. 水垢在管道中不断沉积，会引发管道堵塞、换热效率下降和加剧腐蚀等一系列问题[2]. 工业上常采用化学和物理的方法来解决上述问题.物理处理方法主要包括电解法、电场法、磁场法、超声波法及光化学法等[3]，该类方法操作简单、成本低且无二次污染，但一般仅能处理钙、镁离子浓度较低即硬度较小的水质，而多次循环使用的冷却水的水质成分较复杂，硬度也较高，不能普遍应用于工业循环冷却水处理行业[4]. 化学方法的阻垢原理一般是在冷却水处理过程中产生螯合增溶、吸附与分散、晶格畸变等作用[5]，其缓蚀机理则是在金属阴极表面生成难溶沉淀或是阳极表面形成致密氧化膜使其钝化[6]. 近几年来，随着科技的进步以及民众对环保意识的增强，水处理技术得到了较快的发展，本文总结了近年来工业循环冷却水处理剂的现状和研究进展，着重叙述了绿色环保类水处理剂.1 常用阻垢缓蚀剂1.1 天然高分子类阻垢缓蚀剂天然高分子类阻垢缓蚀剂来源广泛、廉价易得、易生物降解且无毒无污染. 其主要包括单宁、木质素、纤维素、壳聚糖、淀粉、腐殖酸钠等. 胡新华等[7]研究表明腐殖酸钠具有较好的阻垢缓蚀性能，当药剂的添加量为30 mg/L时，其阻垢效率高达85%. SEM结果表明腐殖酸钠可使CaCO3垢晶型由最稳定的方解石向亚稳态结构球霰石转变，从而可以抑制垢晶的生长. WANG等[8]研究了烟草的水提取物在模拟海水中对Q235钢片的阻垢缓蚀性能. 当烟草提取物的浓度为100 mg/L时，其对Q235钢片的缓蚀率为83.9%；浓度为140 mg/L时，其阻垢率为100%. 动电位极化曲线表明该提取物为混合型阻垢药剂. ABDEL等[9]将橄榄叶水提取物用于盐水中碳钢片的阻垢缓蚀剂，使用电化学阻抗谱和动电位极化曲线测量技术研究了橄榄叶水提取物的阻垢缓蚀性能. 极化曲线表明橄榄叶水提取物是一种主要控制阳极反应的混合型缓蚀剂，推测其阻垢机理为橄榄叶水提取物可吸附于碳钢表面，占据垢晶体表面活性生长点，从而抑制垢晶体正常有序的生长.天然高分子类阻垢缓蚀剂在水处理剂发展的初期，起到了至关重要的作用，但其在工业使用过程中存在用量大且性质不稳定、成本较高、产量少、难以满足工业生产所需等缺点.1.2 有机膦酸类阻垢缓蚀剂有机膦酸类水处理药剂具有化学性质稳定、较宽的pH应用范围、能有效抑制菌藻繁殖、可与多种药剂发生协同作用等优点，广泛应用于循环冷却水系统中. 该类阻垢缓蚀剂主要包括氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、己二胺四亚甲基膦酸(HDTMP)、乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP)、2-膦酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTC)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DTPMPA)等. 许妍等[10]采用静态阻垢法和动态模拟实验比较了多氨基多醚基甲叉膦酸(PAPEMP)、膦酰基羧酸共聚物(POCA)、二亚乙基三胺五亚甲基膦酸(DTPMPA)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、2-膦酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTC)、乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)及二己烯三胺五亚甲基膦酸(BHMTPMPA)等7种有机膦酸阻垢剂的阻垢性能. 结果表明：相对于其他几种阻垢剂，PAPEMP阻垢性能最佳，在15 mg/L时，其阻垢效率为98.1%. 且SEM结果表明加入PAPEMP阻垢剂后，垢晶体结构松散，晶体表面粗糙，晶格尺寸明显减少. 这表明PAPEMP的加入可改变垢晶的形貌结构，从而抑制垢的生长. ZEINO等[11]研究了ATMP与DTPMPA的协同作用，实验表明，当ATMP和DTPMPA的物质的量之比为1∶1时，其阻垢效率最佳，在10 mg/L时阻垢率为100%. 作者将诱导时间和饱和指数作为ATMP与DTPMPA协同作用评价的指标，综合考察了两者之间的协同效果. 方健等[12]通过量子化学计算，比较了乙烷-1,1-二膦酸(1,1-EDPA)、乙烷-1,2-二膦酸(1,2-EDPA)与羟基亚乙基二膦酸(HEDP)的分子结构与阻垢缓蚀性能之间的构效关系. 