化水基础知识终

第一章绪论第一节水在热力发电厂中的作用热力发电就是利用热能转变为机械能进行发电现在我国用得比较普遍的热能来自各种燃料的化学能，此种发电称为火力发电。在火力发电厂中水进入锅炉后吸收燃料燃烧放出的热能转变成蒸汽导入汽轮机，在汽轮机中蒸汽的热能转变为机械能汽轮机带动发电机将机械能转变成电能所以锅炉汽轮机发电机为火力发电的主要设备为了保证他们正常运行对锅炉用水的质量有很严的要求，而且机组中蒸汽的参数愈高，对其要求也愈严。在凝汽式发电厂中水汽呈循环状运行锅炉产生的蒸汽经汽轮机后进入凝汽器在这里它被冷却成凝结水此凝结水经泵送到低压加热器加热后送入除氧器再由给水泵将已除氧的水送到高压加热器后进入锅炉。汽水的流动虽呈循环状但这是主流并非全部在实际运行中总不免有些损失造成汽水损失的主要原因有如下几方面：（1）锅炉分。锅炉的排污放水，锅炉安全门和过热器放汽门的向外排气，用蒸汽推动附属机械，蒸汽吹灰和燃烧液体时采用蒸汽雾化法等，都要造成汽水损失。（2）汽轮机组。中、低压蒸汽外供，汽轮机的轴封处要连续向外排汽，在抽气器和除氧器排气口处会随空气排出一些蒸汽，造成损失。（3）各种箱。各种水箱有溢流和热水的蒸发等损失。（4）管道统。各管道系统法兰盘连接处不严密和阀门泄漏等原因，也会造成汽水损失。为了维持发电厂热力系统的水汽循环运行正常，就要用水补充这些损失，这部分水称为补给水由于水在热力发电厂水汽循环系统中所经历的过程不同水质有较大的差别根据实际的需要，我们常给予这些水以不同的名称，简述如下：⑴原水。原水是指未经任何处理的天然水，它是热力发电厂中各种用水的来源。⑵锅炉补给水。原水经过各种方法净化处理后，用来补充热力发电厂汽水损失的水，称为锅炉补给水锅炉补给水按其净化处理方法的不同又可分为软化水蒸馏水和除盐水等。⑶凝结水。在汽轮机中做功后的蒸汽经冷凝成的水，称为凝结水。⑷疏水。各种蒸汽管道和用汽设备中的蒸汽冷凝水，称为疏水。它经疏水器汇集到疏水箱或并入凝结水系统中。热力发电厂中疏水系统往往比较复杂。⑸返回水。热电厂向热用户供热后，回收的蒸汽冷凝水，称为返回水。返回水又有热网加热器冷凝水和生产返回冷凝水之分。⑹给水。送进锅炉的水称为给水。凝汽式发电厂的给水，主要由凝结水、补给水和各种疏水组成。热电厂的给水组成中，还包括返回水。⑺锅炉水。在锅炉本体的蒸发系统中流动着的水，称为锅炉水。⑻冷却水。用作冷却介质的水称为冷却水。在电厂中，它主要是指通过凝汽器用以冷却汽轮机排汽的水。第二节热力发电厂中水处理的重要性热力系统中水的品质，是影响发电厂热力设备安全、经济运行的主要因素之一。没有经过净化处理的天然水含有许多杂质这种水如进入水汽循环系统将会造成各种危害为了保证热力系统中有良好的水质，必须对水进行适当的净化处理和严格地监督汽水质量。现将热力发电厂中，由于汽水品质不良而引起的危害，简述如下：（1）热力备的结垢。如果进入锅炉或其他热交换器的水质不良，则经过一段时间运行后在和水接触的受热面上会生成一些固体附着物这种现象称为结垢这些固体附着物称为水垢因为金属的导热性比水垢的高几百倍而这些水垢又极易在热负荷很高的锅炉炉管中生成所以结垢对锅炉的危害性很大它可使结垢部位的金属管壁温度过高引起金属强度下降这样在管内压力的作用下就会发生管道局部变形产生鼓包甚至引起爆管等严重事故结垢不仅危害安全运行而且还会大大降低发电厂的经济性另外在汽轮机凝汽器内结垢会导致凝汽器真空度降低从而使汽轮机的效率和出力下降加热器的结垢会使水的加热温度达不到设计值使整个热力系统的经济性降低而且热力设备结垢以后必须及时进行清洗工作这就要停止运行减少了设备的利用小时数此外还要增加检修工作量和费用等。