關(guān)鍵詞：燃氣采暖熱水爐；防垢；除垢；防腐；活化原水
引言
隨著燃氣采暖熱水爐市場的擴大、占有率提高，用戶在使用過程中遇到的問題也暴露出來。燃氣采暖熱水爐是一種通過燃氣燃燒釋放的熱能，并將熱能用于采暖和熱水的設(shè)備。設(shè)備的舒適節(jié)能、使用安全、壽命是燃氣采暖熱水爐質(zhì)量好壞的重要因素，而直接影響這些性能的因素，不僅僅是設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計，零部件的特性，同時外部的使用條件也可能是直接影響因素，如：較硬的水質(zhì)、酸性物質(zhì)、氧含量等。
1 采暖熱水爐水路系統(tǒng)雜質(zhì)對燃氣采暖熱水爐的危害及原理
大部分液體中的固體隨溫度升高溶解度增大，而極少數(shù)物質(zhì)溶解度隨溫度升高反而減小，如氫氧化鈣。因為氫氧化鈣有兩種水合物〔Ca(OH)2?2H2O和Ca(OH)2?12H2O〕。這兩種水合物的溶解度較大，無水氫氧化鈣的溶解度很小。隨著溫度的升高，這些結(jié)晶水合物逐漸變?yōu)闊o水氫氧化鈣，所以，氫氧化鈣的溶解度就隨著溫度的升高而減小。當(dāng)燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)中的水在高溫位置的管路內(nèi)流過時，因為溶解度減小水中的溶解鹽類常會在壁面上析出，沉積而形成一定厚度的垢層，有時系統(tǒng)管路壁面也會因腐蝕而受損變質(zhì)。這種表面結(jié)垢或形成腐蝕都會降低傳熱系數(shù)，特別是當(dāng)流體發(fā)生沸騰時，由于污垢迅速發(fā)展會導(dǎo)致垢下腐蝕，必然會造成換熱設(shè)備結(jié)垢，金屬腐蝕，出力不足，同時加劇這種情況的發(fā)生，使用壽命縮短等。如圖1所示，在熱水爐主換熱器管路的結(jié)垢情況。
以下我們分別從技術(shù)上介紹燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)中雜質(zhì)的特點：
1.1 以離子或分子狀態(tài)溶解于水中的雜質(zhì)危害
（1）鈣鹽類在水中的主要構(gòu)成有Ca（HCO3）2、CaCl2、CaSO4、CaSiO3等。鈣鹽是造成換熱器結(jié)垢的主要成分。其中，CaSO4是一種質(zhì)硬、結(jié)晶細密的水垢，結(jié)構(gòu)松散，附著力小，是一種比較松軟的泥渣，從水中分離出來的具有流動性，即使附著在受熱面上也容易清除。（2）鎂鹽在水中的主要構(gòu)成有Mg(HCO3)、MgCl2、MgSO4等。鎂溶解在水中后，在受熱分解后生成Mg(OH)2沉淀，Mg(OH)2也是泥渣式水垢。溶解在水中的MgCl2、MgSO4，在水pH<7時，由于水解作用會造成金屬壁的酸性腐蝕。（3）鈉鹽主要構(gòu)成有NaCl、Na2SO4、NaHCO3等。NaCl不生成水垢，但在水中有游離氧存在，會加速金屬壁的腐蝕。Na2SO4的含量過高，會在蒸發(fā)器后的附件上結(jié)鹽，影響安全運行；水中的NaHCO3在溫度和壓力的作用下會分解出NaCO3、NaOH、CO2，會使金屬晶粒受損。（4）其他雜質(zhì)的危害，水中溶解氧是銅管腐蝕的一大因素。每升水中的溶解氧是30毫升，占水的3%，這是由于銅材料對氧化劑的鈍化作用弱造成的，水管中的空氣泡也是不可避免的，同樣對銅管起著氧化腐蝕作用。在流速快的部位上，由于水和銅管內(nèi)壁的摩擦力使氧化保護膜不能形成而造成物理損失，同時在那個壓力高的部位形成陽極后產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。
