水的結垢與防治

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在什么情況下水容易結垢，汽包、水管容易腐蝕?

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用鍋爐、水壺等容器燒水或供應蒸汽時，硬水中溶解的鈣、 鎂碳酸

氫鹽受熱分解，析出白色沉淀物，漸漸積累附著在容 器上，叫結

垢。鍋爐結垢，不但多耗燃料，且易造成局部過 熱，引起。鍋爐給

水進行預先軟化可防止結垢。

根據結垢層沉積的機理，可將污垢分為顆粒污垢、結晶污垢、 化學

反應污垢、腐蝕污垢、生物污垢等。

1）

顆粒污垢：懸浮于流體的固體微粒在換熱表面上的積聚。

這種污垢也包括較大固態微粒在水平換熱面上因重力作用

形成的沉淀層,

即所謂沉淀污垢和其他膠體微粒的沉積。

2）

結晶污垢:

溶解于流體中的無機鹽在換熱表面上結晶而

形成的沉積物, 通常發生在過飽和或冷卻時。典型的污垢如

冷卻水側的碳酸鈣、硫酸鈣和二氧化硅結垢層。

3）

化學反應污垢：在傳熱表面上進行化學反應而產生的污

垢，傳熱面材料不參加反應，但可作為化學反應的一種催化 劑。

4）

腐蝕污垢：具有腐蝕性的流體或者流體中含有腐蝕性的

雜質對換熱表面腐蝕而產生的污垢。通常，腐蝕程度取決于 流體中

的成分、溫度及被處理流體的值。

pH

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5）

生物污垢：除海水冷卻裝置外，一般生物污垢均指微生

物污垢。其可能產生粘泥，而粘泥反過來又為生物污垢的繁 殖提供

了條件，這種污垢對溫度很敏感，在適宜的溫度條件 下，生物污垢

可生成可觀厚度的污垢層。

6）

凝固污垢：流體在過冷的換熱面上凝固而形成的污垢。

例如當水低于冰點而在換熱表面上凝固成冰。溫度分布的均 勻與否

對這種污垢影響很大。

防止結垢的技術應考慮以下幾點：防止結垢形成；防 止結垢

1）2）

后物質之間的粘結及其在傳熱表面上的沉積；從 傳熱表面上除

3）

去沉積物

O

防止結垢采取的措施包括以下幾個方面:

1

設計階段應采取的措施

在換熱器的設計階段，考慮潛在污垢時的設計，應考慮如下

61）2）

個方面：換熱器容易清洗和維修（如板式換熱器）；

換熱設備安裝后，清洗污垢時不需拆卸設備，即能在工作現 場進行

清洗；應取最少的死區和低流速區；換熱器內 流速分布應均

3）4）

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勻，以避免較大的速度梯度，確保溫度分布均 勻（如折流板區）；

