稀土合金水处理器阻垢性能评价实验研究

小 于 未处理 ｐ 该 阻垢 器可 有效 限制 ｐ Ｈ， Ｈ升 高 ， 持稳 定 （ ５组 实 验趋 势 相 同情 况 下 ， 文 只列 出了 保 在 本
一
组 实验 ｐ 曲线 ） Ｈ 。
在碳 酸钙饱 和溶 液动态 模拟 实验 中 ， 在下 列动态 平衡 关 系 ： 存
Ｃ （ Ｏ ） ＝Ｃ “ ＋２ Ｏ－ ａ ＨＣ ３ ２ ａ ＨＣ ３， （） ４
的评 价 阻垢 器 阻垢性 能 。为此 ， 本文 应用换 热 面污垢 热 阻动态 模拟 装置 ， 对新 型水 处理器 进行 动态 模拟 实验 ， 以评 价该 装 置的 阻垢性 能 。
１ 动 态 实 验
１ １ 实 验设备 及条 件 ． 实验 装置及 药 品 ： 热 面污垢 特性在 线监 测评 价装 置 （ 换 自制 ） 稀土 合金 水处 理器 （ ； 广州 格瑞 凯 迪 电
要： 为考察 新型稀土合金 水处 理器（ 下称 阻垢 器 ） 阻垢性 能 ， 文利用循 环冷却 水污垢 动态模 本
拟试验 台， 对阻垢器性能 进行 动态评价实验 。在相 同实验条件下 （ 口水温 ２ ． ０ ５℃ ， 入 ８５± ． 水浴温度 ５ ０ ± ． 流速 ０ ４ ｓ 水 质硬度 １ ０ ． ｇＬ ） 对加装 阻垢器 和未 加装 阻垢 器两路水 质进行动 ０ ５ｏ Ｃ， ．０ｍ． ～， ０ ０ｍ ． ， ４ 态实验 ， 连续监测 污垢热 阻和水质 参数 （ 包括 电导率 、Ｈ 和浊度 等 ） 进行 了 ５组 重复 性实验 。结 果表 ｐ ，
第 ３期
孙 灵 芳 等 ： 土 合 金 水 处 理 器 阻垢 性 能评 价 实验 研 究 稀
６ ３
参
考
文
献
［ ］ 杨善让，徐志 明， １ 孙灵芳 换热设备的污垢 与对策 ［ ． Ｍ］ ２版．北京 ： 科学 出版社 ， ０ ４ ２０．
［ ２］ Ｎ ｌ ｎＳｋｏｏ Ｍｉ ｉ ｏａ ，ｅｊ ｉ ，ｌ ｒ ａｔ，ｔ．Ｅｆｃ ｆ ａｎｔ ｅ ｎｃｌｕ ａ ｏ ａ ｒｃ ｉ ｔ ｎ Ｉｎｃａｄｐ ｒｃｅ ｅ ｏ ａｓｎ ， ｓ ｚｎ ＳｔｏＢｓ Ｅｓ Ｋ ｉ ｎｉｅ ｓ ｒＧ ｉ ｍｏ ａ ｓ ｃ ｆ ｔ ｏ ｍ ｇｅｉ ｆｌ ｏ ａｃ ｍ ｃｒ ｎｔ ｐｅｉ ｔ ｉ ： ｉ ｎ ａｔ ｌ ｅｓ ｃｉ ｄ ｉ ｂ ｅ ｐ ａｏ ｏ ｉ ｍ ｃａｉ ［ ］ ｏｅｎＪｕｎｌ ｆＣ ｅ ｉａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ２０ ２ （ ）：１ ５—１５ ． ｅｈｎｓ Ｊ ．Ｋ ｒａ ｏｒａ ｏ ｈ ｍｃ ｎｉ ｅｎ ，０ ８，５ ５ １４ ｍｓ ｌ ｎ ｉ １０
为
叼 ＝ ％ ＝ ＝
（一
）， ％
㈦
（ ｊ ３ ）
式中， ０ ｍ 为未经处理的垢质量 ， ｍ 经处理的垢质量 ， 下角标０ １ 和 分别对应于采用防垢技术前后的参数 。
对于 那些 不改 变污垢 密度 和导 热系数 的 防垢 技术 ， （ ）可简化 为 式 ２
叼： ＝— ％ ，
