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燃氣采暖熱水爐水路系統標配水處理器的必要性

發布日期:發布人:凱斯龍

凱斯龍獨家首創雙系統除垢、防垢
關鍵詞:燃氣采暖熱水爐;防垢;除垢;防腐;活化原水
引言
隨著燃氣采暖熱水爐市場的擴大、占有率提高,用戶在使用過程中遇到的問題也暴露出來。燃氣采暖熱水爐是一種通過燃氣燃燒釋放的熱能,并將熱能用于采暖和熱水的設備。設備的舒適節能、使用安全、壽命是燃氣采暖熱水爐質量好壞的重要因素,而直接影響這些性能的因素,不僅僅是設備本身的結構設計,零部件的特性,同時外部的使用條件也可能是直接影響因素,如:較硬的水質、酸性物質、氧含量等。
1 采暖熱水爐水路系統雜質對燃氣采暖熱水爐的危害及原理
大部分液體中的固體隨溫度升高溶解度增大,而極少數物質溶解度隨溫度升高反而減小,如氫氧化鈣。因為氫氧化鈣有兩種水合物〔Ca(OH)2?2H2O和Ca(OH)2?12H2O〕。這兩種水合物的溶解度較大,無水氫氧化鈣的溶解度很小。隨著溫度的升高,這些結晶水合物逐漸變為無水氫氧化鈣,所以,氫氧化鈣的溶解度就隨著溫度的升高而減小。當燃氣采暖熱水爐水路系統中的水在高溫位置的管路內流過時,因為溶解度減小水中的溶解鹽類常會在壁面上析出,沉積而形成一定厚度的垢層,有時系統管路壁面也會因腐蝕而受損變質。這種表面結垢或形成腐蝕都會降低傳熱系數,特別是當流體發生沸騰時,由于污垢迅速發展會導致垢下腐蝕,必然會造成換熱設備結垢,金屬腐蝕,出力不足,同時加劇這種情況的發生,使用壽命縮短等。如圖1所示,在熱水爐主換熱器管路的結垢情況。
以下我們分別從技術上介紹燃氣采暖熱水爐水路系統中雜質的特點:
1.1 以離子或分子狀態溶解于水中的雜質危害
(1)鈣鹽類在水中的主要構成有Ca(HCO3)2、CaCl2、CaSO4、CaSiO3等。鈣鹽是造成換熱器結垢的主要成分。其中,CaSO4是一種質硬、結晶細密的水垢,結構松散,附著力小,是一種比較松軟的泥渣,從水中分離出來的具有流動性,即使附著在受熱面上也容易清除。(2)鎂鹽在水中的主要構成有Mg(HCO3)、MgCl2、MgSO4等。鎂溶解在水中后,在受熱分解后生成Mg(OH)2沉淀,Mg(OH)2也是泥渣式水垢。溶解在水中的MgCl2、MgSO4,在水pH<7時,由于水解作用會造成金屬壁的酸性腐蝕。(3)鈉鹽主要構成有NaCl、Na2SO4、NaHCO3等。NaCl不生成水垢,但在水中有游離氧存在,會加速金屬壁的腐蝕。Na2SO4的含量過高,會在蒸發器后的附件上結鹽,影響安全運行;水中的NaHCO3在溫度和壓力的作用下會分解出NaCO3、NaOH、CO2,會使金屬晶粒受損。(4)其他雜質的危害,水中溶解氧是銅管腐蝕的一大因素。每升水中的溶解氧是30毫升,占水的3%,這是由于銅材料對氧化劑的鈍化作用弱造成的,水管中的空氣泡也是不可避免的,同樣對銅管起著氧化腐蝕作用。在流速快的部位上,由于水和銅管內壁的摩擦力使氧化保護膜不能形成而造成物理損失,同時在那個壓力高的部位形成陽極后產生電化學腐蝕。