计算结果显示，三种膦酸分子中均含有呈负电性的氧原子，使得其可与Ca2+离子发生相互作用，且1,1-EDPA和HEDP分子结构中的两个氧离子之间的间距和方解石晶体中钙离子间距相匹配，因而可显著增强两种离子之间的吸附作用.有机膦酸类阻垢缓蚀剂含有大量的磷元素，长期使用该类药剂将造成水体中磷元素大量富集，导致水体中藻类植物大量繁殖，造成水体富营养化，严重污染环境. 随着民众环保意识的增强，该类药剂的应用受到极大的限制.1.3 聚羧酸类阻垢缓蚀剂1.3.1 聚丙烯酸类聚丙烯酸具有较好的阻碳酸钙和硫酸钙垢性能，并且还具有一定的缓蚀和分散性能，可有效地分散水中的粉尘和腐蚀物等. 王虎传等[13]制备了丙烯酸-丙烯酰胺-聚丙二醇/马来酸酐(AA-AM-PPGAZMA)三元共聚物. 该共聚物是一种不含磷的绿色经济型水处理剂，文中利用SEM技术探究其阻垢机理，采用控制变量法研究了反应原料用量对AA-AM-PPGAZMA阻垢效率的影响. 实验结果表明，当AA、PPGAZMA和AM的物质的量之比为4∶3∶1，药剂用量为3 mg/L时，其阻硫酸钙垢率可达98%. 赵向阳等[14]研发了新型水处理剂聚酰胺酯-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(HBPAE-AMPS). 对所得产物性能分析可知，其最佳反应比为：AMPS与HBPAE质量之比为5.5∶1，且最终聚合物的相对分子质量在1～1.5万之间时，其阻垢性能最优. 孙琪娟等[15]合成了马来酸酐-丙烯酸-丙烯酸甲酯(MAH-AA-MA)三元共聚物阻垢剂，并确定了最佳反应条件为n(MAH)∶n(AA)∶n(MA)=2∶2∶1，引发剂的用量为4%时，可得到阻垢性能在88%以上的聚合物. 符嫦娥等[16]制得了丙烯酸-聚氧乙烯醚(AA-APEC)共聚物阻垢剂，该共聚物阻垢剂可改变垢晶体的晶型，从而达到阻垢目的，其药量为20 mg/L时阻垢效率可达91%.1.3.2 聚马来酸类聚马来酸类水处理剂化学性质较稳定，有较好的耐高温性，近年来得到较为广泛的应用. LIU等[17]研发了马来酸酐-烯丙氧基聚乙二醇/缩水甘油(MA-APEG-PG-(OH)n)(n = 3,5,7,9,11)共聚物水处理剂. 实验结果表明共聚物中n的数值与其阻垢效率有着密切的关系，当n为5时，其效率最高，在用量为8 mg/L时，其效率高达97%. 杨祥晴等[18]制得了低膦马来酸酐-尿素(PMASU)共聚物. 当聚合温度为95 ℃，SHP、MA和UREA的物质的量之比为2∶10∶1，聚合反应时间为4 h，引发剂量占总反应量的4%时所得产物阻垢性能最优. 当PMASU用量为25 mg/L 时综合性能最优，阻垢和缓蚀效率均高于80%. YOUSEF等[19]合成了马来酸酐-丙烯酰胺共聚物. 实验数据表明在pH为10.45，加热温度为70 ℃，用药量为9 mg/L时此药剂的阻垢率高达99.5%.1.4 环境友好型阻垢缓蚀剂自20世纪90年代提出“绿色化学”的理念以来，如何研发并使用无磷、无毒、高效及可生物降解的阻垢缓蚀剂成为了人们关注的焦点. 目前该类药剂主要包括聚天冬氨酸类(PASP)和聚环氧琥珀酸类(PESA).1.4.1 聚环氧琥珀酸类聚环氧琥珀酸(PESA)是一种不含磷、氮的环境友好型化合物，可生物降解，兼具阻垢缓蚀多重功效，并能较好的适应高碱、高硬度水体系. GU等[20]将PESA与咪唑啉复配，取得了较好的协同效果. 当PESA与咪唑啉的配比为25∶4时，其缓蚀率可达90.42%，阻垢率为96.74%. 熊蓉春等[21]将葡萄酸钠、Zn2+离子和PESA复配，复配产物具有极强的协同效果. 当PESA用量为30～50 mg/L，葡萄酸钠和Zn2+离子的用量为5～8 mg/L时具有最佳的协同效果，其对碳钢的缓蚀率可达96%以上. PESA缓蚀机理一般认为是因为分子链中插入了氧原子，使其更容易形成稳定的五元环螯合物. PESA虽具有较好的阻垢缓蚀性能，但目前关于PESA的研究大多数集中在其合成方法以及应用方面，对其螯合金属离子的能力以及机理的研究较少，从而限制了PESA的进一步应用.1.4.2 聚天冬氨酸类20世纪90年代初，聚天冬氨酸(PASP)作为水处理剂被研发出来，以其高效的优势，尤其是可生物降解的特性，迅速在冷却水处理行业得到广泛应用.聚天冬氨酸类水处理剂一般分为两类，一类是以聚天冬氨酸为单体，对其进行接枝得到聚天冬氨酸接枝共聚物，以期提高PASP的综合性能；另一类则是将聚天冬氨酸与其他阻垢缓蚀剂进行复配，发挥其协同效果，以拓宽其应用范围.李彬等[22]制得了聚天冬氨酸-丝氨酸(PASP/SE)接枝物. 