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泵 分别 输送 到两个 测量 回路 （ 两个测 量 回路完 全相 同 ， 以一路 为测量 管 （ 装 阻垢 器 ） 另一 路为 参 比管 加 ， （ 未加装 阻垢 器 ） 的下位 水箱 ， 经循环 水泵 送入 上位水 箱 ， 由上位 水箱 恒速 流入 恒 温水 浴槽 （ 两路 水样 共 用） 内的换 热管 ， 入下 位水 箱 ， 成 水测 量 回路 的循 环 。上 位水 箱 装 有 溢 流 管 ， 确保 换 热 管 入 口水 进 形 以 压和换 热 管流速 恒定 。换热 管入 口水 温度控 制 由共 用 的恒温 水浴 控制 系统 和各 自的空 冷控 制系统 共 同
１ ２ 实验方法 ．
实验 装置 采用 管材 、 几何 尺寸 完全相 同 的双管 ， 对称 布置 于 同一 水浴槽 内 ， 各管 配有 各 自独 立 、 互不
连通 的实验工 质 回路 。实 验工 质取 自普通 自来 水添 加一 定浓 度 的碳 酸 钠 和氯 化 钙 混合 均 匀后 ， 由进 水
热工过程 先进控制．
东北 电 力 大 学 学报
第３ ２卷
实 验条件 ： 实验 水质 人 口温 度 ２ ． Ｃ± ． ８ ５ｑ ０ ５℃ ， 浴温 度 ５ ０ ５ｑ 流速 ０ ４ ｓ 水 质硬 度 水 ０４ ． ｃ， － ．０ｍ． 一，
１ ０ ． ｇ Ｌ （ Ｃ Ｃ ３ ） ０ ０ｍ ． 以 ａ Ｏ 计 。 ４
电导率 是衡 量水 中电解 质 多少 的一 个 重要 指 标 ， 碳 酸 钙 饱 和溶 液 中 ， 体 现碳 酸 钙溶 液 过 饱 在 可 和度 。在本 试 验 中 ， 电导率 测试 结果 如 图 ５所示 。由图 ５中曲线 可 明显 看 出 ， 着试 验 的 进行 ， 装 阻 随 加
垢 器 处理 的溶 液 电导 率 明显 大 于未处 理 电导率 ， 在两路 水样 实验 条件 相 同情 况下 ， 阻垢器 可有 效提 高 该
明： 土合金水处理器对 高硬 度水 质平 均阻垢率 达 ８ ． ％ ， 稀 １ ６ 抑垢 效果较好 ， 从实验 水质参数变 化和换热
器表面积垢状态观察 ， 阻垢器对水质浊度 、 该 电导率 、Ｈ等参数有 一定 影响。 ｐ
关
键
词： 稀土合金水处理器 ； 阻垢 ； 评价 ； 水质参数
文献标识码 ： Ａ
７２ ．２
７＿０ ２ ７．８ １
７．６ １
７．４ １ ７．２ １
毛７１ ． ｏ
７．８ Ｏ ７Ｏ ．６ ７０ ．４
７０ ．２
７Ｏ ．０
图４ ｐ Ｈ变化 曲线
图 ５ 电导率变化曲线
３ 结
论
（） １ 通过换热面污垢特性在线监测评价装置对 阻垢器进行多组实验测量和阻垢率计算 ， 明稀土 表
合 金水 处理 器具有 较好 的阻垢 效果 ， 均阻垢 率达 ８ ．％ 。 平 １６ （ ）５组动 态实 验分 析 的水 质参 数 变化 规 律 表 明该 阻垢器 对 水 质 浊度 、 ２ 电导 率 、Ｈ 等 参 数 有一 定 ｐ 影 响 ， 磁处 理对水 质参 数关 联影 响及其 阻垢 机理 还应进 一步 实验 研究 。 但