銅在極個別情況下的熱水系統中偶爾也會產生點蝕,主要是由水質引起的。引起點蝕的原因主要有下面幾個方面。硫酸根離子和氯離子是腐蝕性陰離子,根據實驗數據和實例統計,當[SO42-]/[HCO3-]>1時容易產生點蝕,小于1不容易產生點蝕,最好是小于0.5,所以必須要控制[SO42-]與[HCO3-]的比例。水的流速過快會產生沖刷腐蝕,反之流速過慢也會產生點蝕,如圖2所示。根據實驗,流速小于0.5m/s容易產生點蝕,這可能是因為附著在金屬表面的水層不動為氧化反應創造了條件。反之,水的流速越快,水內含的各種雜質破壞了銅表面的氧化層,對銅管的沖刷越厲害,當保護膜被沖刷掉后,又會形成新的保護膜,然后又被沖刷掉,最終導致銅管被腐蝕。日本的《建筑用管道腐蝕對策指南》認為,水中如果存在大量硫化物、氧、氨,會產生較大的腐蝕性??傊?,盡管銅管用于供暖是公認的好材料,在熱水系統中發生點蝕的情況也極個別,但是也應引起注意。以往應用中的經驗值得借鑒,在使用的過程中,應當特別重視水質,使水質達到標準要求,保證系統設備及管道的使用壽命。
2 燃氣采暖熱水爐水路系統的防垢、防腐處理
2.1 燃氣采暖熱水爐水路系統的防垢處理
燃氣采暖熱水爐運行一定時間以后,在燃氣采暖熱水爐內外壁上粘附一層白色水垢,水垢形成的主要原因是由于水中含有溶解度較小的鈣、鎂鹽類。這種鹽類有共同特性,其溶解度隨著水溫升高而下降,且變成難溶的鹽類,這種鹽類的存在,對燃氣采暖熱水爐會產生以下幾點后果:
(1)水垢導熱性能很差,它比鋼鐵導熱能力小30~50倍。有水垢存在就會使受熱面傳熱變壞,因而使傳熱面不能達到理想的溫度降。根據有關資料介紹,經實驗,產生1mm厚的水垢,換熱器將會下降10%左右效率。(2)水垢附在傳熱面上,難于清除,增加了檢修費用,不僅耗費人力、物力,而且會使受熱面受到損傷,降低燃氣采暖熱水爐壽命。(3)水垢產生后,會減小傳熱面內外流通截面,增加了傳熱面內外循環水的流通阻力,嚴重時流通截面很小,甚至完全被堵塞,就會使燃氣采暖熱水爐不能正常運行。
為防止以上后果的發生,目前設計單位或運行單位經常采用加藥軟化處理、磁化及離子棒防垢處理、鈉離子交換處理等方法。為便于大家對這些軟化處理方法進一步了解,下面將對這些處理方法的原理、配方及操作方法分別介紹。
2.1.1 加藥軟化處理—硅磷晶技術
加藥軟化處理,具有方法簡單、效率高、經濟性好和不需要專門的制水設備等特點,是一種實用性很強的防垢水處理方法。根據加藥的方法不同,分校正劑處理和防垢處理兩種。硅磷晶是由蘇打、磷酸、碳酸鈣等活性成分,原料在1200~1700℃高溫技術燒制而成的玻璃狀小球(見圖3)。符合國家標準的一種磷酸鹽,它無味、無毒不僅能夠飲用而且用于食品制造工程也對人體無害。
水中含有的鈣(Ga)、鎂(Mg)、鐵(Fe)等金屬離子,容易在供水管道內壁形成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶性物質,導致腐蝕、水垢。硅磷晶可以與上述金屬離子反應形成可溶性絡合物,抑制碳酸鈣與碳酸鎂生成,并分散到水中,與鐵離子反應后,在管道內壁形成動態保護膜,以達到防腐蝕、防水垢。硅磷晶能夠祛除水中的重金屬物質(鉛、鋅、錳、鎘),而且專門解決因管道腐蝕發生的銹水、黃水問題,保護管道、對管道及供水設備防腐、阻垢,防止二次污染、延長使用壽命,保護水源不受管線污染和保證源水水質。
