什么原因让循环冷却水系统中形成水垢?

水中的溶解盐类产生固相沉淀是构成结垢(水垢)的主要因素,其产生固相沉淀的条件是:
 
1. 随着温度的升高,某些盐类的溶解度降低,如Ca(HCO3)2、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4、MgCO3、Mg(OH)2等;
 
2. 随着水份的蒸发,水中溶解盐的浓度增高,达到过饱和程度;
 
3. 在被加热的水中产生化学过程,某些离子形成另一些难溶的盐类离子。
 
具备了上述条件的某些盐类,首先在金属表面上个别部分沉积出原始的结晶胚,并以此为核心逐渐合并增长。

之所以易沉积于金属表面,这是因为金属表面在微观上具有粗糙度,微观上的凹凸不平成为过饱和溶液中固体结晶核心;同时加热面上的氧化膜对固相物也有很强的吸附力。

作为构成水垢的盐类——钙镁,在过饱和溶液中生成固相结晶胚芽,逐变而为颗粒,具有无定形或潜晶型结构,接着互相聚附,形成结晶或絮团。

固相沉渣的生成与胚芽核心的生成速度有关,即与单位时间内出现的结晶核数量与结晶生长的线速度有关,而这两个因素又与水温和水中含盐浓度及其它杂质的存在有关。

1. 重碳酸盐的分解
 
冷却水结垢的主要原因是因为水中含有较多的重碳酸钙,在加热过程中失去平衡,分来解为碳酸钙、二氧化碳和水。

碳酸钙溶解度较低,因而首先在冷却设备表面沉积下。冷却水通过冷却塔时相当于一个曝气过程,溶解在水中的CO2会逸出,水的pH值升高。此时,重碳酸盐在碱性条件下会发生反应生成CaCO3沉淀。

当水中有氯化钙时,会产生置换反应生成CaCO3沉淀。如水中有适量的磷酸盐时,磷酸根将与钙离子产生磷酸钙。温度、压力等因素也影响结垢的强度与速度。

重碳酸钙是反溶解度盐类,在超过温度(临界点)时,其饱和浓度急剧减小。

2. 钙、镁碳酸盐水垢
 
碳酸盐水垢通常以致密的结晶沉淀在加热器壁面甚至冷却塔填料或壁上。钙镁的碳酸盐反应如下:
 
Ca2++2HCO3=H2O+CO2↑+CaCO3↓
 
Ca(HCO3)2=CaCO3 +H2O+CO2↑
 
Mg(HCO3)2=MgCO3+H2O+ CO2↑
 
MgCO3的溶解度比CaCO3的溶解度大六倍以上,而且在水中的MgCO3会很快水解。
 
MgCO3+H2O=Mg(OH)2↓+CO2↑
 
在水中以Mg(OH)2状态存在,而Mg(OH)2的溶解度因温度升高所起的变化较慢基本上很少会沉积,况且水中的钙离子远远大于镁离子,镁盐的沉积在数量上影响较小 。

碳酸钙垢