Den så kallade limit carbonate hardness (Hj) hänvisar till det kritiska värdet vid vilket CaCO₃ inte fälls ut under specifika vattenkvalitetsförhållanden och temperaturer, där fria CO₂ antingen saknas eller är minimala. Vanligtvis, i kylvattensystem, varierar detta värde från 2 till 4,5 mg ekvivalent/L. Men genom att tillsätta syra- och beläggningshämmare kan ett kylvattensystem upprätthålla högre karbonathårdhetsnivåer. Den här artikeln förklarar förhållandet mellan beläggningshämmare för kylvatten och gränsen för karbonathårdhet, vilket ger användbar information för vattenbehandlingspersonal.
1. Syratillsats och gränskarbonathårdhet
Genom att tillsätta syra till tillsatsvattnet omvandlas karbonathårdheten till icke-karbonathårdhet med högre löslighet (som CaSO₄ och CaCl₂), vilket minskar karbonathårdheten i det cirkulerande vattnet till en nivå under gränsen för karbonathårdhet, vilket förhindrar skalning. De kemiska reaktionerna är följande:
Fortsätt att dela en metod för att beräkna mängden syra som ska tillsättas baserat på karbonathårdhet och gränsen för karbonathårdhet (Hj), som visas i följande formel.
I formeln:
G är mängden tillsatt syra, kg/h;
E är syrans molmassa, för svavelsyra, E = 49, och för saltsyra, E = 36,5;
Qm är den kompletterande vattenvolymen för det cirkulerande kylvattnet, m³/h;
α är koncentrationen av syran;
HB är karbonathårdheten hos det kompletterande vattnet, mmol/L;
H′B är det kompletterande vattnets karbonathårdhet efter syrabehandling, mmol/L.
H′B kan beräknas enligt följande.
I formeln: N är koncentrationsmultipeln; Hj är den begränsande karbonathårdheten hos det cirkulerande kylvattensystemet, i mmol/L.
Gränskarbonathårdheten för det cirkulerande vattnet efter tillsats av syra, utan skalinhibitorn, kan beräknas med hjälp av följande formel:
I formeln representerar [O] syreförbrukningen, i mg/L; t representerar temperaturen på det cirkulerande vattnet, i ℃.
Hf′ är icke-karbonathårdheten efter behandling med syra som tillsätts till tillsatsvattnet, i mmol/L, och kan beräknas med följande formel:
2. Användning av skalhämmare med syrabehandling för att begränsa karbonathårdheten
Vid användning av syrabehandling för att begränsa karbonathårdheten i kombination med beläggningshämmare, bör typen av beläggningshämmare som används bestämma lämpligt Hj-värde. Vanliga inhibitorer inkluderar polyfosfater, organiska fosfonater (salter) och polyakrylsyror.
Inhibitorer i polyfosfatskala
Polyfosfater avser primärt natriumpolyfosfat, vanligen använda former är natriumhexametafosfat (även känt som natriumpolymetafosfat) och natriumtripolyfosfat. Dessa inhibitorer dispergerar och stabiliserar kolloidala partiklar och har stark keleringsförmåga för kalcium- och magnesiumjoner. Natriumpolyfosfat fungerar inte bara som en beläggningsinhibitor utan har också korrosionsinhiberande egenskaper. De specifika egenskaperna varierar beroende på molekylstrukturen hos [NaPO₃] n , där värdet på n bestämmer egenskaperna. Natriumhexametafosfat har den kemiska formeln [NaPO₃]₆ONa₂ och är en polymer av natriummetafosfat (NaPO₃). När den används som en beläggningsinhibitor kan den begränsande karbonathårdheten Hj för det cirkulerande vattnet uppskattas med följande formel. Den typiska dosen av natriumhexametafosfat sträcker sig från 1 till 5 mg/L, med den övre gränsen som används för vatten med hög karbonathårdhet. Natriumtripolyfosfat (Na₅P₃O₁₀) har en stark förmåga att kelera kalciumjoner, med en typisk dos på 2 till 5 mg/L, och Hj = 5 mmol/L.
Nackdelen med polyfosfater är deras tendens att sönderdelas till ortofosfater i vatten, en process som kallas polyfosfathydrolys. Graden av hydrolys påverkas av faktorer som pH, temperatur, tid och mikrobiell aktivitet. Hydrolys är positivt korrelerad med vattentemperatur och kontakttid, även om den sker i en relativt långsam hastighet, med typiska hydrolyshastigheter mellan 11% och 35%.
Organiska fosfonater och deras salter
Dessa skalinhibitorer är effektiva och ger även korrosionsinhibering, vilket gör dem till inhibitorer med dubbla ändamål. Många av deras egenskaper liknar polyfosfater, men de är mer stabila och mindre benägna att hydrolyseras, även vid högre temperaturer. Organiska fosfonater kan dock vara frätande för koppar, så de är inte lämpliga för användning i kopparvärmeväxlarsystem. Vanliga organiska fosfonater och deras salter som används inhemskt inkluderar hydroxietylidendifosfonsyra (HEDP), aminotrimetylenfosfonsyra (ATMP) och etylendiamintetra(metylenfosfonsyra) (EDTMP). När de används tillsammans med polyfosfater kan dessa inhibitorer ha en synergistisk effekt, vilket förbättrar den begränsande karbonathårdheten hos cirkulerande vatten och minskar dosen av varje medel. Den typiska begränsande karbonathårdheten för dessa inhibitorer är följande:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polykarboxylatpolymerer
Polykarboxylatpolymerer är polymerer som innehåller karboxylfunktionella grupper (karboxylgrupper) eller derivat av karboxylsyror. Karboxylatanjonen (COO⁻) bestämmer egenskaperna hos dessa polymerer, där M representerar en envärd katjon, väte eller en amingrupp. Efter att ha införts i vatten dissocierar karboxylatgruppen till COO⁻ och M⁺, där COO⁻ är ansvarig för skalhämning. Vanliga polykarboxylatskalinhibitorer som används inhemskt inkluderar polyakrylsyra, natriumpolyakrylat, polymetylmetakrylat, sampolymerer av akrylsyra och hydroxipropylakrylat, sampolymerer av akrylsyra och akrylater och hydrolyserad poly(maleinsyra) (anhydrid). De typiska doserna och motsvarande begränsande karbonathårdhetsvärden är följande:
Polyakrylsyra: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Natriumpolyakrylat: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poly(maleinsyra): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Sammanfattning
Genom att kontrollera den begränsande karbonathårdheten i cirkulerande kylvattensystem kan beläggningsbildning förhindras. Att använda metoderna ovan för att beräkna lämplig dos av syror och beläggningshämmare, tillsammans med systemets tillåtna begränsande karbonathårdhet under specifika driftsförhållanden, hjälper till att förhindra skalningsproblem samtidigt som de minskar kemikaliekostnaderna.