銅在極個別情況下的熱水系統(tǒng)中偶爾也會產(chǎn)生點蝕，主要是由水質(zhì)引起的。引起點蝕的原因主要有下面幾個方面。硫酸根離子和氯離子是腐蝕性陰離子，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和實例統(tǒng)計，當(dāng)[SO42-]/[HCO3-]>1時容易產(chǎn)生點蝕，小于1不容易產(chǎn)生點蝕，最好是小于0.5，所以必須要控制[SO42-]與[HCO3-]的比例。水的流速過快會產(chǎn)生沖刷腐蝕，反之流速過慢也會產(chǎn)生點蝕，如圖2所示。根據(jù)實驗，流速小于0.5m/s容易產(chǎn)生點蝕，這可能是因為附著在金屬表面的水層不動為氧化反應(yīng)創(chuàng)造了條件。反之，水的流速越快，水內(nèi)含的各種雜質(zhì)破壞了銅表面的氧化層，對銅管的沖刷越厲害，當(dāng)保護膜被沖刷掉后，又會形成新的保護膜，然后又被沖刷掉，最終導(dǎo)致銅管被腐蝕。日本的《建筑用管道腐蝕對策指南》認(rèn)為，水中如果存在大量硫化物、氧、氨，會產(chǎn)生較大的腐蝕性?？傊M管銅管用于供暖是公認(rèn)的好材料，在熱水系統(tǒng)中發(fā)生點蝕的情況也極個別，但是也應(yīng)引起注意。以往應(yīng)用中的經(jīng)驗值得借鑒，在使用的過程中，應(yīng)當(dāng)特別重視水質(zhì)，使水質(zhì)達到標(biāo)準(zhǔn)要求，保證系統(tǒng)設(shè)備及管道的使用壽命。
2 燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的防垢、防腐處理
2.1 燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的防垢處理
燃氣采暖熱水爐運行一定時間以后,在燃氣采暖熱水爐內(nèi)外壁上粘附一層白色水垢，水垢形成的主要原因是由于水中含有溶解度較小的鈣、鎂鹽類。這種鹽類有共同特性，其溶解度隨著水溫升高而下降，且變成難溶的鹽類，這種鹽類的存在，對燃氣采暖熱水爐會產(chǎn)生以下幾點后果：
（1）水垢導(dǎo)熱性能很差，它比鋼鐵導(dǎo)熱能力小30～50倍。有水垢存在就會使受熱面?zhèn)鳠嶙儔模蚨箓鳠崦娌荒苓_到理想的溫度降。根據(jù)有關(guān)資料介紹，經(jīng)實驗，產(chǎn)生1mm厚的水垢，換熱器將會下降10%左右效率。（2）水垢附在傳熱面上，難于清除，增加了檢修費用，不僅耗費人力、物力，而且會使受熱面受到損傷，降低燃氣采暖熱水爐壽命。（3）水垢產(chǎn)生后，會減小傳熱面內(nèi)外流通截面，增加了傳熱面內(nèi)外循環(huán)水的流通阻力，嚴(yán)重時流通截面很小，甚至完全被堵塞，就會使燃氣采暖熱水爐不能正常運行。
為防止以上后果的發(fā)生，目前設(shè)計單位或運行單位經(jīng)常采用加藥軟化處理、磁化及離子棒防垢處理、鈉離子交換處理等方法。為便于大家對這些軟化處理方法進一步了解，下面將對這些處理方法的原理、配方及操作方法分別介紹。
2.1.1 加藥軟化處理—硅磷晶技術(shù)
加藥軟化處理，具有方法簡單、效率高、經(jīng)濟性好和不需要專門的制水設(shè)備等特點，是一種實用性很強的防垢水處理方法。根據(jù)加藥的方法不同，分校正劑處理和防垢處理兩種。硅磷晶是由蘇打、磷酸、碳酸鈣等活性成分，原料在1200～1700℃高溫技術(shù)燒制而成的玻璃狀小球（見圖3）。符合國家標(biāo)準(zhǔn)的一種磷酸鹽，它無味、無毒不僅能夠飲用而且用于食品制造工程也對人體無害。
水中含有的鈣(Ga)、鎂(Mg)、鐵(Fe)等金屬離子，容易在供水管道內(nèi)壁形成碳酸鈣、碳酸鎂等不溶性物質(zhì)，導(dǎo)致腐蝕、水垢。硅磷晶可以與上述金屬離子反應(yīng)形成可溶性絡(luò)合物，抑制碳酸鈣與碳酸鎂生成，并分散到水中，與鐵離子反應(yīng)后，在管道內(nèi)壁形成動態(tài)保護膜，以達到防腐蝕、防水垢。硅磷晶能夠祛除水中的重金屬物質(zhì)（鉛、鋅、錳、鎘），而且專門解決因管道腐蝕發(fā)生的銹水、黃水問題，保護管道、對管道及供水設(shè)備防腐、阻垢，防止二次污染、延長使用壽命，保護水源不受管線污染和保證源水水質(zhì)。
2.1.2 磁化防垢處理