（2）热力设备的腐蚀。发电厂热力设备的金属经常和水接触，若水质不良，则会引起金属腐蚀热力发电厂的给水管道各种加热器锅炉省煤器水冷壁过热器和汽轮机凝汽器等都会因水质不良而腐蚀腐蚀不仅要缩短设备本身的使用期限造成经济损失而且金属腐蚀产物转入水中，使给水中杂质增多，从而加剧在高热负荷受热面上的结垢过程，结成的垢又会加速锅炉炉管腐蚀此种恶性循环又迅速导致爆管事故此外金属的腐蚀产物被蒸汽带到汽轮机中沉积下来后，也会严重地影响汽轮机的安全、经济运行。（3）过热器和汽轮机的积盐。水质不良会使锅炉不能产生高纯度的蒸汽，随蒸汽带出的杂质就会沉积在蒸汽通过的各个部位如过热器和汽轮机这种现象称为积盐过热器管内积盐会引起金属管壁过热甚至爆管汽轮机内积盐会大大降低汽轮机的出力和效率特别是高温高压大容量汽轮机它的高压部分蒸汽流通的截面积很小所以少量的积盐也会大大增加蒸汽流通的阻力使汽轮机的出力下降当汽轮机积盐严重时还会使推力轴承负荷增大，隔板弯曲，造成事故停机。热力发电厂水处理工作就是为了保证热力系统各部分有良好的水汽品质以防止热力设备的结垢积盐和腐蚀因此在热力发电厂中水处理工作对保证发电厂的安全经济运行具有十分重要的意义。热力发电厂的水处理工作者，应参与以下工作：（1）净化水，制备热力系统所需质量的补给水。它包括出去天然水中的悬浮物和胶体状态杂质的澄清过滤等处理除去水中溶解的钙镁离子的软化处理或除去水中全部溶解盐类的除盐处理。（2）对给进行除氧、加药等处理。（3）对汽锅炉进行锅炉水的加药处理和排污。（4）对直锅炉机组或某些亚临界压力、汽包锅炉机组进行凝结水的净化处理。（5）在热厂中，对生产返回水进行除油、除铁等净化处理。（6）对冷水进行防垢、防腐和防止有机物附着物等处理。（7）对热系统各部分的汽水质量进行监督。第二章热力设备及系统的化学监督热力设备及系统的化学监督有以下几种形式：1．运行监督在热力设备运行过程中，为了防止锅炉及其热力系统的结垢、腐蚀和积盐等故障，水、汽质量应达到一定的标准。因此，应对各种水和蒸汽的一些主要指标进行连续的(如采用仪表)或间断的分析监督，看其是否符合标准，以便采取措施。2．汽水系查定汽水系统查定是通过对全厂各种汽水的铜铁含量以及与铜铁有关的各项目(如pH值CO2NH3O2含量等)的全面查定试验其目的是了解汽水系统中腐蚀产物的分布情况和产生的原因以采取措施汽水系统查定一般每月一次在机组启动运行工况异常时按实际情况增加监测项目和分析次数。3．热力设及系统的检查监督在热力设备及系统检修时应检查设备内部的结垢积盐和腐蚀情况并采集必要的样品(如水垢盐类附着物腐蚀产物等)进行成分分析对前一期的水汽质量作出评价从中提出改进水处理设备和热力设备运行工况的措施同时根据热力设备的结垢积盐腐蚀等情况，提出设备清洗措施。第一节水、汽质量标准为了防止锅炉及其热力设备及系统的结垢腐蚀和积盐等故障水汽质量应达到一定的标准。现对《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(Bl214—89)作简的介绍。一、蒸汽质量标准对于自然循环、强迫循环汽包锅炉的饱和蒸汽和过热蒸汽质量应符合表2－l的定。表2－1 锅炉蒸汽量标准压力(MPa)钠（μg/g）二氧化硅（μg/g）磷酸盐处理挥发性处理3.858≤15≤205.91.3≤10≤1** 争取标为不大于5g/g。表中各个项目的意义如下：(1)含钠量因为蒸汽中的盐类主要是钠盐所以蒸汽中的含钠量可以表征蒸汽含盐量的多少，故含钠量是蒸汽品质的指标之一，应给以监督。