研究表明，当反应时间为18 h、反应温度为55 ℃及原料配比为n(PSI)∶n(SE)= 1∶1时，PASP/SE的性能最佳. 同时其阻垢率与温度、时间、水系统中与m(Ca2+)之比呈负相关. 杨星等[23]合成了聚天冬氨酸/2-噻吩甲胺(PASP/2-TPMA)接枝物. 实验结果表明，2-噻吩甲胺可明显改善PASP阻垢缓蚀性能，当PASP/2-TPMA用量为1.3 mg/L时，其阻CaCO3、CaSO4垢率均为100%. 在相同实验条件下，PASP/2-TPMA缓蚀能力较PASP高出近20%. MIGAHED等[24]制备了甘氨酸-天冬氨酸(Gly-PASP)共聚物. 结果表明当Gly-PASP浓度为125 mg/L时，其对硫酸钙垢的抑制率达90.2%. 王谦等[25]将L-肌肽接枝到PASP上. 实验结果表明，当PASP/L-肌肽浓度为8 mg/L时，其阻磷酸钙垢效率即可达到90%以上. 通过对不同温度和不同PO43-离子浓度条件下PASP/L-肌肽阻垢效率的测定可知，PASP/L-肌肽有较好的耐高温和耐高磷酸根浓度的特性.程玉山等[26]制备了聚天冬氨酸、苯并三氮唑(BTA)、钨酸钠、葡萄糖酸钠四元复配水处理剂，并通过正交实验对四种药剂不同复配比例进行分析，结果显示该四元复合配方的最佳复配比例为PASP∶BTA∶钨酸钠∶葡萄糖酸钠为10∶0.5∶20∶10，在此配比条件下其对铜的缓蚀效果最为显著. ZHANG等[27]研究了PASP、聚环氧琥珀酸(PESA)、葡萄糖酸钠(Glu)和聚氨基聚醚基亚甲基膦酸(PAPEMP)以及Zn2+离子复配水处理剂. 利用失重法和电化学实验法研究了复配药剂对碳钢腐蚀作用的协同效应. 电化学实验表明，该复合配方中，PASP、PESA、PAPEMP和Glu为混合抑制剂，而锌离子表现为阴极抑制剂，其协同效应表现为抑制金属溶解的阴极反应，并且在碳钢表面可形成保护膜以达到缓蚀目的；利用正交试验得出该复合药剂中PASP、PESA、PAPEMP、Gln和Zn2+离子的最佳复合配比分别为12∶12∶4∶2∶2. 在该配比下药剂的缓蚀效率高达99%.本课题组在聚天冬氨酸复配方面开展了一系列相关性的研究. 将自制的一系列聚天冬氨酸接枝物如聚天冬氨酸/氨基甲磺酸(PASP/ASA)、聚天冬氨酸/糠胺(PASP/FA)[28]、聚天冬氨酸/4-甲氨基吡啶(PASP/4-AMPY)，分别与2-膦酸基-1,2,4-三羧酸丁烷(PBTCA)、ZnSO4、聚环氧琥珀酸(PESA)进行复配，并利用正交实验得到最佳复配比. 含PASP/ASA接枝物的复合型药剂最佳复配比为：PASP/ASA为10 mg/L，PESA为20 mg/L，ZnSO4为2 mg/L，PBTCA为8 mg/L. 含PASP/FA接枝物的复合型药剂最佳复配比为：PASP/FA为30 mg/L，PESA为40 mg/L，ZnSO4为4 mg/L，PBTCA为8 mg/L. 含PASP/4-AMPY接枝物的复合型药剂最佳复配比为：PASP/4-AMPY为20 mg/L，PESA为30mg/L，ZnSO4为4 mg/L，PBTCA为15 mg/L. 采用静态阻垢法、失重法以及动电位极化法等研究了复合型阻垢缓蚀剂的性能. 实验结果表明复合药剂性能较PASP均有较大提升，其中PASP/ASA复合型药剂的阻CaCO3垢率为91.2%，阻CaSO4垢率为100%，阻Ca3(PO4)2垢率为88%，PASP/FA复合型药剂的阻垢率为92.3%，缓蚀率高达96.4%，PASP/4-AMPY复合型药剂在保持较高阻垢率的基础上，其缓蚀率高达98.1%. 同时利用智能动态模拟装置考察了上述三种复合型阻垢缓蚀剂的工业应用前景，结果表明复合型药剂的污垢热阻值和年腐蚀速率均满足国家标准(GB/T50050-2007)的要求，该类复合型阻垢缓蚀剂具有较好的工业应用前景.2 结论工业循环冷却水用阻垢缓蚀剂的研究，近几年发展较快，但工业社会和经济的高速发展对水处理剂的研究工作提出了更高的要求，如何提升水处理剂的综合性能仍然是今后研发工作的重点.在未来的水处理剂研发工作中，应当通过对当前性能较好的水处理剂进一步深入研究，开拓思路，寻找更为高效环保的功能基团，通过接枝改性、复配等手段，对其综合性能进行不断完善，以便使其能更好地适应新形势下水处理剂的发展趋势. 参考文献：【相关文献】[1] MASSEOUD O, ABDALLAH A, HASSEN B, et al. 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电磁阻垢新技术研究