磁化防垢處理是一種新型的防垢方式，目前有出現(xiàn)在熱水爐的產(chǎn)品中，其原理是利用水分子具有的極性，即水分子是共價化合。水的單個分子由極性和氫鍵的作用，聚合成雙分子締合體(H2O)2或多分子締合體(H2O)n。（見圖4）當(dāng)水流通過高強度的磁場之后，水中的多分子締合體和離子磁場的作用，原來單散的多離子組成的締合體被拆散為單個的或短鍵的締合體，它們以一定的速度垂直切割外界磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流。因此，每個離子按與外界磁場同方向建立新的磁場，相鄰的帶極性的離子分子，就有秩序地相互壓縮和吸引，從而導(dǎo)致結(jié)晶條件的改變，形成的結(jié)晶物很松弛，抗壓、抗拉能力差，并且很脆，其粘結(jié)力和附著力也很弱，它們不易附著在受熱面上形成水垢。
燃氣采暖熱水爐屬于小型鍋爐，因此可以采用永久磁鐵式除垢裝置（見圖5）進行除垢，裝置結(jié)構(gòu)簡單，而且容易安裝，不占空間。磁化除垢采用永久磁鐵式除垢裝置，無能源消耗，無需維護。循環(huán)水溫度在60℃左右時，磁化除垢具有最佳的除垢效果，而燃氣采暖熱水爐內(nèi)循環(huán)水的溫度也在60℃左右，因而磁化除垢在燃氣采暖熱水爐內(nèi)應(yīng)用時可以達到最佳的除垢效果。磁化除垢不僅能防止燃氣采暖熱水爐循環(huán)水管道結(jié)垢，逐漸除去管道中存在的老垢，而且還能夠抑制管道內(nèi)微生物的滋生，對提高燃氣采暖熱水爐管道內(nèi)的換熱效率及保持健康用水有著重大意義。磁化除垢具有在經(jīng)濟上較大的優(yōu)勢、安裝簡便、無能耗、無污染、除垢效果好等優(yōu)點，因而磁化除垢在燃氣采暖熱水爐內(nèi)的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢。
2.1.3 離子棒防垢水處理
離子棒防垢水處理是一種新興、先進的水處理設(shè)備。在熱水循環(huán)系統(tǒng)、中央空調(diào)系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水路系統(tǒng)中應(yīng)用，均取得滿意的防垢效果。離子棒水處理器是水處理領(lǐng)域中一種新型的先進的水處理設(shè)備，最初由加拿大約克能源公司研制成功并在北美、歐洲、日本等工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)被廣泛采用。離子棒通過高壓靜電場的直接作用，改變水分子中的電子結(jié)構(gòu)，水偶極將水中陰、陽離子包圍，并按正負(fù)順序鏈狀整齊排列，使之不能自由運動，水中所含陽離子不致趨向器壁，阻止鈣、鎂離子在器壁上形成水垢，從而達到防垢目的。由于靜電的作用，在結(jié)垢系統(tǒng)中能破壞分子間的電子結(jié)合力，改變晶體結(jié)構(gòu)，促使硬垢疏松，并且會增大水偶極子的偶極距，增強其與鹽類離子的水合能力，從而提高水垢的溶解速率，使已經(jīng)產(chǎn)生的水垢能逐漸剝蝕、脫落，從而達到除垢之目的。離子棒產(chǎn)生一定量活性氧如O2、OH、O3，這些活性氧能有效破壞生物細胞，改變細菌和藻類生存的生物場，影響細菌生理代謝，起到殺菌滅藻作用，而且活性氧對無垢系統(tǒng)中的金屬表面產(chǎn)生一層氧化被膜防止腐蝕。離子棒水處理器是物理作用，在水中不發(fā)生化學(xué)作用，不會產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，排放出來的水對人類賴以生存的環(huán)境不產(chǎn)生影響，符合國際環(huán)境法規(guī)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
2.1.4 鈉離子交換軟化處理
