專利名稱：結(jié)垢和阻垢性能的評(píng)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種評(píng)定水系統(tǒng)結(jié)垢性能和水處理劑阻垢性能的方法。
背景技術(shù)：
在水系統(tǒng)中，如鍋爐、水暖、冷卻水系統(tǒng)，結(jié)垢現(xiàn)象普遍存在。特別是冷卻水系統(tǒng)隨著水資源的日益緊缺，為了節(jié)約用水、合理用水，冷卻水的濃縮倍率不斷提高，結(jié)垢、腐蝕、生物危害的矛盾日益突出。各種水處理劑的應(yīng)用也越來越多。為了防止結(jié)垢，必須評(píng)定水處理劑的阻垢性能以及水系統(tǒng)中水和換熱器金屬材料的結(jié)垢性能。
現(xiàn)有技術(shù)評(píng)定結(jié)垢和阻垢性能的方法通常采用1.靜態(tài)阻垢法該方法又分成濃縮的靜態(tài)阻垢法和不濃縮的靜態(tài)阻垢法二種。濃縮的靜態(tài)阻垢法既可以用配制水也可以用實(shí)際水樣為試驗(yàn)水樣，不濃縮的靜態(tài)阻垢法則以配制的高堿高硬水為試驗(yàn)水樣。由于絕大多數(shù)水垢是碳酸鈣垢，因此靜態(tài)阻垢法多采用下式定義的阻垢率η表征水處理劑的阻垢性能阻垢率η＝([Ca2+]2-[Ca2+]1)/(N[Ca2+]0-[Ca2+]1)[Ca2+]2-加水處理劑的水樣試驗(yàn)后的Ca2+濃度[Ca2+]1-不加水處理劑的水樣試驗(yàn)后的Ca2+濃度[Ca2+]0-水樣試驗(yàn)前的Ca2+濃度N-水樣濃縮倍率，如不濃縮則N＝1該方法的基本原理是在加熱條件下，促使碳酸氫鈣加速分解成碳酸鈣，達(dá)到平衡后測定水中的鈣離子濃度，試驗(yàn)后水樣中剩余的穩(wěn)定Ca2+濃度愈高，則該水處理劑的阻垢性能愈好，或者說該水樣的結(jié)垢性愈小。
該方法比較簡便。缺點(diǎn)是分辯率不高，重現(xiàn)性較差，誤差較大，測試周期較長，為了加速結(jié)垢，需采用較高的試驗(yàn)溫度，通常是80℃，即使這樣僅結(jié)垢時(shí)間就要10小時(shí)以上，如果濃縮水樣僅至2倍，濃縮時(shí)間就要幾十小時(shí)。
為了縮短試驗(yàn)周期，迅速帶走CO2，加速試驗(yàn)水樣達(dá)到其自然平衡pH，向試驗(yàn)水樣中鼓入一定流量的空氣，這就是“鼓泡法”。對(duì)不要濃縮的高堿高硬配制水，僅結(jié)垢平衡時(shí)間也要6小時(shí)以上。由于加入了鼓氣裝置，空氣的流量，空氣帶走水分的多少等因素均會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果，因此試驗(yàn)裝置和操作較繁復(fù)。
靜態(tài)阻垢法實(shí)際上反映的是碳酸鈣中在水中結(jié)晶析出的情況，這與在固體壁面上結(jié)垢有較大的區(qū)別，特別是有的阻垢劑使碳酸鈣晶體變性，不易附著在固體壁面上，它不能反映這一情況，也不能反映不同的金屬材料對(duì)結(jié)垢性能的影響。
2.極限碳酸鹽法該方法也叫極限碳酸鹽堿度或者極限碳酸鹽硬度法，它主要以實(shí)際水樣為試驗(yàn)水樣，加熱蒸發(fā)濃縮。如果水中未產(chǎn)生結(jié)晶析出沉淀，則水中總堿度M和其它離子濃度隨著濃縮倍率N的增長而基本上呈線形增長，若原水的總堿度為M0，則M＝NM0。水在加熱蒸發(fā)濃縮過程中，CO2不斷逸出，碳酸氫鈣分解成碳酸鈣，當(dāng)CO32-與Ca2+的離子積大于其溶度積時(shí)，就會(huì)有碳酸鈣結(jié)晶析出沉淀。一旦有碳酸鈣結(jié)晶析出，總堿度M就會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)定下降或不增長的現(xiàn)象，這時(shí)的總堿度M就稱為極限碳酸鹽堿度，這時(shí)的濃縮倍率N就是極限濃縮倍率。水處理劑使極限碳酸鹽堿度或者極限濃縮倍率提高得愈多，它的阻垢性能愈好。
該方法的測試周期更長，一個(gè)條件的一次試驗(yàn)可長達(dá)幾百小時(shí)。測試的工作量很大，試驗(yàn)開始后的24小時(shí)內(nèi)，每隔8小時(shí)取樣分析一次總堿度M、濃縮倍率等項(xiàng)目，24小時(shí)后每隔4小時(shí)取樣分析一次，濃縮至接近極限碳酸鹽堿度終點(diǎn)時(shí)，每隔2小時(shí)取樣分析一次，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，應(yīng)每隔0.5小時(shí)取樣分析一次，至少要連續(xù)再測3個(gè)點(diǎn)，才可判斷是否已到達(dá)終點(diǎn)。分析取樣后應(yīng)通過計(jì)算加入相應(yīng)的水量。
與靜態(tài)阻垢法一樣，極限碳酸鹽法也不能反映由不同的金屬材料壁面對(duì)結(jié)垢性能的影響，不能反映有的阻垢劑使碳酸鈣晶體變性，不易附著在固體壁面上的情況。