(2)含硅蒸汽中的硅酸会沉积在汽轮机内形成难溶于水的二氧化硅附着物它对汽轮机的安全与经济运行有较大的影响因此蒸汽含硅量是蒸汽品质指标之一应给以监督。为了防止汽轮机积结金属氧化物，还应检查蒸汽中铜和铁的含量。对于锅炉压力为156~8.MPa的汽包锅炉，含铁量应不大于0μgkg含铜量应不大于5μgg(争取标准为3μ／kg)。对压力小于168Ma的炉，上述标准可作为参考。二、锅炉水水质标准汽包锅炉用磷酸盐处理，其锅炉水水质标准如表2-2所示。表2－2 锅炉水酸盐浓度标准锅炉压力（MPa）磷酸根（g/L）pH(25℃)单段蒸发分段蒸发净段盐段3.8585～5～≤7595.91.62～2～≤509～10.5127～52～82～8≤409～157～80.53——9～注：锅炉水pH低于标准时，应查明原因，采取措施。锅炉水的含盐量和二氧化硅含量的质量标准可参考表2－必要时应通过热化学试验确定。表23 锅炉含盐量和二氧化硅含量标准锅炉压力（MPa）含盐量（g/L）二氧化硅（g/L）5.91.6≤10≤2.0127～5≤50≤0.5157～8≤20≤0.5表9－2表9－3中各水质项目的意义如下：(1)磷酸锅炉水中应维持有一定量的磷酸根这主要是为了防止钙垢但锅水中磷酸根不能太少或过多。(2)pH值锅炉水的pH值不应低于，其原因是：1）pH值时，水对锅炉钢材的腐蚀增强；2)锅炉水磷酸根与钙离子的反应，只有在pH值足够高的条件下，才能生成易排除的水渣；3)为了抑制锅炉水中硅酸盐水解生成硅酸，应减少硅酸在蒸汽中的溶解携带量。但锅炉水的pH也不能太高，否则容易引起碱性腐蚀。(3)含盐量(或含钠量)和含硅量控制锅炉水中含盐量(或含钠量)和含硅量是为了保证蒸汽品质锅炉水的最大允许含盐量和含硅量不仅与锅炉参数汽包内部装置的结构有关而且还与运行工况有关，每台锅炉最好通过热化学试验来决定。三、锅炉给水质量标准锅炉给水水质应符合表－4的规定。表2－4 锅炉水水质标准锅炉压力(MPa)硬度(μol/L)溶解氧(μg/L)铁(μg/L)铜(μg/L)二氧化硅(μg/L)pH(25℃)联氨(μg/L)油(mg/L)3.8～5.8≤3.0≤15≤50≤108.5～9.2—<1.05.9～12.6≤2.0≤7≤30≤5应保证蒸汽中二氧化硅符合标准8.8～9.3或9.0～9.5(加热器为钢管)10～50或10～30(挥发性处理)<0.312.7～15.6≤2.0≤7≤20≤515.7～18.3≈0≤7≤20≤5注1．用石灰、钠离子交换水为补给水的电厂，应改为控制凝结水的pH值，最大不超过9.0。2.于液态排渣锅炉和原设计为燃油的锅炉其给水中的硬度和铜铁的含量应符合高一级锅炉的规定。3.于有凝结水处理电厂的给水硬度应为0μmol／L。表144中各水质项目的意义如下：(1)硬度。为了防止锅炉和给水系统中生成钙、镁水垢，所以应监督给水硬度。(2)溶解为了防止给水系统和锅炉省煤器等发生氧腐蚀同时为了监督除氧器的除氧效果，所以应监督给水中的溶解氧。(3)铁和铜。为了防止在锅炉炉管中产生铁垢和铜垢，必须监督给水中的铁和铜的含量。给水中铁和铜的含量，还可作为评价热力系统金属腐蚀情况的依据之一。(4)pH值为了防止锅炉给水系统的二氧化碳腐蚀，给水的pH值应制在表144规定的范围内。(5)联氨。给水中加联氨时，应监督给水中的过剩联氨，以保证完全消除热力除氧后残留的溶解氧，并消除因发生给水泵不严等异常情况时，偶然漏入给水中的氧。(6)油。