维普资讯
第３第３期４卷２００８年６月
包钢科技Ｓｉｃ＆Ｔｃｎｌｇｆａｔｔｅ（ｒｕ）ＣｒｏｔｎｃｎｅｅｅｈｏｙｏｏｕＳｅｌＧｏｐｏｒｉｏＢｏｐａｏ
Ｖｏ．４．１３Ｎｏ．３
度还是从经济角度来看，处理技术都是一种极具磁发展前途的阻垢技术。目前，效应应用于防止钙、磁镁碳酸盐结垢物的生成在许多的实验中得到了证
Ｊｎ，０８ｕｅ２０
电磁阻垢新技术研究
齐云格
（内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心内蒙古包头０４１）１００
摘
要：文章利用电导率和钙离子浓度的变化研究了低频电磁场对碳酸钙结晶的影响，分析了碳酸钙结晶，电磁处理促进实验溶液中碳酸钙晶核的生成却抑制了晶体长大，而达到阻垢的目的。从
关键词：频电磁场；酸钙；垢低碳阻
中圈分类号：Ｕ９．７Ｔ９１２文献标识码：Ｂ文章编号：０９—５３Ｉ０８０ —０１～０１０４８２０）３０７３
将实验水样注入水样箱中，打开阀１关闭阀２、，
开启水泵和低频电源，节转子流量计前的阀门，调控制流速。水样经阀４取得磁化水样；闭低频电源，关
水样经阀４取得未磁化水样。