5）

在保證合理的壓力降和不造成腐蝕的 前提下，提高流速有助于

減少污垢；應考慮換熱表面溫 度對污垢形成的影響。

6）

2

運行階段污垢的控制

1）

維持設計條件 由于在設計換熱器時，采用了過余的換熱 面積，

在運行時，為滿足工藝需要，需調節流速和溫度，從 而與設計條件

不同，然而應通過旁路系統盡量維持設計條件

（流速和溫度）以延長運行時間，推遲污垢的發生。運 行參數

2）

控制 在換熱器運行時，進口物料條件可能變化，因 此要定期測試流

體中結垢物質的含量、顆粒大小和液體的

pH3）

值。維修措施良好 換熱設備維修過程中產生的焊點、 劃痕等

可能加速結垢過程形成，流速分布不均可能加速腐 蝕，流體泄漏到冷

卻水中，可為微生物提供營養，對空氣冷 卻器周圍空氣中灰塵缺少排

除措施，能加速顆粒沉積和換熱 器的化學反應結垢的形成。用不潔凈

的水進行水壓試驗，可 引起腐蝕污垢的加速形成。使用添加劑針

4）

對不同類型結 垢機理，可用不同的添加劑來減少或消除結垢形成。如

生物 滅劑和抑制劑、結晶改良劑、分散劑、絮凝劑、緩蝕劑、化 學

反應抑制劑和適用于燃燒系統中防止結垢的添加劑等。減少流體

5）

中結垢物質濃度 通常，結垢隨著流體中結垢物質 濃度的增加而增強，

對于顆粒污垢可通過過濾、凝聚與沉淀 來去除；對于結疤類物質，可

通過離子交換或化學處理來去 除；紫外線、超聲、磁場、電場和輻射

處理紫外線對殺死細 菌非常有效，超強超聲可有效抑制生物污垢，現

在的研究還 有磁場、電場和輻射處理裝置，結論有待進一步研究。

3

化學或機械清洗技術

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化學清洗技術是一種廣泛應用的方法，有時在設備運行時, 也能進

行淸洗，但其主要缺點是化學清洗液不穩定，對換熱 器和連結管處

有腐蝕。機械清洗技術通常用在除去殼側的污 垢，先將管束取出，

沉浸在不同的液體中，使污垢泡軟、松 動，然后用機械方法除去垢

層。

4

機械在線除垢技術

1）

使用磨粒在流體中加入固體顆粒來摩擦換熱器表面，以

清除污垢，但對換熱器表面易產生腐蝕。海綿膠球連續 除垢主

2）

要應用于電站凝汽器中冷卻水側的污垢清除，海綿膠 球在換熱器管

內通過泵打循環，膠球比管子直徑略大，通過 管子的每只膠球輕微

地壓迫管壁，在運動中擦除沉積物。自動刷洗 換熱器管道刷洗

3）

設施由個外罩和個尼龍刷 組成，外罩安裝在每根管的兩端，改

21

變水流方向可使刷子沿 管道前后推進刷洗。水流換向可使刷子沿管

道前推刷洗。水 流換向由壓縮空氣驅動并定時控制聯結在管道上的

四通閥 來完成。

現從鍋爐內表面氧和二氧化碳腐蝕現象分析腐蝕的機理，提 出防治

措施。

1

腐蝕產生機理

由于鍋爐是一種有極性的電解質，在水的極性分子的吸 引下，

鋼材表面的一部分鐵原子開始移入鍋爐水而成為帶正 電的鐵離子，

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而鋼材上保留多余的電子帶負電荷。若鐵離子 不斷進入鍋爐水，則

使鋼板（管）上逐漸出現坑洞，產生腐 蝕。其化學反應:

Fe+2H20Fe (OH)2+H2T

二

2H2+022H20

二

4Fe (OH)2+02+2H204Fe (OH)3

二

1

另外，水中的溶解氧又是陰極去極化劑，即:

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02+4e+2H2040H

二

所以氧腐蝕速度與水中含氧量成正比。

由于溶解氧本身是陰極去極化劑，對金屬的危害十分嚴 重；而

二氧化碳在水溶液中呈酸性，直接破壞金屬表面保護

膜，加速了氧對金屬的電化學腐蝕。

在天然水中，堿度主要由的鹽類［如、

HC03Ca (HC03) 2

Mg(HC03) 2］

組成，這些重碳酸鹽(暫時硬度)在低壓鍋爐

中經過一系列的變化，在水中產生二氧化碳和碳酸，從而引 起鍋爐

內表面腐蝕。特別是有些使用單位對原水不進行任何 處理，直接送

入鍋爐，在鍋爐內被加熱的過程中，重碳酸鹽 被分解，產生沉淀

物，即:

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生成的重碳酸鐵對鍋爐產生腐蝕。換句話

［Fe(HC03)2］

說，只要水中存在腐蝕鐵的反應就會一直進行下去, 直到

C02,C02

消耗完為止。

重碳酸鐵溶解于水。如果水中不存在那

［Fe(HC03)2］02,

么，以溶解液狀態被加熱分解，產生沉淀物

Fe(HC03)2

Fe203

(紅銹)，它是松散的水渣，通過排污排掉。這種 腐蝕

的特點是內表面腐蝕均勻，呈現光亮。如果水中存在那么

02, 02

就和反應，產生二氧化碳即:

Fe(HC03)2

4Fe(HC03)2]+02+2H20T4 Fe (OH) 3 i +8C02

Fe (OH) 3Fe (OH) 2

又與水溶液中的相互碰撞后生成

Fe304

(黑銹)保護膜。

新產生的又變為碳酸，破壞保護膜，腐蝕內表面。

C02

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反應反復進行，直到全部消耗完為止。實驗表明，即使 存在少

02

量的也明顯加快了腐蝕進程。

02,

二氧化碳的產生除與直接進入鍋爐的原水有關外，還與 是否采

用除氧方式有關，當采用熱力式除氧時，軟化水在系 統外先被加熱，

當水溫達到以上時，重碳酸鈉就開始分解出

60°CNaHC03 Na2C03

和及原水中游離的、

C02, C0202N2

等氣體在除氧器中被除掉，不進入系統，重碳酸鹽則以形式

NaC03

進入系統。如果不采用任何除氧方式，那以未 分解直接進入

NaHC03

鍋爐，在爐內被加熱分解，產生二氧化碳。

2

氧和二氧化碳對低壓鍋爐腐蝕的原因分析

2. 1

一是大量補入的原水未采用鈉離子交換軟化和未采 用任

何除氧方式。低壓鍋爐由于用氣量大，需要大量均衡連 續的給水，當

補給水水質達不到標準規定要求，補給水中的 重碳酸鹽在爐內加熱

的過程中產生二氧化碳；或在直接補入 生水的過程中，即補進了溶解

氧，對鍋爐金屬壁面產生腐蝕。

2. 2PH

值過低，加速了金屬壁腐蝕。如果鍋爐給水能夠

達到標準規定要求，金屬壁即使有腐蝕也是均勻腐蝕，即當

PH9.5“

二門 時，金屬具有堅硬的氧化保護層，可大大減緩腐

蝕，甚至避免腐蝕情況的發生。但是當值時，氧分子、 氫

PH＜7

離子、氯離子等作為腐蝕介質都很活路，由于水中氧分子、 氫離

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子、氯離子的存在，就使鍋爐受熱面產生了腐蝕。同時 二氧化碳溶