2.1.2 磁化防垢處理
磁化防垢處理是一種新型的防垢方式,目前有出現在熱水爐的產品中,其原理是利用水分子具有的極性,即水分子是共價化合。水的單個分子由極性和氫鍵的作用,聚合成雙分子締合體(H2O)2或多分子締合體(H2O)n。(見圖4)當水流通過高強度的磁場之后,水中的多分子締合體和離子磁場的作用,原來單散的多離子組成的締合體被拆散為單個的或短鍵的締合體,它們以一定的速度垂直切割外界磁場的磁力線而產生感應電流。因此,每個離子按與外界磁場同方向建立新的磁場,相鄰的帶極性的離子分子,就有秩序地相互壓縮和吸引,從而導致結晶條件的改變,形成的結晶物很松弛,抗壓、抗拉能力差,并且很脆,其粘結力和附著力也很弱,它們不易附著在受熱面上形成水垢。
燃氣采暖熱水爐屬于小型鍋爐,因此可以采用永久磁鐵式除垢裝置(見圖5)進行除垢,裝置結構簡單,而且容易安裝,不占空間。磁化除垢采用永久磁鐵式除垢裝置,無能源消耗,無需維護。循環水溫度在60℃左右時,磁化除垢具有最佳的除垢效果,而燃氣采暖熱水爐內循環水的溫度也在60℃左右,因而磁化除垢在燃氣采暖熱水爐內應用時可以達到最佳的除垢效果。磁化除垢不僅能防止燃氣采暖熱水爐循環水管道結垢,逐漸除去管道中存在的老垢,而且還能夠抑制管道內微生物的滋生,對提高燃氣采暖熱水爐管道內的換熱效率及保持健康用水有著重大意義。磁化除垢具有在經濟上較大的優勢、安裝簡便、無能耗、無污染、除垢效果好等優點,因而磁化除垢在燃氣采暖熱水爐內的應用具有明顯優勢。
2.1.3 離子棒防垢水處理
離子棒防垢水處理是一種新興、先進的水處理設備。在熱水循環系統、中央空調系統、循環冷卻水路系統中應用,均取得滿意的防垢效果。離子棒水處理器是水處理領域中一種新型的先進的水處理設備,最初由加拿大約克能源公司研制成功并在北美、歐洲、日本等工業發達國家和地區被廣泛采用。離子棒通過高壓靜電場的直接作用,改變水分子中的電子結構,水偶極將水中陰、陽離子包圍,并按正負順序鏈狀整齊排列,使之不能自由運動,水中所含陽離子不致趨向器壁,阻止鈣、鎂離子在器壁上形成水垢,從而達到防垢目的。由于靜電的作用,在結垢系統中能破壞分子間的電子結合力,改變晶體結構,促使硬垢疏松,并且會增大水偶極子的偶極距,增強其與鹽類離子的水合能力,從而提高水垢的溶解速率,使已經產生的水垢能逐漸剝蝕、脫落,從而達到除垢之目的。離子棒產生一定量活性氧如O2、OH、O3,這些活性氧能有效破壞生物細胞,改變細菌和藻類生存的生物場,影響細菌生理代謝,起到殺菌滅藻作用,而且活性氧對無垢系統中的金屬表面產生一層氧化被膜防止腐蝕。離子棒水處理器是物理作用,在水中不發生化學作用,不會產生化學物質,排放出來的水對人類賴以生存的環境不產生影響,符合國際環境法規有關標準。
2.1.4 鈉離子交換軟化處理