循环冷却水结垢原理及处理方法

循环冷却水结垢原理及处理方法一、循环冷却水系统为什么会结垢1.一般解释冷却水中溶解有各种盐类，如碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、硅酸盐、磷酸盐和氯化物等，它们的一价金属盐的溶解度很大，一般难以从冷却水中结晶析出，但它们的两价金属盐（氯化物除外）的溶解度很小，并且是负的温度系数，随浓度和温度的升高很容易形成难溶性结晶从水中析出，附着在水冷器传热面上成为水垢。

如冷却水中的碳酸氢根离子浓度较高，当冷却水经过水冷器的换热面时，受热发生分解，发生如下反应：Ca(HCO3)2→CaCO3↓+ H2O + CO2↑当冷却水通过冷却塔时，溶解于水中的二氧化碳溢出，水的pH 值升高，碳酸氢钙在碱性条件下发生如下反应：Ca(HCO3)2+ 2OH- →CaCO3↓+ 2H2O + CO32-难溶性碳酸钙可以是无定型碳酸钙、六水碳酸钙、一水碳酸钙、六方碳酸钙、文石和方解石。

方解石属三方晶系，是热力学最稳定的碳酸钙晶型，也是各种碳酸钙晶型在水中转变的终态产物。

2.碳酸钙的溶解沉淀平衡。

碳酸钙的溶解度虽然很小，但还是有少量溶解在水里，而溶解的部分是完全电离的。

所以在溶液里也出现这样的平衡：Ｃａ2++ＣＯ3 2-CACO3(固)在一定条件下达到平衡状态时〔Ｃａ2+〕与〔ＣＯ32-〕的乘积为碳酸钙在此条件下的溶度积K SP，为一定值。

若此条件下〔Ｃａ2+〕×〔ＣＯ32-〕＞K SP时，平衡向右移，有晶体析出。

若此条件下〔Ｃａ2+〕×〔ＣＯ32-〕＜K SP时，平衡向左移，晶体溶解。

注：实际情况下〔Ｃａ2+〕×〔ＣＯ32-〕值称为K CP二、抑制为结垢的方法(一)化学方法1.加酸:目的:降低水的PH值,使水的碳酸盐硬度硬度转化重碳酸盐硬度.优点:费用较小，效果比较明显缺点:加酸量不易控制、过量会产生腐蚀的危险、投加过量有产生硫酸钙垢的危险.2.软化目的:降低水中至垢阳离子的含量优点:防止结垢效果好缺点:操作复杂、软化后水腐蚀性增强.3.加阻垢剂:目的:使碳酸钙的过饱和溶液保持稳定。

循环冷却水的腐蚀和结垢及其控制原理

循环冷却水的腐蚀和结垢及其控制原理循环冷却水是用于工业生产中的一种重要的流体介质，用于散热装置中传递热量并保持设备的温度稳定。

然而，长时间运行的循环冷却水系统面临着腐蚀和结垢的问题。

本文将对循环冷却水的腐蚀和结垢原理以及控制措施进行探讨。

首先，循环冷却水腐蚀的原因可以归结为两个方面：化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀是指水中的氧气和酸性或碱性物质与金属表面产生化学反应，从而导致金属表面的腐蚀。