3.動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)法該方法是在實(shí)驗(yàn)室條件下，用常壓水蒸汽或熱水加熱換熱器，模擬生產(chǎn)現(xiàn)場的流速、流態(tài)、水質(zhì)、金屬材料、換熱強(qiáng)度和冷卻水進(jìn)出口溫度等主要參數(shù)，測出污垢熱阻。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，拆下?lián)Q熱管，再測出垢層厚度和污垢重量，還可計(jì)算出污垢沉積率。
該方法在實(shí)驗(yàn)室條件下最能反映實(shí)際水系統(tǒng)結(jié)垢性能和水處理劑阻垢性能。但是它的試驗(yàn)設(shè)備儀器也最龐大、繁復(fù)，試驗(yàn)的工作量很大，試驗(yàn)的周期最長，一個(gè)條件的一次試驗(yàn)至少要連續(xù)15天。該方法需要的試驗(yàn)水量也非常巨大，一個(gè)條件的一次試驗(yàn)就需幾噸水，這么多水的采取、裝運(yùn)、存放對(duì)普通的試驗(yàn)室也是困難的。顯然，用該方法進(jìn)行大量的水處理劑篩選復(fù)配是不現(xiàn)實(shí)的。它一般用于水處理方案的最終驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種快速、簡便且分辨率和可靠性又較高的方法評(píng)定水處理劑的阻垢性能以及水系統(tǒng)中水和換熱器金屬材料的結(jié)垢性能。
本發(fā)明提出的評(píng)定水系統(tǒng)結(jié)垢性能和水處理劑阻垢性能的方法，其特點(diǎn)是它包括下列步驟1)用水系統(tǒng)中換熱器所用的金屬材料制成具有暴露結(jié)垢面積的工作電極2)測量工作電極的重量或厚度；3)以實(shí)際水樣或配制水作為試驗(yàn)水樣；4)將工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化；5)取出工作電極，再次測量工作電極的重量或厚度；6)計(jì)算出極化前后工作電極的重量差或厚度差即結(jié)垢量來評(píng)定試驗(yàn)水樣和金屬材料的結(jié)垢性能或者水處理劑的阻垢性能。
陰極極化方法可以用兩種一種是外加電流法，另一種是犧牲陽極法。外加電流法可以是恒電位法，也可以是恒電流法或其它陰極極化的方法。外加電流法用恒電位法，則是通過恒電位儀將工作電極的電位恒定在一固定值上，取值范圍為-300～-1400mV(SCE)。犧牲陽極法為用一自腐蝕電位低于工作電極的金屬材料與工作電極偶接。
由于通過對(duì)電極的陰極極化，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，如1～4個(gè)小時(shí)甚至更短的時(shí)間內(nèi)，在電極上產(chǎn)生較多的水垢，足以用稱重法或測厚法分辯出結(jié)垢量的多少，從而根據(jù)結(jié)垢量的多少來評(píng)定試驗(yàn)水樣和金屬材料的結(jié)垢性能或者水處理劑的阻垢性能。
本發(fā)明的有益效果是大大縮短了結(jié)垢過程的時(shí)間，評(píng)定方法非常簡便，且具有較高的分辨率和可靠性。
具體實(shí)施例方式
本方法的具體步驟為1)用水系統(tǒng)中換熱器所用的金屬材料制成具有暴露結(jié)垢面積的工作電極，換熱器所用的金屬材料為常用的金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、銅、銅合金等等，暴露結(jié)垢面積為為10mm2～60000mm2；2)測量工作電極的重量或厚度；3)以實(shí)際水樣或配制水作為試驗(yàn)水樣，為了縮短結(jié)垢時(shí)間，而且有較大的結(jié)垢量，將試驗(yàn)水樣配制成高鈣高堿度水，如Ca2+＝240mg/L，HCO3-＝732mg/L；4)將工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化，極化的時(shí)間為0.5小時(shí)-8小時(shí)；5)取出工作電極，再次測量工作電極的重量或厚度；6)計(jì)算出極化前后工作電極的重量差或厚度差即結(jié)垢量來評(píng)定試驗(yàn)水樣和金屬材料的結(jié)垢性能或者水處理劑的阻垢性能。
水處理劑的阻垢性能通?？捎孟率蕉x的阻垢率η表征阻垢率η＝(W1-W2)/W1W1-不加水處理劑時(shí)電極的結(jié)垢量mgW2-加水處理劑時(shí)電極的結(jié)垢量mg為了提高稱重的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，可用合適的方法對(duì)電極進(jìn)行干燥。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1，評(píng)定二種試驗(yàn)水樣的結(jié)垢性能。
