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常见垢和结垢主要因素

名称化学公式结垢的主要因素
碳酸钙CaCO3

二氧化碳分压、温度、含盐量、PH值

硫酸钙CaSO4·2H2O
CaSO4
温度、压力、含盐量
硫酸钡
硫酸锶
BaSO4
SrSO4
温度、含盐量
铁化合物
硫化亚铁
氢氧化铁
氧化铁
FeCO3
FeS
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3
腐蚀、溶解气体、PH值


结垢的危害,现有解决方法及其弊端

结垢的危害

● 降低传热效果

● 引起管道、设备腐蚀

● 降低水流截面积、增加水流阻力和能耗

● 增加清洗费用和停产检修时间


现有方法及其弊端

现有方法基本原理弊端
化学药剂化学能污染、腐蚀、成本高
电子除垢极化耗能、作用衰减快
电解水电解法耗能、释放气体需处理
超声波振动耗能、作用衰减快
离子棒极化耗能、作用衰减快
强磁磁场受温度影响大


防垢原理详解

合金的综合电为-0.360V
Cu +0.35Sn   -0.14
Ni  +0.25Zn   -0.76
Ag  +0.79Fe   -0.40


增加溶解度

在亚稳功能合金的电化学作用下,流体特性发生改变,打破原来以H键缔合的大型水分子团,使得以H键缔合的水分子团发生极化变形,提高原有矿物质的溶解度。

自由电子

合金释放出的“自由电子”能被电负性小的离子例如Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2O3等捕获。这使得Ca2+ 、Mg2+ 脱离CO32- 、SO42- 和HCO3- ,形成原子结构(Ca0 、Mg0 )。当它们处于水溶液中时,它们的离子键断裂;或者当它们处于沉淀的固体即垢的状态时,它们的晶格键断裂,从根本上改变垢体结晶成核的趋势或不易形成大尺度晶核。

自由电子

合金释放出的“自由电子”能被电负性小的离子例如Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2O3等捕获。这使得Ca2+ 、Mg2+ 脱离CO32- 、SO42- 和HCO3- ,形成原子结构(Ca0 、Mg0 )。当它们处于水溶液中时,它们的离子键断裂;或者当它们处于沉淀的固体即垢的状态时,它们的晶格键断裂,从根本上改变垢体结晶成核的趋势或不易形成大尺度晶核。

自由电子

合金释放出的“自由电子”能被电负性小的离子例如Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2O3等捕获。这使得Ca2+ 、Mg2+ 脱离CO32- 、SO42- 和HCO3- ,形成原子结构(Ca0 、Mg0 )。当它们处于水溶液中时,它们的离子键断裂;或者当它们处于沉淀的固体即垢的状态时,它们的晶格键断裂,从根本上改变垢体结晶成核的趋势或不易形成大尺度晶核。


CuNiZnM(M:Pb、Sn、Fe、Co、Sb、RE)

耐尔

半反应标准电极电势(V)半反应标准电极电势(V)
Cu-Fe-
Cu²++2e-⇌Cu0.340Fe³++e-⇌ Fe²+0.771
Cu²++e-⇌Cu+0.159Fe²++2e-⇌ Fe-0.44
Cu++e-⇌Cu0.520Sb-
Ni-Sb+3H2O+3e-⇌SbH³+3OH--1.338
Ni²++2e-⇌Ni-0.257Sb+3H++3e-⇌SbH³-0.510
Zn-Co-
Zn²++2e-⇌Zn-0.7626Co²++2e-⇌ Co-0.277
Pb-RE-
Pb²++2e-⇌Pb-0.126Ce³++3e-⇌Ce-2.34
Pb4++2e-⇌Pb²+1.65La³++3e-⇌La-2.38
Sn-Er³++3e-⇌Er-2.32
Sn²++2e-⇌Sn-0.1375Y³++3e-⇌Y-2.37
Sn4++2e-⇌Sn²+0.154


亚稳特种合金防垢装置防垢实验及模拟分析

饱和盐水结晶实验
90℃饱和食盐水溶液,分别倒入空烧瓶(A瓶)、倒入有合金的烧瓶10秒后再倒入另一空烧瓶(B瓶)、有合金的烧瓶(C瓶)。
饱和盐水中盐的结晶对比

亚稳特种合金防垢装置缓蚀实验及模拟分析

将最易锈蚀的普通碳钢A3钢分别置于经合金处理的普通水(即水与合金接触10秒钟后倒出的水)、放置有合金的普通水和普通水中,观察A3钢的锈蚀情况。
A3钢在水中的锈蚀情况(放置48h后)
左:普通水 中:置有合金的水 右:经合金处理的水

亚稳特种合金防垢装置防垢实验及分析

中国石油大学测试

亚稳特种合金防垢装置防垢实验及分析

差压信号对比(差压信号反映沉积层厚度随时间的变化)
1. 未加装装置沉积物质量:353.9g;加装装置后(1500min)沉积物质量:321.13g。
2. 未加装装置测试段差压值随沉积时间的增加平稳增加,其规律符合一般沉积规律;加装装置后,测试段差压值出现随沉积时间先减小后增加的现象,且差压值低于未加装装置时。

模拟分析

压力分析图
压力分析图
进口段的压力比出口段大,流体经过防垢装置后,流体在管道内的压力梯度大,脉动大,增加了流体与芯轴的接触几率。
湍动能分析图
湍动能分析图
在经过防垢装置后,出口段湍流强度较强,特别是近管壁面的湍动能最强,形成了紊流,在较强的紊流状态下,管内的垢、固体氧化物等不易附着在管壁。
流速分析图
流速分析图
经过防垢装置后,流体的流速增加,速度的方向紊乱,在防垢装置芯轴的旋转作用下,流体以旋转运动方式流出,管道内的液体紊流流动加强,更有利于管内的垢、固体氧化物等随流体一起流出,减少附着和沉积在管壁的几率。
整体三维流线分析图
整体三维流线分析图
从整体三维流线分析图中很清晰的看出,通过防垢装置后,管内的流体流动紊乱,在紊流状态下,一方面增加水中的离子和分子与装置核心部分的接触,增加电子交换,另一方面液体在紊流状态下,能够降低分子凝结的概率。