例如，循环冷却水中的溶解氧会与金属表面发生氧化反应，产生氧化物，从而破坏金属表面并加速腐蚀过程。

此外，循环冷却水中存在的酸性或碱性物质如硫酸、盐酸、氢氧化钠等也会与金属发生反应，导致腐蚀。

另一方面，电化学腐蚀是指水中存在的溶解电解质和金属表面之间的电化学反应。

循环冷却水中的溶解电解质和金属表面形成一个电池系统，其中金属是阳极，而水中的电解质则是阴极。

当水中存在氯离子、硫酸根离子等电解质时，它们可以通过齐物质交换和水解来产生强氧化性反应物，进一步加速金属腐蚀过程。

与腐蚀相对应的是结垢问题。

当循环冷却水中溶解的无机盐超过饱和度，溶解度降低，就会导致盐类沉淀，形成结垢。

结垢主要是由硅酸钙、硅酸镁、硅酸钠等硅酸盐类沉淀所致。

结垢的形成不仅会在水冷器内壁形成厚度不均匀的氧化层，还可能导致水道堵塞，降低散热器的效能。

针对循环冷却水的腐蚀和结垢问题，可以采取以下控制措施：1.控制水质：通过水质处理控制循环冷却水中的溶解氧、酸性或碱性物质的含量。

例如，可以通过气体除氧、化学除氧等方法，降低水中溶解氧的含量；使用缓蚀剂或pH调节剂来控制水中的酸碱度，并保持在适宜的范围内。

2.表面处理：通过对金属表面进行化学处理或物理处理，形成一层保护性的氧化层或膜层，减缓金属腐蚀的速度。

例如，可以通过阳极氧化、镀层、喷涂等方法来处理金属表面。

3.控制水温和水流速度：降低循环冷却水的温度和增加水流速度，可以减少酸碱物质的浓缩和腐蚀的机会，同时也可以减少结垢的发生。

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4 电磁阻垢技术的应用4.1 电磁阻垢技术的应用自1890年France和Cabell申请专利起，磁场用于水处理已有100多年的历史。

1945年T Vermeriven发现磁水可以减少锅炉水垢的生成，从而制造了称做塞皮(CEPI)的磁处理器，建立了名为EPORO的工厂，生产磁处理器。

此时的欧洲处于二战之后，物资匮乏，这种不使用药剂的防垢技术很受欢迎。

据报道[16]，在挪威，有100余艘海船使用塞皮磁处理器防止锅炉结水垢。

在德国，许多工业企业使用塞皮防止锅炉、热交换器结垢。

在前苏联，磁化阻垢用于循环水、锅炉给水和热水系统，均取得了很好的阻垢效果。

从1945年开始水的磁处理技术得到了广泛的研究和应用。

在70年代前苏联、美国、日本先后掀起了电磁处理研究热，学术界和企业界竟相投入了大量的人力和资金对电磁处理进行研究，取锝了大批研究成果和专利发明，并建成了大型的电磁处理设备。

美国的水动力公司(Hydrodynamics)制造出HU磁力防垢装置。

HU装置用于天然水、高含盐量水和海水，流速以2m/s为佳，经磁场处理后，水流输送8km仍能有防垢作用。

目前，世界上有很多公司生产磁处理器，如Aquamagnetics international，Bon Aqua，Freijie，HDL Fluid Dynamics，Polar等。

进入80年代，科学家们对电磁处理进行了更深入的实验研究，并积累了大量的实验资料。

20世纪50年代我国就开始磁化水阻垢的研究与应用，于1959年生产了第一台磁处理器。

梁德义[17]将磁感应强度为0.3—0.4T的永磁磁处理器用于锅炉防垢实验，结果不仅可以阻垢同时原有旧垢也已脱落。

上海嘉定化肥厂于1993年将CFG内磁处理器用于循环冷却水，其防垢作用十分明显[18]。

1996年，莱芜钢铁集团有限公司莱芜铁矿马庄矿区在空压机冷却水总进水管路上安装了一台GW-100大规模电磁场磁化水设备，进行防垢和杀菌灭藻，收到了明显效果[19]。

