一、水垢對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程設(shè)備的影響
(一)降低熱傳遞效率
在熱交換設(shè)備(如鍋爐、冷凝器等)中，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬低很多。例如，鋼鐵的導(dǎo)熱系數(shù)約為 45 - 58W/(m?K)，而常見水垢(如碳酸鈣垢)的導(dǎo)熱系數(shù)僅為 0.5 - 2.5W/(m?K)。這會(huì)導(dǎo)致熱交換過程中熱量不能有效地從熱流體傳遞到冷流體。
以鍋爐為例，當(dāng)水垢附著在鍋爐的受熱面上時(shí)，會(huì)使鍋爐的傳熱性能變差。為了達(dá)到設(shè)定的生產(chǎn)溫度，就需要消耗更多的燃料。這不僅增加了能源成本，還可能因?yàn)榫植窟^熱導(dǎo)致設(shè)備損壞。
(二)增加流體阻力
水垢在管道和設(shè)備內(nèi)部堆積，會(huì)使管道的有效內(nèi)徑減小。根據(jù)流體力學(xué)原理，管道內(nèi)徑減小會(huì)導(dǎo)致流體的流速增加，而流體阻力與流速的平方成正比。
例如在化工生產(chǎn)中的輸送管道，如果水垢積累嚴(yán)重，會(huì)使流體輸送的壓力降大幅增加。這可能導(dǎo)致泵等輸送設(shè)備的能耗上升，甚至因?yàn)閴毫^高超過設(shè)備的承受極限而引發(fā)管道破裂、泄漏等安全事故。
(三)引起局部腐蝕
水垢的存在會(huì)造成設(shè)備表面的電化學(xué)不均勻性。因?yàn)樗赶旅娴慕饘俦砻媾c周圍沒有水垢覆蓋的金屬表面形成了腐蝕電池。
例如，在含有溶解氧的水中，水垢下的金屬成為陽(yáng)極，發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕。這種局部腐蝕可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備穿孔、破裂，縮短設(shè)備的使用壽命。
二、水垢對(duì)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的影響
(一)影響產(chǎn)品純度
在一些對(duì)產(chǎn)品純度要求較高的行業(yè)，如制藥、電子工業(yè)等，水中的鈣鎂等離子形成的水垢可能會(huì)混入產(chǎn)品中。例如在制藥過程中，如果用于藥品生產(chǎn)的水含有較多水垢雜質(zhì)，在藥品結(jié)晶等過程中，這些雜質(zhì)可能會(huì)被包裹進(jìn)藥品晶體，降低藥品的純度。
在電子工業(yè)中，超純水是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵要素。水中的鈣鎂離子等雜質(zhì)可能會(huì)在半導(dǎo)體芯片制造過程中沉積在芯片表面，影響芯片的性能和質(zhì)量。
(二)改變產(chǎn)品物理化學(xué)性質(zhì)
在食品工業(yè)中，水垢中的成分可能會(huì)與產(chǎn)品中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如在飲料生產(chǎn)過程中，如果水中含有較多鈣鎂離子，在加熱等過程中與飲料中的酸性成分反應(yīng)，可能會(huì)改變飲料的口感、色澤等物理化學(xué)性質(zhì)。
三、鈣鎂離子分析儀的監(jiān)測(cè)與解決方法
(一)監(jiān)測(cè)原理
鈣鎂離子分析儀主要基于比色法、離子選擇性電極法等原理進(jìn)行測(cè)量。
比色法：某些試劑與鈣鎂離子反應(yīng)后會(huì)產(chǎn)生特定顏色的化合物，通過測(cè)量顏色的深淺來確定鈣鎂離子的濃度。例如，使用鉻黑 T 作為指示劑，在合適的 pH 條件下，它與鈣鎂離子形成酒紅色的絡(luò)合物，通過分光光度計(jì)測(cè)量吸光度，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線就可以計(jì)算出鈣鎂離子的濃度。
離子選擇性電極法：離子選擇性電極對(duì)特定離子(如鈣鎂離子)有選擇性響應(yīng)。當(dāng)電極浸入含有鈣鎂離子的溶液中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電位差，該電位差與離子濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。通過測(cè)量電位差，就可以計(jì)算出鈣鎂離子的濃度。
(二)監(jiān)測(cè)過程
首先，需要采集有代表性的水樣。在工業(yè)生產(chǎn)中，水樣的采集點(diǎn)應(yīng)選擇在水源入口、關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)用水點(diǎn)以及設(shè)備的排水口等位置。
將采集的水樣放入鈣鎂離子分析儀中，按照儀器的操作程序進(jìn)行測(cè)量。儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理，并顯示鈣鎂離子的濃度。
(三)解決方法
軟化預(yù)處理：如果監(jiān)測(cè)到水中鈣鎂離子濃度過高，可采用軟化水的方法。常見的有離子交換樹脂法，利用鈉離子交換樹脂與水中的鈣鎂離子進(jìn)行交換，從而降低水中鈣鎂離子的含量。例如，當(dāng)含有鈣鎂離子的水通過裝有強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂的交換柱時(shí)，水中的鈣鎂離子被樹脂吸附，同時(shí)樹脂上的鈉離子被置換到水中。
化學(xué)藥劑法：可以向水中添加阻垢劑。阻垢劑能夠與鈣鎂離子形成穩(wěn)定的可溶性絡(luò)合物，阻止鈣鎂離子結(jié)晶沉淀形成水垢。例如，聚磷酸鹽類阻垢劑可以吸附在碳酸鈣等晶體的活性生長(zhǎng)點(diǎn)上，抑制晶體的生長(zhǎng)和聚集。同時(shí)，根據(jù)鈣鎂離子分析儀的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整藥劑的添加量，以達(dá)到阻垢效果。