當(dāng)含有的鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)離子的硬水通過離子交換劑(NaS)時，與吸附在交換劑上的Na+離子發(fā)生交換反應(yīng)，被置換于水中，轉(zhuǎn)化成鈉的鹽類。由于鈉的鹽類溶解度大，且在溫度升高時溶解度進一步增加，所以不會生成水垢。這個過程稱為軟化。但水中的鈣、鎂離子置換到交換劑上，使鈉型交換劑(NaR)變成鈣型(CaR)，因而失去了與鈣、鎂離子再進行交換反應(yīng)的能力，這一現(xiàn)象稱之為鈉離子交換失效。將失效的交換劑用食鹽(NaCl)溶液使之還原成鈉型交換劑，以便繼續(xù)生產(chǎn)軟水，這種現(xiàn)象稱之為再生。鈉離子交換器通過軟化——失效——再生還原——軟化的循環(huán)過程，使原水得到軟化，供給燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)提供合格的軟化水。組成水中硬度的鈣、鎂離子與軟化器中的離子交換樹脂進行交換，水中的鈣、鎂離子被鈉離子交換，使水中不易形成碳酸鹽垢及硫酸鹽垢，從而獲得軟化水。
2.2 燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的防腐處理
在分戶供暖的系統(tǒng)中，熱水爐設(shè)備與末端采暖系統(tǒng)，采用的金屬部件，如容積式換熱器、板式換熱器、銅材主換熱器、閥體和管材等，在周圍環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的金屬腐蝕。這些腐蝕的破壞性非常大。如何防腐，延長材料的壽命尤為重要。以下是鍋爐常用防腐的控制。
2.2.1 PH值控制
在給水循環(huán)系統(tǒng)中，pH<7時，在金屬表面形成的氧化膜，失去了保護作用。為了防止給水循環(huán)系統(tǒng)中H+的極化作用所造成的電化學(xué)腐蝕，將PH值控制到9以上，一般采用的方法是在系統(tǒng)中加入氨水或瓶裝的氣態(tài)氮，其化學(xué)反應(yīng)如下：
氨水： NH4OH+CO2→NH4HCO3 NH4OH+NH4HCO3→(NH4)2CO3H2O
氣態(tài)氨： NH3+H2O→NH4OH
一般熱水鍋爐系統(tǒng)采用加堿性藥劑的方法來提高pH值，以防止H或者CO2的腐蝕。
以上兩種方法，均在介質(zhì)中加入緩蝕劑以及堿性藥劑，是腐蝕電池的陽極過程減慢，金屬腐蝕速度降低，提高燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的防腐性能。
2.2.2 氯離子對不銹鋼的腐蝕
不銹鋼的主要化學(xué)成分是鐵鉻合金，鉻使鋼的耐腐蝕能力大為提高。在鉻鋼中加入鎳、鉬、鈦、錳等其它金屬時，可進一步改善其耐腐蝕性和工藝加工性能。不銹鋼中鉻的含量一般在12%以上。常見的不銹鋼品種有兩大類：一類是含鉻在12%的鉻不銹鋼；另一類是含鉻為16%～20%，含鎳為8%～14%的鉻鎳不銹鋼。鉻鎳不銹鋼的典型代表是含鉻18%，含鎳8%的不銹鋼，目前在熱水爐采暖系統(tǒng)中不銹鋼材料的用途增長迅速，如冷凝爐的不銹鋼主換熱器、不銹鋼連接管等。
燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)中的水主要來源于自來水，自來水中的氯離子會對不銹鋼的腐蝕起促進作用，如鹽酸對不銹鋼有強烈的腐蝕作用。次氯酸鹽水溶液中的活性氯含量在200mg/kg以上時會對不銹鋼有顯著的腐蝕作用，水溶液中活性氯含量在10mg/kg時經(jīng)過長時間接觸也會使不銹鋼表面稍變粗糙。處于鈍態(tài)的金屬仍有一定的反應(yīng)能力，即鈍化膜的溶解和修復(fù)（再鈍化）處于動平衡狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)中含有活性陰離子（常見的如氯離子）時，平衡便受到破壞，溶解占優(yōu)勢。其原因是氯離子能優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基底金屬的特定點上生成小蝕坑（孔徑多在20～30μm），這些小蝕坑稱為孔蝕核，亦可理解為蝕孔生成的活性中心。氯離子的存在對不銹鋼的鈍態(tài)起到直接的破環(huán)作用。并且向孔的深度方向發(fā)展，直至形成穿孔，造成點蝕(孔蝕)。在氯離子含量較高的地區(qū)對不銹鋼冷凝爐的破壞發(fā)生較多，因此關(guān)注氯離子的含量，應(yīng)當(dāng)是設(shè)備廠家和銷售部門的重要工作，同時也需要針對產(chǎn)品的材料特性選擇相應(yīng)的材料。下表1是各類不銹鋼材料，均有一定的含氯離子使用范圍。
