工业循环冷却水硬度检测方法分析与探究

工业循环冷却水硬度检测方法分析与探究

作者：王洁

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第02期

摘要：本文对冷却水硬度过高的危害进行了论述，并探讨了现阶段水硬度检测方法的技术流程、主要优点及其在工业中应用的限制条件。旨在促进水硬度检測技术的进步，使其更加符合工业循环冷却水的应用背景，提升相关工业的经济效率。

关键词：循环冷却水;硬度;检测方法

0 引言

冶金、电力等行业中，冷却水用量较大，可占总用水量的70%以上。冷却水硬度过高会严重影响工业生产的经济效率，相关研究表明，每1mm的水垢将会降低10%的换热效率，完善的水硬度检测技术对于工业的发展有重大意义。

1 水的硬度及其危害

水的硬度指水中钙、镁离子的总浓度，在数值上等于钙、镁离子沉淀肥皂水化液的能力。水的硬度可以划分为暂时硬度与永久硬度。暂时硬度指水中钙、镁离子形成的碳酸盐，其可以通过加热沉淀去除，是影响工业生产的主要来源。而水中钙、镁离子形成的非碳酸盐，在日常生活及工业生产中去除难度较高，故被称为永久硬度。工业生产中水硬度的危害有：

第一，增加工业生产的热损失。如表1所示，相较于常见的铜制导管，水垢导热能力较低，其在换热器中的应用会明显降低热传导效率，加重热能损失，增加工业生产的成本。

第二，加速换热器腐蚀。部分水垢对于换热器有一定的腐蚀作用，需要及时清洗避免换热器损坏。循环冷却水硬度过高会提升换热器的清洗频率，增加设备维护费用。

第三，缩短换热器的使用寿命。水垢的沉积会对换热器造成一定的伤害，即使维护人员清洗较为频繁，但损伤是难以避免的。循环冷却水硬度过高会影响换热器的使用寿命，增加工业生产中的设备更换成本[1]。

2 工业循环冷却水硬度检测方法

从理论上分析，水硬度检测是一项较为简单的工作，但在工业生产中运用，实现自动化检测的同时，还需考量经济成本、环境成本等多种因素。现阶段常用的硬度检测手段或多或少都存在一定的缺陷，工业循环冷却水硬度检测方法仍需进一步研究、发展。

2.1 铬合滴定法

铬合滴定法是将铬黑T作为指示剂，EDTA作为标准溶液进行滴定，通过溶液颜色的改变确定滴定的进程。滴定中，溶液颜色变化的规律为从紫红变为无色，当出现浅蓝色时，要立即结束滴定，通过EDTA溶液的消耗量，计算水的硬度。在滴定中需要注意的是，滴定中需要保持待测液体pH值在10左右，常见手段为加入适量的氯化铵溶液，并通过加入三乙醇胺或硫化钠等排除无关离子的干扰。

由于溶液之间的不充分反应，滴定中常会出现反红的现象，同时也存在变色不灵敏对硬度检测结构的干扰。排除手段常为在指示剂中加入紫脲酸胺二甲酚橙和次甲基蓝等间接指示剂进行弥补。

铬合滴定法具有设备需求低、操作流程简单、测定结果较为精确等优点，在生活用水硬度检测中较为常见，少部分工业生产中也会应用。其在工业中推广最大的阻碍为，测定精确度较为依赖实验人员，误差难以控制;全自动化检测实现难度较高，不利于高度流程化的工业生产。

2.2 分光光度法

分光光度法的依据为不同离子吸收光的波长与数量是有选择性的，分光光度法通过对钙离子或者镁离子光线吸收的特点制定了浓度与吸光度的对应关系。该种方法灵敏度较高，硬度检测结构较为精确，同时具备较强的自动检测实现基础，是工业冷却水硬度测定较为优质的发展方向。但不同离子吸收光的波长是有一定重合的，在工业生产中如何精准、高效的排除其他离子的干扰是分光光度法推广的主要限制因素。

2.3 离子色谱法

离子色谱法是一种利用钙、镁离子的电导率实现浓度测定的方法。取定量的待测液体，并将其与淋洗液充分混合后加入阳离子交换柱系统[2]。同过离子在电场内的运动实现吸附、分离，而后对电导率进行检测，通过电导曲线的峰高与面积实现钙、镁离子的定性与定量。

离子色谱法分析进程较为复杂，常需提前对水中离子的种类有充分了解，但在工业生产中，冷却水使用来源单一，不会成为推广应用的限制因素。真正的阻碍在于设备投入较高与定量计算较为复杂，在未实现全面自动化检测的基础上，对员工技术要求过高。

2.4 原子吸收法

原子吸收法的原理为通过不同原子的共振线确定原子的数量。在检测中需要通过加热分解将水中的离子转化为原子，并进行数量检测。该种方法现阶段发展较为成熟，唯一的缺陷在于其只能应用在特定浓度范围的溶液中，需要对待测液体有基础了解。工业生产中，冷却水来源较为单一，该种缺陷对于其在工业中推广应用限制较低，是常用的工业冷却水硬度检测方法。

2.5 自动电位滴定法

自动电位滴定法的原理为不同离子在电场中拥有不同的活跃度。检测进程中需要在待测液体的两端分别加入参比电极与指示电极。随着滴定剂的加入与离子浓度变化，指示电极电位最终将发生改变，从而计算出待测液体的总硬度。该方法操作简单，精准程度较高，是良好的工业冷却水硬度检测技术，但检测过程中电极被污染的概率较高，需要进一步研发防范手段或者廉价还原措施。

3 结论

冷却还原水的硬度会影响工业生产经济效率与相关设备的正常使用，是工业生产中需要被重视的问题。但现阶段已有水硬度检测技术在工业应用中存在成本、自动化检测、技术流程、精度等限制，需要进一步开发。

参考文献：

[1]牛犇，孙勇，汪永威，等.循环冷却水系统结垢判断和控制方法研究[J].山东电力技术，2020，47（01）：57-61.

[2]陈博.贯流蒸汽锅炉用水硬度试剂在线检测系统的研制[D].延边：延边大学，2017.