给水中如果含有油，油质附着在炉管管壁上并受热分解而生成一种导热系数很小的附着物会危害炉管的安全同时会使锅炉水中生成漂浮的水渣并促进泡沫的形成容易引起蒸汽品质的劣化另外含油的小水滴被蒸汽携带到过热器中会因生成附着物而导致过热器管的过热损坏。因此，对锅炉给水中的含油量必须给以监督。四、给水的各组成部分锅炉的给水是由补给水汽轮机的凝结水疏水箱的疏水以及生产返回凝结水等几部分组成的。为了确保锅炉给水的品质，对于给水各组成部分的水质也应监督。汽轮机凝结水水质标准如表25示。表95中项水质的意义如下：(1)硬度冷却水漏入凝结水中使凝结水中含有钙镁盐类为了防止凝结水中的钙、镁盐量过大，导致给水硬度不合格，所以对凝结水的硬度应进行监督。(2)溶解氧凝结水含氧量较大时(主要是凝汽器和凝结水泵的不严处漏入空气造成的)，会引起凝结水系统的腐蚀，其腐蚀产物还会影响给水水质，所以应监督凝结水中的溶解氧。(3)导电率。为了能及时发现凝汽器的泄漏，还应监测凝结水的导电率。疏水和生产返回凝结水的水质标准以不影响给水质量为前提，其标准如表26示。表2－5 汽轮凝结水水质标准锅炉压力(MPa)硬度(μol/L)溶解氧(μg/L)电导率（氢离子交换后25℃）(μS/c)3.8～5.8≤3.0≤50—5.9～12.6≤2.0≤50—12.7～15.6≤2.0≤40≤0.315.7～18.3—≤30≤0.3表2－6 水和生产回水水质标准名称硬度(μol/L)铁(μg/L)油(mg/L)疏水≤5.0≤50—生产回水≤5.0≤100≤1（经处理后）对于疏水和生产回水在送入给水系统以前应监督其水质符合上述规定后方可送入给水系统，禁止不合格的水进入水汽系统。当锅炉检修后启动时由于锅炉水水质一般较差常使蒸汽中杂质含量较大如果使锅炉的蒸汽品质符合表141的规定准后，再向汽轮机送汽，就需要锅炉长时间排汽。这不仅使机炉长时间不能投入运行而且还会增大补给水率又会使给水水质变坏所以机组启动时的蒸汽标准可适当放宽。第二节水、汽取样的方法在水质量监督时从锅炉及其热力系统的各个部位取出能反映设备和系统中水汽质量真实情况的代表性样品是很重要的环节否则即使采用很精确的测定方法测得的数据也不能真正表达水汽品质为了取得其有代表性的水汽样品必须选择合理的取样点，正确地设计、安装和使用取样装置。一、水的取样1．锅炉水取样锅炉水样品一般是从汽包的连续排污管中取出的为了保证样品的代表性尽量靠近排污管引出汽包的出口，并尽可能装在引出汽包后的第一个阀门之前。2．凝结水取样凝结水取点一般设在疑结水泵出口端的凝结水管道上。3．疏水取样疏水一般在疏水箱中取样，取样常设在距疏水箱底20～0m处，用小管取出。4．给水取样给水取样点一般设在锅炉给水泵之后省煤器以前的高压给水管上为了监督除氧器的运行情况除氧器出口给水也应取样为了保证样品的代表性取样点应设在离出口不大于lm水流通畅处。由于锅炉及其热力系统中的水温较高这样既不便于取样也不便于测定所以应将取样点的样品引至取样冷却器(见图2－)内进行冷却，一般冷却到2530取样器的取样导管应用不锈钢管或紫铜管不能用普通钢管和黄铜管以免样品被金属腐蚀产物污染。取样管上靠近取样冷却器处装有两个阀门前面一个为截止阀后面一个通常用针形节流阀取样器在工作中前一个阀门应全开后面一个阀门用来调节样品的流量一般调至203g／h样的温度一般用改变冷却水流量的办法调整样品的流量和温度调好后就可使样品不断地流出取样时不再调动另外为了保证样品的代表性机组每次启动时必须将两个阀门全部打开冲洗取样器和冷却器冲洗后将样品的流量调至正常在机组正常运行期间，也应定期进行这样的冲洗。