碳酸钙溶液过饱和度 。其原 因在于 ， 阻垢器磁场可使通过的水体产生共振的内能 ， 水分子及其它离子活 性 和 内能 均大 幅增强 ， 成垢 离子 体最终 被分 解为 由极 少高 能活性 水分 子组 成 的稳 定水 分子 小 团簇 ， 运 热
动 速度加 快 ， 传导 效率增 强 ， 热 减少 了无机 盐 中阳离 子和 阴 离子 的组 合 机会 ， 处 理后 的水 能 够够 溶 解 使 更 多 的难 溶性无 机盐 ， 降低 了无 机盐 过饱 和现象 ， 高 了碳 酸钙 等无 机盐 的溶解 度 。 提
调节 ， 恒温水浴系统配有 自动控制系统的电加热器 ， 空冷系统配有闭环控制的独立 回路 ， 以确保换热管 人 口水 温 和水浴 温度 恒定 在指定 温度 的 ± ． Ｃ内。实验 装置 如 图 １所示 。 ０ ５ｑ
图 １ 动 态 模 拟 价 装 置
实验 中将 阻垢 器 串联接 入模 拟换 热器 的试验 测量 管路 中 ， 用在恒 定工 况条件 下 ， 利 自动 连续监 测 两 管 的污垢热 阻 ， 定期取 样手 工分 析各水 质参 数 。
１ ３ 数据 处理 ．
阻垢 率 的计算 ， 根据 文献 ［ ］的污垢 热 阻定义 ， １ 单位 面积 污垢沉 积质 量 可表 示为
＝ｐｋ ｆ ｆｆ ， Ｒ （） １
式 中 ， 、， Ｐ ｊ 分别 为污垢 层 的平均密 度 和导 热 系数 ， 式 （ ）代 入文献 ［ ］阻垢 率定 义式 ， 垢率 叼表示 ｆ｝ 将 １ １ 阻
力热 能设 备有 限公 司 ）Ｃ Ｃ２分析 纯 ；ａＣ ３分析 纯 ； ；ａ１， Ｎ ２Ｏ ， 电导率 、Ｈ分 析仪 （ ｗ Ｈ Ｃ ｎ ４ ｉ ） 浊 ｐ ｗＴ ｐ ／ ｏｄ３０ 型 ； 度分 析仪 （ Ｃ Ｃ Ｄ照 相机 ） 不锈 钢管 。 ；
收 稿 日期 ： ０ １—１ ～１ ２１ １ ４ 基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目 （ １７０ ８ 吉 林 省 科 技 发 展 计 划 项 目 （０ １ ５８ ） 国 ５ １６２ ）； ２ １ １ １ １ 作 者 简 介 ： 灵 芳 （９ ０一） 男 ， 孙 １７ ， 山东 省 巨 野 县 人 ， 北 电力 大学 自动 化 工 程 学 院 教 授 ， 士 ， 东 博 主要 研 究 方 向 ： 热 设 备 污垢 与 对 策 换
稀 土 合 金 水 处 理 器 阻垢 性 能 评 价 实 验 研 究
孙灵 芳 ， 姜德 峰 ， 张冬 生２， 张艳 辉 ， 曹生现
（． １ 东北 电力大学 节能与测控技术实验室 ， 吉林 吉林 １２ １ ２ 广州格瑞凯迪 电力热能设备有限公司 ， ３ ０２；． 广州 ５０ ７ ） １４ ５
摘
６ ２
东北 电 力 大 学 学报
第３ ２卷
侧浑 浊水样 为加 装 阻垢器处 理 的实验 水质 ， 右侧 清澈 水样 为未处 理 实 验水 质 。 由此 说 明该 阻垢器 在 磁
场作用下 ， 使易形成污垢的碳酸钙晶体 的结构松散 ， 易脱落 ， 该磁场力具有分散功能 ， 使大量的碳酸钙分
第 ３ 卷第 ３ ２ 期
２１ ０ ２年 ６月
东
北