于水也會降低值。

PH

2. 3

水溫的影響。鍋水的溫度高，鋼材表面溫度也高,

則在水溶液中的擴散速度加快，電解質水溶液的電阻降 低。

Fe2+

由于氧腐蝕的基本原理是靠擴散，擴散速度愈快，氧腐 蝕速度亦

快。對于低壓鍋爐來說，腐蝕速度隨著水溫的升高, 局部腐蝕的程

度和速度明顯提高，當溫度升高到脫氧溫度

(1000^0

以上時，氣體氧隨蒸汽進入蒸汽系統，水側的腐

蝕相應減小。

2. 4

停爐后不注意維護保養，造成吸氧腐蝕。鍋爐停用,

有的裝滿生水，有的隨意裸露在大氣中，這樣由于保養不善 或不保

養，停爐狀態下的腐蝕往往比運行狀態下更嚴重。

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3

防止腐蝕的措施

3?1

選擇有效的水處理方式

3. 1. 1

采用鍋外化學處理一鈉離子交換軟化法的同時,

增設有效的除氧裝置，除去水中的溶解氧。低壓鍋爐一般采

用化學除氧, 常用的化學試劑有亞硫酸鈉、亞硫酸鈉加催化

劑、聯安等。

并定期化驗，使鍋水含量控制在標準范圍內。

3. 1. 2

采用爐外加熱法。這種方法簡單易行，是對原

水（正常運行主要是補水）在爐外進行加熱，而不是進行鈉 離子交

換。由于加熱，原水中重碳酸鹽被分解出以及其 它氣體，同時

C02

形成沉淀物，以及其它氣體通過上部排氣 孔排掉，沉淀物通過

C02

下部排污閥泄掉。這樣，補水中不會再 含有或并

NaHC03Na2C03,

且不管熱煤參數如何，系統內都 不會再產生從而避免腐蝕。

C02,

同時根據重碳酸鈣、鎂沉 淀析出的原理，也可以避免在爐內形成水

垢，滿足防腐、防 垢的要求。

爐外加熱的設備應考慮到自身結垢和除氣的問題，最好

采用蒸汽混合式加熱的方法，通過蒸汽將補給水的溫度加熱 到沸

點，在充分分解重碳酸鹽的同時，將氣體放掉。水箱和 加熱器可使

用塑料等耐腐蝕材料，以便定期以酸洗的方式除 掉水箱內表面及加

熱器上的水垢。

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3. 2

充分利用鄰近鍋爐的排污水。由于低壓鍋爐防止腐

蝕主要是消除補水中的和游離那么就可以在一個同 時設有

C0202,

2

臺以上鍋爐的鍋爐房內，對鄰近鍋爐的排污水通過 沉淀，等排出

水渣后，再作為補給水使用，這樣一方面可以 對鄰近鍋爐的排污水

進行二次利用，另一方面又可以滿足補 水的水質和防腐要求。

3. 3PH

采用鍋內加藥處理，控制鍋水值。這是系統防

腐的必要條件，同時也是最簡單、最有效的方法。當鍋爐循 環水

PH

值低于時可增加磷酸三鈉和氫氧化鈉藥量進行調 整，將值控

10PH

制在之間，使鍋水中的鈣、鎂離子形 成疏松的水渣，通過排

10^12

污排出爐外。

3. 4

做好停爐保養工作是防止鍋爐腐蝕的有效途徑之

O

通常短期停爐采用濕法保養，長期停爐采用干法保養。

干法保養是將爐膛灰渣清除后，將盛裝生石灰塊或氯化鈣的 容器放

在鍋筒、爐膛及煙道中，同時將檢查門、爐門、出灰 門以及通用擋

板加以密封，防止潮氣進入。

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汽包結垢和腐蝕的原理，因為水中有離子、鈣、鎂離子, 溫度

HC03

低時溶于水，當加熱時就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于 水的物質，日

常你燒開水時應該發現了有結垢現象。汽包注 水不應該是新鮮水而

是新鮮水要經過處理裝置除去水中的 陽離子，而且需要不嚴格控制

水中的氯離子等有害物質以免 對汽包發生腐蝕.在向汽包注水前的工

段應的除氧和力口磷酸 三鈉等裝置.

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結垢主要根據水的水質和系統的工藝狀況，以及現場的控 制，包括

水溫過高，水的偏高等 一般循環水都會有一定的濃縮倍數，使

PH

系統中的離子含量和 菌藻含量增加，所以如果控制不是很好。

水管容易腐蝕的原因是 水中有氣泡，使水中溶解了氧;

水的流速過快 水的偏低 氯離子含量偏高 水溫偏高等

PH

水中離子較多，加上水質原因在遇到環境（溫度、值）變 化后和

PH

管道、設備中的離子發生反應而形成物質沉淀、聚合 形成污垢。

汽包結垢和腐蝕的原理，因為水中有離子、鈣、鎂離子, 溫度

HC03

低時溶于水，當加熱時就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于

水的物質，日常你燒開水時應該發現了有結垢現象。汽包注 水不應

該是新鮮水而是新鮮水要經過處理裝置除去水中的 陽離子，而且需

要不嚴格控制水中的氯離子等有害物質以免 對汽包發生腐蝕.在向

汽包注水前的工段應的除氧和加磷酸 三鈉等裝置.

