工業(yè)循環(huán)冷卻水硬度檢測(cè)方法分析與探究

王潔

摘 要：本文對(duì)冷卻水硬度過高的危害進(jìn)行了論述，并探討了現(xiàn)階段水硬度檢測(cè)方法的技術(shù)流程、主要優(yōu)點(diǎn)及其在工業(yè)中應(yīng)用的限制條件。旨在促進(jìn)水硬度檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，使其更加符合工業(yè)循環(huán)冷卻水的應(yīng)用背景，提升相關(guān)工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率。

關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水;硬度;檢測(cè)方法

0 引言

冶金、電力等行業(yè)中，冷卻水用量較大，可占總用水量的70%以上。冷卻水硬度過高會(huì)嚴(yán)重影響工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效率，相關(guān)研究表明，每1mm的水垢將會(huì)降低10%的換熱效率，完善的水硬度檢測(cè)技術(shù)對(duì)于工業(yè)的發(fā)展有重大意義。

1 水的硬度及其危害

水的硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，在數(shù)值上等于鈣、鎂離子沉淀肥皂水化液的能力。水的硬度可以劃分為暫時(shí)硬度與永久硬度。暫時(shí)硬度指水中鈣、鎂離子形成的碳酸鹽，其可以通過加熱沉淀去除，是影響工業(yè)生產(chǎn)的主要來源。而水中鈣、鎂離子形成的非碳酸鹽，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中去除難度較高，故被稱為永久硬度。工業(yè)生產(chǎn)中水硬度的危害有：

第一，增加工業(yè)生產(chǎn)的熱損失。如表1所示，相較于常見的銅制導(dǎo)管，水垢導(dǎo)熱能力較低，其在換熱器中的應(yīng)用會(huì)明顯降低熱傳導(dǎo)效率，加重?zé)崮軗p失，增加工業(yè)生產(chǎn)的成本。

第二，加速換熱器腐蝕。部分水垢對(duì)于換熱器有一定的腐蝕作用，需要及時(shí)清洗避免換熱器損壞。循環(huán)冷卻水硬度過高會(huì)提升換熱器的清洗頻率，增加設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。

第三，縮短換熱器的使用壽命。水垢的沉積會(huì)對(duì)換熱器造成一定的傷害，即使維護(hù)人員清洗較為頻繁，但損傷是難以避免的。循環(huán)冷卻水硬度過高會(huì)影響換熱器的使用壽命，增加工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備更換成本[1]。

2 工業(yè)循環(huán)冷卻水硬度檢測(cè)方法

從理論上分析，水硬度檢測(cè)是一項(xiàng)較為簡(jiǎn)單的工作，但在工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)的同時(shí)，還需考量經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境成本等多種因素?，F(xiàn)階段常用的硬度檢測(cè)手段或多或少都存在一定的缺陷，工業(yè)循環(huán)冷卻水硬度檢測(cè)方法仍需進(jìn)一步研究、發(fā)展。

2.1 鉻合滴定法

鉻合滴定法是將鉻黑T作為指示劑，EDTA作為標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，通過溶液顏色的改變確定滴定的進(jìn)程。滴定中，溶液顏色變化的規(guī)律為從紫紅變?yōu)闊o色，當(dāng)出現(xiàn)淺藍(lán)色時(shí)，要立即結(jié)束滴定，通過EDTA溶液的消耗量，計(jì)算水的硬度。在滴定中需要注意的是，滴定中需要保持待測(cè)液體pH值在10左右，常見手段為加入適量的氯化銨溶液，并通過加入三乙醇胺或硫化鈉等排除無關(guān)離子的干擾。

由于溶液之間的不充分反應(yīng)，滴定中常會(huì)出現(xiàn)反紅的現(xiàn)象，同時(shí)也存在變色不靈敏對(duì)硬度檢測(cè)結(jié)構(gòu)的干擾。排除手段常為在指示劑中加入紫脲酸胺二甲酚橙和次甲基藍(lán)等間接指示劑進(jìn)行彌補(bǔ)。

