一.导言

在我们的日常生活和工业生产中，热力设备(如锅炉、加热容器)和换热设备(如各种板式或管式换热器组)以水为传输和交流介质时，结垢现象非常普遍。众所周知，这些水介质来自自然界的两大部分:地表水(如河水、湖水、海水、水库水)和地下水(如井水、泉水)。地表水是雨或雪落在地面上，与地面一起冲刷、流动、汇聚形成的。在其形成的过程中，会混入大量的泥沙等杂质及其有机物，也会溶解更多的氧气。因此，这种水含有较多的悬浮物和氧气。地下水是由地表向地下渗透形成的。在渗透到土壤和岩层中的过程中，水中的泥沙和大部分悬浮物、有机物被这些地层过滤而减少，但随后大量的盐类(如钙、镁等非金属盐离子和其他微量金属离子)被溶解。

按照工业惯例，地表水和地下水都要经过严格的水处理程序处理，达到热力设备和换热设备的水质标准后才能作为这些设备的供水。然而，由于各种原因，这些设备中经常加入的水介质并没有得到重视和严格的限制。因此，热力设备和换热设备的结垢现象仍然普遍存在。本文介绍了一种简单的物理处理技术和方法——磁化防垢技术和装置。

二。常规水处理的防垢除垢技术

目前工业上使用的水处理除垢除垢技术可分为化学除垢除垢技术和物理除垢除垢技术两大类。

化学防垢除垢技术化学防垢除垢技术主要包括软化法、酸处理法、碳化稳定法和阻垢剂的应用。

众所周知，几乎每个人都遇到过水壶结垢的情况。水壶结垢是由于加热天然水或自来水(两者都含有不同量的Ca2 ++和Mg2 ++离子)时碳酸盐沉积造成的。它的化学表达式是:

Ca2++(水)+2HCO3-(水)DCaCO3(固体)+CO2(气体)+H2O(液体)

含有高浓度Ca2++、Mg2++(以及其他二价阳离子，如Fe2++)的水称为硬水。水中这些离子的存在不会对健康造成严重威胁，但会使水质不适合家庭和工业使用。比如在工业和家用锅炉或换热系统中，“水垢”会降低它们的导热效率，消耗更多的热源，严重的结垢还会降低管道中水的流速。

石灰-苏打法是我们日常生活中清除石灰垢最简单的方法。常用于大规模软化生活用水。当使用石灰(CaO)和苏打灰(Na2CO3)处理软化的生活用水时，Ca2 ++和Mg2 ++分别以CaCO3和Mg(OH)2的形式沉淀:

Ca2++(水)+Co32-(水)D CaCO3(固体)

Mg2++(水)+2OH-(水)D Mg(OH)2(固体)

离子交换法的工作原理是将待处理的水通过装有离子交换树脂的交换柱或交换床，其中成垢离子(Ca2+、Mg2+)与交换树脂(带有羧基(—首席运营官-)或磺酸基(—SO3-)的聚合物)进行离子交换，二价离子如Ca2+、Mg2+置换离子交换树脂中的一价Na+。如果用Na(R-首席运营官)代表离子交换树脂，该过程可表示如下:

钠(R-首席运营官)(固体)+钙+(水)钙(R-首席运营官)2(固体)+2Na+(水)

当树脂上的所有Na+离子都被置换后，为了再生树脂，只需在逆反应方向用高饱和浓度NaCl溶液置换树脂。

钠离子交换法是目前应用最广泛的硬水软化方法。这是因为经过原水预处理和钠离子交换后，水中的悬浮物和硬度成分(如Ca2 ++和Mg2 ++血浆)都被去除了。正常情况下，因为没有结垢离子，所以不可能再结垢。但在采用软化法的领域，有时会偶有结垢，这是操作失误、交换器质量或管理不善造成的，与方法本身无关。目前，离子交换法在我国热力设备(如锅炉)和热力循环设备(包括空)中的普及率已经达到90%以上，这也标志着钠离子交换法在工业领域防垢除垢方面的成熟。然而，离子交换法有其局限性。其主要表现为原水经钠离子交换法软化后得到的软化水含盐量增加，不适合作为理想的饮用水，腐蚀性增加，投资和运行成本较高，且存在环境问题。