如果是金屬材質，在含離子水中就會發生電化學腐蝕，尤其 是氯離

子引起的點蝕危害更大.水中含有腐蝕性氣體會加速 腐蝕，并且與

生產裝置運行溫度有關，如敞開裝置有溶解氧 的情況，腐蝕會隨溫

度升高先增加后緩慢下降達到平穩.主 要是腐蝕控制不同.初期由氧

擴散控制腐蝕速度，后期溶解 氧降低，主要是分析動力學控

制.

[/hide]

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水中含有鈣鎂離子和碳酸根離子就容易結垢 避免汽包結垢要從多方

面入手:

1＞2

材質，避免電化學腐蝕 、水中的氯離子、氧和鈣鎂離子含量要

控制 、汽包定期排污

3[/hide]

仁固相物的生成 ⑴形成污垢的原因:

① 多組份過飽和溶液中鹽類的結晶析出;

② 有機膠狀物和礦質膠狀物的沉積;

③ 不同分散度的某些物質固體顆粒的粘結;

④ 某些物質的電化學還原過程生成物等。

以上混合物沉積總稱作污垢。

°CCaC03

時，沉淀是海綿狀的絮狀體。雖然，在沸騰溫度以

下，也有可能出現硫酸鈣的沉淀，但這只能是特例，因為硫

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酸鈣的三種狀態：、三者

CaS042CaS04 ? H20> CaS04 ? 2H20

的溶解度都很大，因而在冷卻水的具體條件下，可以完全不 必考慮

硫酸鈣的沉積問題。氫氧化鈣的溶解度也是隨溫度升 高而降低的，

但在一般情況下在水中不會生成氫氧化鈣，因 而也不必考慮。重點

在于鈣鎂的碳酸鹽: 令卄二

22HC03H20+C02 T +CaC03

1

Ca (HC03)2CaC03+H20+C02T

二

1

Mg (HC03)2MgC03 +H20+C02t

二

I

MgC03CaC03

的溶解度比的溶解度大六倍以上，而且在水中

的會很快水解。

MgC03

MgC03+H20=Mg (OH)2+C02T

1

在水中以狀態存在，而的溶解度因溫度升

Mg (OH) 2Mg (OH) 2

高所起的變化較慢，基本上很少會沉積，況且在天然水中的 鈣離子

遠遠大于鎂離子，鎂鹽的沉積在數量上影響較微，可 以忽略不計。

4

?垢成份及來源

⑴污垢的分類: 無機鹽類的沉積稱為”垢“，它有固定聶格，比較

硬，其主要 成份為、鎂鹽和鐵的氧化

Ca3(P04)2> CaC03SiO2,

物。而有

機物、菌類、藻類、懸浮物等稱為”污“，即水中呈膠體狀的 粘

泥。它比較軟，無固定形態。

⑵污垢成份: 污垢包括水垢、腐蝕產物、生物污泥、懸浮物沉積

等。其主 要成份為：、、-、、、、

Si02P205S042Fe203AI203CaO

MgO

、

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CuOC02

、、灼燒減量等。

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⑶污垢來源: 膠體有機物泥、原水滓、污物、可溶性鐵、微生物沾

污物、 灰塵、空氣帶入；活性氣體：、、等；源水垢:

H2SS02NH3

CaC03CaS04> MgSi03:Fe203

、腐蝕產物：、循環水生產中

泄漏物：怪、硫化物、微生物污垢。

冷卻水系統中的污垢，不單純是鈣鎂碳酸鹽的結垢沉積，污 垢的成

份及其形成的因素是復雜的。

① 結晶：溶解鹽類的析出，以如前述，主要是鈣、鎂的碳酸 鹽；在

熱交換器加熱面上也有可能產生硅酸鹽水垢（當水中

Si02200PPM

含量>時），以及含有鈣、鎂、鋁、鈉等復鹽的

硬垢。而當水中磷酸鹽和鐵含量較高，而堿度又低時，則有

可能產生鐵磷酸鹽的水垢結晶水垢的種類大致有:

NaFeP04o

低溫下的重碳酸鈣熱分解：松軟水垢;

a-CaC03

a

、

b

、

高 時 的沉積：

PH Mg (OH) 2 Mg (OH) 2:

C

、

壁面致密的碳酸鈣

3-CaC03;

d

、

過剩的鐵離子：

FeC03o

② 沉積：腐蝕產物、粘土、砂塵的沉積，如補充水中帶入的

泥砂或懸浮物，進冷卻塔空氣帶入的微塵粒子：換熱器中滲

漏的工藝雜質、油脂、細菌、藻類、真菌類所生成的粘泥。

這些沉積物往往吸附在化學反應晶體水垢表面上而對反應 起催化作

用，加速了污垢的形成。

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③ 反應與聚合：油泥、有機氧化物等的沉積。

④ 腐蝕所造成的糙殼:

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5

?阻垢機理 水中的鈣、鎂離子與碳酸根、磷酸根等結合生成難溶

的小晶 體，這些小晶體不斷碰撞并按一定的方向增長變成大晶體。

水中的鈣、鎂鹽晶體及其不溶性微粒同時受到兩個力的作 用，即與

管壁上的水垢結合生成體積更大的垢的結晶力和水 流的剪切力，當

結晶力較大時便易使垢增長，當結晶力較小 時（如加入阻垢劑后）

或剪切力較大（如水流速較大的部位） 時，垢無法增厚，水中的微

粒只能以水渣的形式被水沖走。

⑴增溶機理 有些阻垢劑能與水中的鈣鎂離子形成比碳酸鈣等難溶鹽

更 穩定的可溶解于水的絡合物，使鈣、鎂無法形成碳酸鈣等小 晶

體。這種阻垢劑不但能阻垢，若濃度達到一定程度，還能 起到除垢

的作用。

⑵晶格畸變的機理 阻垢劑的活性基團與碳酸鈣等晶體上的鈣結合，

由于阻垢劑 分子的空間阻擾，使碳酸鈣等難溶鹽無法按正常的晶格

方向 增長，結晶力被削弱，垢變得松軟，易被水流沖掉。

汽包結垢和腐蝕的原理，因為水中有離子、鈣、鎂離子, 溫度

HC03

低時溶于水，當加熱時就生成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶于 水的物質，日

常你燒開水時應該發現了有結垢現象。汽包注 水不應該是新鮮水而

是新鮮水要經過處理裝置除去水中的 陽離子，而且需要不嚴格控制

水中的氯離子等有害物質以免 對汽包發生腐蝕.在向汽包注水前的

工段應的除氧和加磷酸 三鈉等裝置.[/

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結垢：水的堿度和硬度高、值高、懸浮物高。

PH

腐蝕原因：有溶解氧、、沉淀物下腐蝕、酸性腐蝕、堿 性腐蝕

C02

等

那在什么情況下水比較容易結垢和腐蝕？

PH

值偏低，鈣、鎂離子脫除效果不好。

如何從工藝上避免或降低這些的可能性（除了加劑之外）？ 采用脫

鹽水或者凝液，建議控制在溶解氧（

PH9-11.ug/l）

W15Si02 (mg/1) W2P043+ (mg/1) 5T5(us/cm)

、、、電導

W50

。

只要是金屬材質，在含離子水中就會發生電化學腐蝕，尤其 是氯離

子引起的點蝕危害更大.水中含有腐蝕性氣體會加速 腐蝕，并且與

生產裝置運行溫度有關，如敞開裝置有溶解氧 的情況，腐蝕會隨溫

度升高先增加后緩慢下降達到平穩.主 要是腐蝕控制不同.初期由氧

擴散控制腐蝕速度，后期溶解 氧降低，主要是分析動力學控制. 如

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