用不銹鋼制成暴露結(jié)垢面積為9cm2的工作電極。用分析太平稱量工作電極的重量。試驗(yàn)水樣一為配制水，Ca2+＝240mg/L，HCO3-＝732mg/L；試驗(yàn)水樣二為山東S電廠的冷卻水，Ca2+＝90mg/L，，HCO3-＝250mg/L。將工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化2小時(shí)，恒電位-1.0V(SCE)，溫度40℃。極化后取出工作電極，用合適的方法對(duì)電極進(jìn)行干燥，然后再用分析太平稱量工作電極的重量。為了確定該方法的重現(xiàn)性，進(jìn)行了重復(fù)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表1。
表1不同空白水樣結(jié)垢性能測試

從表1可見，試驗(yàn)水樣一的結(jié)垢量大大高于試驗(yàn)水樣二。顯然試驗(yàn)水樣一比試驗(yàn)水樣二更容易結(jié)垢。試驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性較好，精度較高。
實(shí)施例2，評(píng)定二種水處理劑的阻垢性能。
用不銹鋼制成暴露結(jié)垢面積為9cm2的工作電極。用分析太平稱量工作電極的重量。在試驗(yàn)水樣一中加入水處理劑A5mg/l配制成試驗(yàn)水樣三。在試驗(yàn)水樣一中加入水處理劑B5mg/l配制成試驗(yàn)水樣四。將工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化2小時(shí)，恒電位-1.0V(SCE)，溫度40℃。極化后取出工作電極，用合適的方法對(duì)電極進(jìn)行干燥，然后再用分析太平稱量工作電極的重量。試驗(yàn)結(jié)果見表1。
表2水處理劑阻垢性能測試


從表2可知，水處理劑A的阻垢性能高于水處理劑B。
權(quán)利要求
1.一種評(píng)定水系統(tǒng)結(jié)垢性能和水處理劑阻垢性能的方法，其特征在于，方法的步驟為1)用水系統(tǒng)中換熱器所用的金屬材料制成具有暴露結(jié)垢面積的工作電極；2)測量工作電極的重量或厚度；3)以實(shí)際水樣或配制水作為試驗(yàn)水樣；4)將工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化；5)取出工作電極，再次測量工作電極的重量或厚度；6)計(jì)算出極化前后工作電極的重量差或厚度差即結(jié)垢量評(píng)定試驗(yàn)水樣和金屬材料的結(jié)垢性能或者水處理劑的阻垢性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)定方法，其特征在于，所述的使工作電極陰極極化的方法用外加電流法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)定方法，其特征在于，所述的使工作電極陰極極化的方法用犧牲陽極法。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)定方法，其特征在于，所述的工作電極暴露結(jié)垢面積為10mm2～60000mm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的評(píng)定方法，其特征在于，所述的外加電流法為恒電位法，通過恒電位儀將工作電極的電位恒定在取值范圍為-300～-1400mV(SCE)的固定值上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的評(píng)定方法，其特征在于，所述的犧牲陽極法為用一自腐蝕電位低于工作電極的金屬材料與工作電極偶接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)定方法，其特征在于，所述的工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化時(shí)間為0.5小時(shí)～8小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種評(píng)定水系統(tǒng)結(jié)垢性能和水處理劑阻垢性能的方法，其步驟為1)用水系統(tǒng)中換熱器所用的金屬材料制成具有暴露結(jié)垢面積的工作電極2)測量工作電極的重量或厚度；3)以實(shí)際水樣或配制水作為試驗(yàn)水樣；4)將工作電極放入試驗(yàn)水樣中陰極極化；5)取出工作電極，再次測量工作電極的重量或厚度；6)計(jì)算出極化前后工作電極的重量差或厚度差即結(jié)垢量評(píng)定試驗(yàn)水樣和金屬材料的結(jié)垢性能或者水處理劑的阻垢性能。本發(fā)明用陰極極化的方法使金屬材料制成的工作電極在試驗(yàn)水樣中加速結(jié)垢，然后通過測量該工作電極結(jié)垢量的多少來評(píng)定試驗(yàn)水樣和金屬材料的結(jié)垢性能或者水處理劑的阻垢性能。該方法快速、簡便且分辨率和可靠性較高。
文檔編號(hào)G01N27/42GK1560617SQ200410016740
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者梁磊, 余樂書, 梁 磊 申請(qǐng)人:上海電力學(xué)院