采暖熱水爐水路系統(tǒng)中不銹鋼材料的選用必須結(jié)合系統(tǒng)中的氯離子含量以及水路系統(tǒng)中的最高溫度，提高燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的防腐能力，延長設(shè)備的使用壽命。
3 燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的清洗
無論采用加藥除垢水處理或者鈉離子交換軟水處理，雖能消除或減緩結(jié)構(gòu)的形成，但由于先用水處理設(shè)備或者管理不善，并不能完全防止不結(jié)水垢。因此，運行一定時間就需要進行清洗，去除水垢及沉積物。目前清洗水垢及沉積污物的方法有機械法、堿性法和酸性法等，清洗燃氣采暖熱水爐主要是以管道換水的形式來完成?？梢杂萌細獠膳療崴疇t自身的水泵和壓力，從出水口將水放出，然后放入清水增壓，再放出，反復(fù)三四次即可完成，之后將污水放出。清洗水垢可以采用專業(yè)清洗劑，加入管道中，循環(huán)去除水垢。在清洗燃氣采暖熱水爐前一定要了解它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及換熱方式，針對不同結(jié)構(gòu)和不同的材質(zhì)的燃氣采暖熱水爐采取不同清洗方式。

（1）清水清洗。將清洗設(shè)備和燃氣采暖熱水爐連接好后，采用清水循環(huán)清洗10分鐘，檢查系統(tǒng)狀態(tài)，是否有泄漏，同時將浮銹清洗掉。（2）剝離防腐清洗。按比例在清洗槽循環(huán)水內(nèi)加入表面剝離劑和緩釋劑，循環(huán)清洗20分鐘，使垢質(zhì)和清洗的各部件的分離，同時對沒有結(jié)垢的物體表面進行防腐處理，防止除垢清洗時清洗劑對清洗部件產(chǎn)生腐蝕。（3）除垢清洗。在清洗槽循環(huán)水內(nèi)按比例加入配置好的除垢清洗劑，進行清洗除垢，根據(jù)垢量的多少確定清洗循環(huán)的時間和加入藥劑多少，確認(rèn)全部垢質(zhì)清洗下來之后轉(zhuǎn)入下一步清洗程序。（4）鈍化鍍膜處理。加入鈍化鍍膜劑，對清洗系統(tǒng)進行鈍化鍍膜處理，防止管路和部件腐蝕以及新的銹垢生成。再次采用凈水清洗。將系統(tǒng)內(nèi)的藥劑殘液徹底清除。
各大品牌燃氣采暖熱水爐自己針對不同地區(qū)、不同的水質(zhì)和不同的垢質(zhì)進行分析和化驗，針對不同的材質(zhì)和不同的垢質(zhì)，配置了不同的化學(xué)清洗藥劑，制定科學(xué)合理的燃氣采暖熱水爐品牌清洗方案。
4 結(jié)束語
隨著燃氣采暖熱水爐市場的快速發(fā)展，燃氣采暖熱水爐的使用量也在迅速增加，燃氣采暖熱水爐水路系統(tǒng)的防垢、防腐和清洗問題也越來越受到重視，在防垢和防腐的問題上，利用本文提到方法可解決以上問題。類似汽車行業(yè)，汽車的首保公里數(shù)是五千公里，每一萬公里需定期到4S店保養(yǎng)，該產(chǎn)品也是一種設(shè)備，售后部門也應(yīng)需要向用戶宣貫定期對熱水爐的保養(yǎng)的必要性和重要性，確保系統(tǒng)以最佳工況運行，減少事故發(fā)生，延長設(shè)備的使用壽命。
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主編點評：
廣州迪森家用鍋爐制造有限公司的這篇論文就燃氣采暖熱水爐雜質(zhì)的產(chǎn)生機理和采暖熱水系統(tǒng)的結(jié)垢現(xiàn)象進行分析，提出了防垢、防腐和清洗的方法。