當含有的鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)離子的硬水通過離子交換劑(NaS)時,與吸附在交換劑上的Na+離子發生交換反應,被置換于水中,轉化成鈉的鹽類。由于鈉的鹽類溶解度大,且在溫度升高時溶解度進一步增加,所以不會生成水垢。這個過程稱為軟化。但水中的鈣、鎂離子置換到交換劑上,使鈉型交換劑(NaR)變成鈣型(CaR),因而失去了與鈣、鎂離子再進行交換反應的能力,這一現象稱之為鈉離子交換失效。將失效的交換劑用食鹽(NaCl)溶液使之還原成鈉型交換劑,以便繼續生產軟水,這種現象稱之為再生。鈉離子交換器通過軟化——失效——再生還原——軟化的循環過程,使原水得到軟化,供給燃氣采暖熱水爐水路系統提供合格的軟化水。組成水中硬度的鈣、鎂離子與軟化器中的離子交換樹脂進行交換,水中的鈣、鎂離子被鈉離子交換,使水中不易形成碳酸鹽垢及硫酸鹽垢,從而獲得軟化水。
2.2 燃氣采暖熱水爐水路系統的防腐處理
在分戶供暖的系統中,熱水爐設備與末端采暖系統,采用的金屬部件,如容積式換熱器、板式換熱器、銅材主換熱器、閥體和管材等,在周圍環境介質的化學反應或電化學反應導致的金屬腐蝕。這些腐蝕的破壞性非常大。如何防腐,延長材料的壽命尤為重要。以下是鍋爐常用防腐的控制。
2.2.1 PH值控制
在給水循環系統中,pH<7時,在金屬表面形成的氧化膜,失去了保護作用。為了防止給水循環系統中H+的極化作用所造成的電化學腐蝕,將PH值控制到9以上,一般采用的方法是在系統中加入氨水或瓶裝的氣態氮,其化學反應如下:
氨水: NH4OH+CO2→NH4HCO3 NH4OH+NH4HCO3→(NH4)2CO3H2O
氣態氨: NH3+H2O→NH4OH
一般熱水鍋爐系統采用加堿性藥劑的方法來提高pH值,以防止H或者CO2的腐蝕。
以上兩種方法,均在介質中加入緩蝕劑以及堿性藥劑,是腐蝕電池的陽極過程減慢,金屬腐蝕速度降低,提高燃氣采暖熱水爐水路系統的防腐性能。
2.2.2 氯離子對不銹鋼的腐蝕
不銹鋼的主要化學成分是鐵鉻合金,鉻使鋼的耐腐蝕能力大為提高。在鉻鋼中加入鎳、鉬、鈦、錳等其它金屬時,可進一步改善其耐腐蝕性和工藝加工性能。不銹鋼中鉻的含量一般在12%以上。常見的不銹鋼品種有兩大類:一類是含鉻在12%的鉻不銹鋼;另一類是含鉻為16%~20%,含鎳為8%~14%的鉻鎳不銹鋼。鉻鎳不銹鋼的典型代表是含鉻18%,含鎳8%的不銹鋼,目前在熱水爐采暖系統中不銹鋼材料的用途增長迅速,如冷凝爐的不銹鋼主換熱器、不銹鋼連接管等。
燃氣采暖熱水爐水路系統中的水主要來源于自來水,自來水中的氯離子會對不銹鋼的腐蝕起促進作用,如鹽酸對不銹鋼有強烈的腐蝕作用。次氯酸鹽水溶液中的活性氯含量在200mg/kg以上時會對不銹鋼有顯著的腐蝕作用,水溶液中活性氯含量在10mg/kg時經過長時間接觸也會使不銹鋼表面稍變粗糙。處于鈍態的金屬仍有一定的反應能力,即鈍化膜的溶解和修復(再鈍化)處于動平衡狀態。當介質中含有活性陰離子(常見的如氯離子)時,平衡便受到破壞,溶解占優勢。其原因是氯離子能優先地有選擇地吸附在鈍化膜上,把氧原子排擠掉,然后和鈍化膜中的陽離子結合成可溶性氯化物,結果在新露出的基底金屬的特定點上生成小蝕坑(孔徑多在20~30μm),這些小蝕坑稱為孔蝕核,亦可理解為蝕孔生成的活性中心。氯離子的存在對不銹鋼的鈍態起到直接的破環作用。并且向孔的深度方向發展,直至形成穿孔,造成點蝕(孔蝕)。在氯離子含量較高的地區對不銹鋼冷凝爐的破壞發生較多,因此關注氯離子的含量,應當是設備廠家和銷售部門的重要工作,同時也需要針對產品的材料特性選擇相應的材料。下表1是各類不銹鋼材料,均有一定的含氯離子使用范圍。