刘卫国报道，在湿式氧化装置的热交换器上使用DAM磁处理器，发现磁处理的阻垢效果明显[20]。

近年来，中科院金属研究所与沈阳新能源联合开发公司合作生产了BCH型波纹管式磁处理器，在应用于锅炉的防垢除垢时，也取得了较好的使用效果。

4.2电磁防垢水处理装置的组成变频电磁阻垢系统主题有主机控制器和感应线圈组成。

主机可以根据流量计返回的流速，通过感应线圈释放出最合适的电磁场强度，作用于水中水质。

其工作流程如图1所示。

变频电子阻垢系统利用脉冲调制电磁场，在具有一定长度的管子【15】的两个末端缠绕着至少两个感应线圈【16】，通过控制脉冲频率来设置磁场的强度，所述脉冲由集成电路【2】产生，所述集成电路【2】与一个【12】伏特的低压电源【1】相连，该集成电路由一个电压控制发生器【3】、一个斜波发生器【4】，一个计数模块【5】、扫描仪【6】构成，所述扫描仪【6】与一个以外接的可调电位计【7】的方式的频率限制装置相连；在集成电路【2】中，电压控制发生器【3】以信号源的方式叠加地与频率、电压控制斜波发生器【4】相连，作为频率源的扫描仪【6】和作为每个时间单元内的脉冲数量控制单元的计数模块【5】分别与斜波发生器及信号输出线相连；用于集成电路【2】的频率、电压控制累计信号的信号输出线与作为信号变频器的晶体管桥式开关【9】相连，该信号变频器的最大总转换速度为1微秒/每个脉冲；晶体管桥式开关【9】的信号输出线，通过推挽式放大器【10】及与低压电源【12】相连的伏安转换器【11】，连接到放大器单元【13】，该放大器单元用于至少每个脉冲20伏特的电压振幅，在信号输出末端与感应线圈【16】的整流绕组相连。

图1 变频电磁阻垢系统的工作流程通过电磁场来进行水处理的装置及使用该装置的水处理方法，在通过一个具有一定长度的管子的每个末端，通过线束感应线圈产生磁场，其磁场强度是通过控制发生器产生的脉冲频率来设置，并且该强度由带有用于控制水流的相关电位计的第一转换器以及用于监控水的硬度的第二转换器来控制用于伏安转换器的相关电位计，其中，斜波发生器的信号频率改变叠加到发生器产生的信号频率上，频率控制信号因此产生。

然后再叠加到伏安转换器的信号上，产生一个呈现累积频率的信号，来自低频放大发生器的频率被下一个频率增强；然后该累积频率通过低频放大器被传输，并提供极限脉冲，沿定长水管的定向绕组接收到脉冲信号，该脉冲的电磁场改变用于设备转换器频率流量函数的物理参数，因此，从属发生器后为与水的硬度相关的伏安转化器，并且频率叠加到由斜波发生器和其后的发生器产生的派生频率上，并形成一个频率，两个发生器的磁场强度通过低频放大器叠加并回馈到磁力线的输出端。

5 电磁阻垢技术的发展前景5.1电磁阻垢技术的进展磁处理技术有着悠久的发展历史，其功能早已被人类所认识和利用。

近十几年来，随着科技水平的提高和各种理论的完善，磁化阻垢技术得到了蓬勃的发展。

Simon等[21]从溶液的pH值角度研究了磁场处理对碳酸钙溶液结垢量的影响；Y.WANG等[22]研究了磁场处理对碳酸钙结晶过程的影响；日本学者K Higashitani[23]采用光散射方法研究了磁场对晶粒的稳定性和粒度的影响，进一步肯定了磁场对结晶过程有显著的影响；卢贵武等人运用蒙特卡罗计算机模拟方法对磁化水的作用效果和机理进行了深入的研究，较好的解释了磁记忆效应、磁防垢、磁降粘和此处理的多极值特征。

目前电磁阻垢技术开始与其他技术相互渗透、共同作用以强化使用效果，对这些技术进行系统研究，可以扬长避短，发挥多学科多技术的优势。

5.2电磁阻垢技术的前景随着科学技术的发展，先进的观测手段不断更新，人类对磁化阻垢的认识日益深入，必将建立更加完善的磁化阻垢理论与模型，而无毒无污染、投资少、应用方便的磁化防垢技术也必将成为未来水处理领域的一个热点。

随着科技的不断发展，相信在不远的将来，借助先进的科学工具和科学方法，人类一定能实现变频电磁阻垢技术对循环冷却水处理无可替代的地位，使之更早的应用于实践，创造更大的经济效益和社会价值，造福人类。

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