酸化法该方法使给水(补充水)的碳酸盐硬度经过酸处理后变成非碳酸盐硬度，从而降低补充水的碳酸盐硬度。其反应式如下:

Ca(HCO3)+H2SO4DCaSO4+2CO2+2H2O

镁(碳酸氢盐)+硫酸二甲酯+二氧化碳+2H2O

酸处理的缺点是水具有很强的腐蚀性，系统中的循环冷却系统如管道或冷却塔需要考虑防腐处理。近年来，由于环保的限制，酸化已很少使用。

碳化法这种方法是指通过在水中保持一定浓度的游离二氧化碳来控制碳酸氢钙的分解，使天然水中的重质碳酸钙不会因二氧化碳的损失及其溶解平衡而结垢。

使用阻垢剂的防垢方法该方法的机理可分为:络合和增溶、晶格畸变和静电排斥。而络合增溶是共聚物溶于水后电离，产生带负电荷的分子链，与Ca2+形成水溶性络合物或螯合物，从而增加无机盐的溶解度，起到阻垢作用；晶格畸变是分子中的某些官能团在无机盐的晶核或微晶上占据了一定的位置，阻碍和破坏了无机盐晶体的正常生长，减缓了晶体的生长速度，从而减少了盐垢的形成。静电斥力是共聚物溶于水，吸附在无机盐的微晶上，增加了颗粒间的斥力，阻碍其聚结，使其处于良好的分散状态，从而阻止或减少水垢的形成。

三。CRIMM磁化除垢防垢技术

磁化除垢防垢法的基本原理是使水流过磁场，与磁力线相切，水中的钙镁离子受磁力作用，破坏了离子间原有的静电吸引状态。每个离子建立一个与外磁场同方向的新磁场，导致原来的结晶条件发生变化，形成非常疏松的结晶物质，这些结晶物质没有以原来的硬垢形式吸附在受热面上，大部分形成疏松的污泥，随污水排出。根据这一原理设计的磁化装置和设备统称为磁化水处理器或除垢防垢装置。水的磁化是一个物理过程，在这个过程中化学成分没有发生变化，这与离子交换法处理水(也叫软化水)的原理完全不同。多年来，国际上有许多科研人员和实践者对磁化水的阻垢、阻垢机理进行了许多理论探讨，但他们的解释都不是很成熟和完整。目前，我们的实验室研究证实并同意磁化防垢的主要机理是改变钙盐在水中的晶型。因为碳酸钙垢的主要成分是CaCO3，所以主要被Ca(HCO3)2分解。有两种晶型:磁化水加热时，析出的CaCO3晶体以针状文石晶体为主，结构疏松，抗拉抗压能力差，粘结性弱，不易形成硬垢。相反，它在水中形成任意的核晶体，作为污泥沉积，并随污染排放。磁化水加热时，析出的CaCO3晶体主要是致密的菱形方解石晶体，在加热的金属表面形成形核晶体，成为硬垢。通过多次实验室实验，在优化的参数条件下，我们得到了水垢在水中的结晶形态(磁化和未磁化的显微照片)。

从这些显微照片中可以看出，加热时不磁化的水中钙镁离子浓度发生变化时，得到的晶体颗粒为立方，粒径约为0.02mm而磁化水加热时钙镁离子浓度变化，晶体结构呈针状，粒径明显增大，粒径在0.040mm以上

磁化改变了钙盐在水中的晶型。这个观点被形象地解释为:当具有一定导电性的水或溶液以一定的速度通过磁场时，可以引起电子激发，从而会影响沉淀的沉淀物的离子键。生成的沉淀物强度较低，不再是像冰块一样坚硬的晶体，而是像雪花一样疏松的堆积。由于其与墙体的结合力较弱，可以随水流冲走而不附着在墙体上。这也解释了老鳞片脱落的机理。