采暖熱水爐水路系統中不銹鋼材料的選用必須結合系統中的氯離子含量以及水路系統中的最高溫度,提高燃氣采暖熱水爐水路系統的防腐能力,延長設備的使用壽命。
3 燃氣采暖熱水爐水路系統的清洗
無論采用加藥除垢水處理或者鈉離子交換軟水處理,雖能消除或減緩結構的形成,但由于先用水處理設備或者管理不善,并不能完全防止不結水垢。因此,運行一定時間就需要進行清洗,去除水垢及沉積物。目前清洗水垢及沉積污物的方法有機械法、堿性法和酸性法等,清洗燃氣采暖熱水爐主要是以管道換水的形式來完成??梢杂萌細獠膳療崴疇t自身的水泵和壓力,從出水口將水放出,然后放入清水增壓,再放出,反復三四次即可完成,之后將污水放出。清洗水垢可以采用專業清洗劑,加入管道中,循環去除水垢。在清洗燃氣采暖熱水爐前一定要了解它的內部結構以及換熱方式,針對不同結構和不同的材質的燃氣采暖熱水爐采取不同清洗方式。
表1 不銹鋼在含氯介質中的適用范圍
不銹鋼材料

(1)清水清洗。將清洗設備和燃氣采暖熱水爐連接好后,采用清水循環清洗10分鐘,檢查系統狀態,是否有泄漏,同時將浮銹清洗掉。(2)剝離防腐清洗。按比例在清洗槽循環水內加入表面剝離劑和緩釋劑,循環清洗20分鐘,使垢質和清洗的各部件的分離,同時對沒有結垢的物體表面進行防腐處理,防止除垢清洗時清洗劑對清洗部件產生腐蝕。(3)除垢清洗。在清洗槽循環水內按比例加入配置好的除垢清洗劑,進行清洗除垢,根據垢量的多少確定清洗循環的時間和加入藥劑多少,確認全部垢質清洗下來之后轉入下一步清洗程序。(4)鈍化鍍膜處理。加入鈍化鍍膜劑,對清洗系統進行鈍化鍍膜處理,防止管路和部件腐蝕以及新的銹垢生成。再次采用凈水清洗。將系統內的藥劑殘液徹底清除。
各大品牌燃氣采暖熱水爐自己針對不同地區、不同的水質和不同的垢質進行分析和化驗,針對不同的材質和不同的垢質,配置了不同的化學清洗藥劑,制定科學合理的燃氣采暖熱水爐品牌清洗方案。
4 結束語
隨著燃氣采暖熱水爐市場的快速發展,燃氣采暖熱水爐的使用量也在迅速增加,燃氣采暖熱水爐水路系統的防垢、防腐和清洗問題也越來越受到重視,在防垢和防腐的問題上,利用本文提到方法可解決以上問題。類似汽車行業,汽車的首保公里數是五千公里,每一萬公里需定期到4S店保養,該產品也是一種設備,售后部門也應需要向用戶宣貫定期對熱水爐的保養的必要性和重要性,確保系統以最佳工況運行,減少事故發生,延長設備的使用壽命。
參考文獻
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[4]隋郁.氯離子對壓力容器腐蝕的影響及預防措施.太原科技.2001.4
主編點評:
廣州迪森家用鍋爐制造有限公司的這篇論文就燃氣采暖熱水爐雜質的產生機理和采暖熱水系統的結垢現象進行分析,提出了防垢、防腐和清洗的方法。


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