鉻合滴定法具有設(shè)備需求低、操作流程簡(jiǎn)單、測(cè)定結(jié)果較為精確等優(yōu)點(diǎn)，在生活用水硬度檢測(cè)中較為常見，少部分工業(yè)生產(chǎn)中也會(huì)應(yīng)用。其在工業(yè)中推廣最大的阻礙為，測(cè)定精確度較為依賴實(shí)驗(yàn)人員，誤差難以控制;全自動(dòng)化檢測(cè)實(shí)現(xiàn)難度較高，不利于高度流程化的工業(yè)生產(chǎn)。

2.2 分光光度法

分光光度法的依據(jù)為不同離子吸收光的波長(zhǎng)與數(shù)量是有選擇性的，分光光度法通過對(duì)鈣離子或者鎂離子光線吸收的特點(diǎn)制定了濃度與吸光度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該種方法靈敏度較高，硬度檢測(cè)結(jié)構(gòu)較為精確，同時(shí)具備較強(qiáng)的自動(dòng)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，是工業(yè)冷卻水硬度測(cè)定較為優(yōu)質(zhì)的發(fā)展方向。但不同離子吸收光的波長(zhǎng)是有一定重合的，在工業(yè)生產(chǎn)中如何精準(zhǔn)、高效的排除其他離子的干擾是分光光度法推廣的主要限制因素。

2.3 離子色譜法

離子色譜法是一種利用鈣、鎂離子的電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)濃度測(cè)定的方法。取定量的待測(cè)液體，并將其與淋洗液充分混合后加入陽離子交換柱系統(tǒng)[2]。同過離子在電場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)吸附、分離，而后對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行檢測(cè)，通過電導(dǎo)曲線的峰高與面積實(shí)現(xiàn)鈣、鎂離子的定性與定量。

離子色譜法分析進(jìn)程較為復(fù)雜，常需提前對(duì)水中離子的種類有充分了解，但在工業(yè)生產(chǎn)中，冷卻水使用來源單一，不會(huì)成為推廣應(yīng)用的限制因素。真正的阻礙在于設(shè)備投入較高與定量計(jì)算較為復(fù)雜，在未實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化檢測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)員工技術(shù)要求過高。

2.4 原子吸收法

原子吸收法的原理為通過不同原子的共振線確定原子的數(shù)量。在檢測(cè)中需要通過加熱分解將水中的離子轉(zhuǎn)化為原子，并進(jìn)行數(shù)量檢測(cè)。該種方法現(xiàn)階段發(fā)展較為成熟，唯一的缺陷在于其只能應(yīng)用在特定濃度范圍的溶液中，需要對(duì)待測(cè)液體有基礎(chǔ)了解。工業(yè)生產(chǎn)中，冷卻水來源較為單一，該種缺陷對(duì)于其在工業(yè)中推廣應(yīng)用限制較低，是常用的工業(yè)冷卻水硬度檢測(cè)方法。

2.5 自動(dòng)電位滴定法

自動(dòng)電位滴定法的原理為不同離子在電場(chǎng)中擁有不同的活躍度。檢測(cè)進(jìn)程中需要在待測(cè)液體的兩端分別加入?yún)⒈入姌O與指示電極。隨著滴定劑的加入與離子濃度變化，指示電極電位最終將發(fā)生改變，從而計(jì)算出待測(cè)液體的總硬度。該方法操作簡(jiǎn)單，精準(zhǔn)程度較高，是良好的工業(yè)冷卻水硬度檢測(cè)技術(shù)，但檢測(cè)過程中電極被污染的概率較高，需要進(jìn)一步研發(fā)防范手段或者廉價(jià)還原措施。

3 結(jié)論

冷卻還原水的硬度會(huì)影響工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效率與相關(guān)設(shè)備的正常使用，是工業(yè)生產(chǎn)中需要被重視的問題。但現(xiàn)階段已有水硬度檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中存在成本、自動(dòng)化檢測(cè)、技術(shù)流程、精度等限制，需要進(jìn)一步開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛犇，孫勇，汪永威，等.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢判斷和控制方法研究[J].山東電力技術(shù)，2020，47（01）：57-61.

[2]陳博.貫流蒸汽鍋爐用水硬度試劑在線檢測(cè)系統(tǒng)的研制[D].延邊：延邊大學(xué)，2017.