电
力
大
学
学
报
Ｖｏ ． ２． ． １ ３ Ｎｏ ３
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｒｈ ａｔ ｉｎｉ ｉｅ ｓｙ ｏ ｒ ａ ｔｅ ｓ Ｄ ａ ｖ ｒｉ ｏ Ｎｏ ｉ Ｕｎ ｔ
Ｊｎ ２ ２ ｕ ．，０１
文 章 编 号 ：Ｏ ５—２ ９ （ ０ ２ ０ ｌＯ ９ ２ ２ １ ） ３—０ ５ ０ ０ ９— ５
中 图分 类 号 ： Ｑ０ １ Ｔ ５
循环冷却水系统 中， 污垢的存在可减低设备工作性能， 增加管道流动阻力 ， 降低传热能力 ， 污染水质 及产 品 ， 导表 面材料 腐蚀 等 Ｊ 诱 。如何 防止 或减 轻污 垢所 带 来 的损 失 ， 高 能 源利 用 率 ， 提 是长 期 困扰 工
业设 备应 用 的一个具 有挑 战性 的难 题 。 随着 仿生技 术 和纳米 技术 的发 展 ， 米表 面技 术也 开 始应 用 于 物理 法 水 处理 器 。稀 土合 金 水 处 理 纳 器（ 阻垢器 ） 是一 种应 用纳 米表 面工程 技术 和磁 化技 术进 行 防垢 的新 型水 处 理 阻垢 器 ， 该设 备使 处 理 的 水体 产生 共振 的 内能 ， 而提 高 了易行成 沉 淀的无 机盐 溶解度 ， 易形 成水垢 。对 一种新 型水 处理 产 品 从 不 如何 客 观公正 的评 定其 阻垢性 能 ， 指导 厂 家 生 产 ， 足水 处理 用 户 需 求 ， 有 非 常重 要 的实 际 意义 。 以 满 具 目前 国内常用 的评定 阻垢 效果 的方 法有静 态 阻垢法 、 泡 法 、 鼓 电导 率法 、 酸钙 沉积 法 和 换热 面 污垢 热 碳 阻 动态模 拟法 ’， ３ 这些方 法 都是 针对 化学 阻垢 机 理开 发 的评价 方法 ， Ｊ 而对 于物 理法 阻垢 器并 没有 专 用 评价 方法 。由于污垢 的生 成是 一个 动态 的过程 ， 动态模 拟法 可 以根据 实 际工艺 过程 ， 而 准确 、 客观 、 正 公
Ｈ Ｏ ＝ ＋ ０一 Ｃ ３ Ｈ ｃ ；， － ＣＣ ３ Ｃ ＋ ０＿ ａＯ ＝ ａ ｃ ． ｚ
大， 因此 ， 阻垢 器可 抑制 污垢生 成 ， 长诱 导期 。 该 延
（ ）电导 率 ３
（） ５ （） ６
由于溶 液蒸 发浓 缩 ，Ｈ 增大 ， ｐ 会有 更 多碳 酸 钙 析 出结 晶 ， 形成 污 垢 ， 该 阻垢 器 可 有 效 减小 ｐ 增 而 Ｈ
子悬 浮在溶 液 中 ， 而不 是粘 附在传 热表 面或 沉淀 ， 具有 抑垢作 用 。
（ ）ｐ ２ Ｈ
循 环冷 却水 系统 中 ， 污垢 的主要成 份之 一是 碳酸 钙垢 ， 而溶 液 ｐ 可作 为衡 量 碳 酸钙垢 析 出的判 断 Ｈ
指标 。为 此 ， 在评 价 阻垢器 试验 中 ， 溶 液 ｐ 对 Ｈ进 行 了分 析 ， 测试 结 果 如 图 ４所 示 。 由图 中 曲线 可 明 显 看 出 ， 着实验 溶液 蒸发浓 缩 ，Ｈ逐 步增大 ， 随 ｐ 在初 始 ｐ Ｈ相 同状况 下 ， 加装 阻垢器 处理 的溶 液 ｐ 明显 Ｈ