四。CRIMM磁化除垢防垢装置的特点

磁化防垢除垢物理技术的有效实施，在于磁化装置磁路设计的科学合理。目前国内外开发磁化防垢除垢装置的厂家很多，根据磁场来源和制造结构的不同，可分为永磁磁化器和电磁磁化器两大类。然而，随着对磁化防垢除垢机理的研究越来越深入和清晰，永磁型防垢除垢装置的种类远远大于电磁式防垢除垢装置。无论从节能的角度，还是从结构和简单使用的角度，永磁防垢除垢装置都有其独特的优势。因此，这种磁化装置目前在世界上拥有大量的消费者。随着耐高温稀土永磁材料的问世，新型强磁热水器不再局限于常温(≥80℃)热水锅炉，甚至可以扩展到蒸汽锅炉(≥180℃)的防垢系统。现已推广到许多大型工业锅炉设备和冷热交换系统。长沙矿冶研究院拥有50多年的研究经验，拥有自己的磁选技术和设备。为了满足水处理防垢除垢技术和环境保护的需要，利用我们独特的磁技术优势，研发并推出了CRIMM稀土永磁强磁场防垢除垢技术和设备(图1和图2)。

多年的研究和反复试验表明，针对不同的水源，选择防垢除垢的技术参数至关重要。也就是说，非磁性特征的产品可以适用于不同地方的各种水源的防垢除垢。这也是我们经常发现的问题，在目前的市场上，各种品牌的磁防垢除垢装置效果不一。一个有效的防垢除垢装置不是几个永磁体的简单组合，而是要建立在实验室进行的各种技术参数试验的基础上。我院提供的CRIMM稀土永磁强磁场防垢除垢装置，就是选择最佳的流量、工作磁场、循环间隙等。根据用户提供的水质的实验室测试。对于磁性杂质含量较高的给水，可根据实际情况配备磁性杂质过滤器，以防止配备的强磁防垢除垢装置因磁短路而影响效率；对于高温热力设备的防垢除垢，可在80-200℃的环境温度下提供有效的防垢除垢装置；由于该专利防垢除垢装置的磁系检测极其方便，安装使用无方向性，因此也深受用户欢迎。

动词 （verb的缩写）经验和例子

目前，我们研制的CRIMM稀土永磁强磁场防垢除垢装置已广泛应用于湖南安化竹制品、岳阳石化、郴州民爆、广州石化、甘肃兰州民爆等地。

安化钒厂是我们最早的试点工厂之一，水系是地表河水。2000年以前，工厂的生产热水锅炉一直使用河水。因为结垢严重(4mm厚)，每年都要用酸洗，不仅费时费钱，还让生产锅炉的壁炉逐年变薄。自2000年初安装CRIMM稀土永磁强磁场防垢除垢装置以来，当地技术监督部门连续四年定期检测，未发现结垢现象。此外，2002年3月初，中国石化广州分公司聚丙烯车间换热冷却系统在E201换热器入口处安装了大型CRIMM稀土永磁强磁场防垢除垢装置(见图3)。

图3。中国石化广州分公司聚丙烯车间安装有CRIMM防垢除垢装置。

在使用后的第三年(2005年)，E201热交换器进行了一次测试。虽然这三年装置的生产负荷超过设计能力35%,但E201换热器运行良好。而且冷却循环水阀的开度明显低于安装磁防垢除垢装置前的开度。经检修发现，CRIMM稀土永磁强磁场防垢除垢装置安装前后管道变化有明显差异:进口端管壁呈铁红色，腐蚀斑严重；然而，出口端的管壁呈瓦灰色，没有新的斑点和钙化(见图2和图3)。

2.磁化水装置进水管(循环水磁化前)

图3。磁化水装置出水管(循环水磁化后)

不及物动词结论。

(1)磁化防垢除垢技术是一种物理防垢除垢技术。它与化学(离子交换法)防垢除垢技术最大的区别是磁力改变了结垢离子(Ca2++，Mg2++)的晶型，将原来坚硬的(方解石)晶型变成了泥质(文石晶型)；离子交换法取代并消除了这些结垢离子。理论上不会有缩放问题。

(2)磁化防垢除垢装置的设计开发与磁路的设计、永磁材料的选择、管道流体的参数和使用环境密切相关。

(3)不同水体系中主要成垢离子(Ca2++、Mg2++)的含量不同。为了获得理想的磁化防垢除垢效果，首先要进行实验室试验，选择和确定合理的磁化场强、磁路有效距离、最佳水流量、环境温度等技术参数。

(4)使用磁化防垢除垢装置时，应注意定期排污，保证其充分磁化效果。