图9－11－样品进口管；2－样品出口管；3－冷却水进口管；4－冷却水出口管二、蒸汽的取样蒸汽取样时应将样品通过取样冷却器使其凝结成水取样器中蒸汽的流量一般为20～0kg／。对样品引出导管及冷却器的要求，与水的取样相同。为了免受取样管中附着杂质的污染，在机组启动时也应冲洗取样装置。(一)饱和蒸汽取样饱和蒸汽中常携带着少量的锅炉水水滴这些水滴在管内分布得不一定很均匀这种特点使取得代表性样品比较困难如蒸汽流速较低时一部分水滴会粘附在管壁上形成水膜，如果将一根管子插在蒸汽管道中心则样品的湿度低分析结果的含钠量(或含硅量)就较低如果将取样管连在蒸汽管壁上取得样品的湿度较大分析结果的含钠量(或含硅量)就会偏高。要取得具有代表性的饱和蒸汽样品，必须满足以下几个条件：(1)取样点应设在水分分布均匀的管道中实践证明当管内饱和蒸汽的流速加快到一定程度时，管壁上的水膜就会被汽流扯碎，此流速称为破膜速度(其大小随蒸汽压力增大而减小)当管道内饱和蒸汽流速超过破膜速度的～6倍时分就会均匀分布所以应将取样点设置在具有这样流速的管道中。(2)取样器进口的蒸汽速度应与管内的蒸汽流速相等否则饱和蒸汽在取样器附近会发生汽流转弯现象汽流中一些惯性较大的水滴将被甩出或抽入取样器从而使杂质在样品中的含量偏低或偏高。(3)取样器应装设在蒸汽流动稳定的管道内，并且应远离阀门、弯头等处。饱和蒸汽取样器有以下几种：(1)探针式取样器(如图－2所示)探针式取样器是用一根较细的不锈钢管制成这种取样器是直接装在汽包的饱和蒸汽引出管中的因为饱和蒸汽刚刚从汽包内引出它携带的水分分布均匀，所以这种取样器能取得有代表性的样品。(2)乳头式取样器(如图—3所示)乳头式取样器的结构是本体是一根不锈钢管管上开有几个小孔每个小孔上焊着不锈钢制成的乳头这种取样器应装在饱和蒸汽流速超过破膜速度56倍的管内。此外，还有带混合器的单乳头取样器和缝隙式取样器等，这里不作介绍。(二)过热蒸汽的取样在过热蒸汽中没有水分它是单相介质与饱和蒸汽比较容易取得代表性的样品它的取样点一般设在过热蒸汽母管上一般采用乳头式或缝隙式取样器只要保证取样孔中的蒸汽流速与蒸汽管道中的蒸汽速度相等即可。图2－3乳头式取器图22探式饱和蒸汽冷却器第三节水、汽质量劣化的原因及处理当锅炉及其热力系统中某种水汽样品的测试结果显示不良时首先应检查其取样和测定操作是否正确必要时应再次取样测定进行核对当确证水汽质量不合格时应分析其原因并采取措施使其恢复正常由于水汽质量与锅炉及其热力系统的设备结构和运行工况等有关所以各种情况下造成劣化的原因不一下面我们将其常见的原因及处理方法介绍如下，以供参考。一、汽轮机凝结水水质劣化的原因及处理(1)造成结水硬度或电导率不合格的主要原因是凝汽器铜管的漏泄其处理方法是及时查漏和堵漏。(2)造成凝结水溶解氧不合格的原因一般有以下两点①凝汽器真空部分漏气或凝汽器的冷却度太大②凝结水泵在运行中不严密有空气漏入如盘根漏气其处理方法是①检查凝汽器漏气部位并堵漏或调节凝汽器的冷却度②启动备用水泵并及时检修有故障的凝结水泵。二、给水水质劣化的原因及处理(1)造成给水硬度、含钠量(或电导率)、含硅量不合格的原因有以下两点：①组成给水的凝结水补给水疏水或生产返回水的硬度含钠量(或电导率)含硅量不合格例凝汽器铜管漏泄水质较差的水漏入疏水系统热用户有不合格的水漏入蒸汽或凝结水系统中。②生水渗入给水系统中处理方法有①查明不合格的水源并采取措施使此水源水质合格或减少其使用量例凝汽器铜管的查漏和堵漏查明疏水系统渗漏地点进行堵漏要求热用户查漏和堵漏等。②消除生水渗入给水系统的可能性。(2)造成给水溶解氧不合格的原因有以下两点①除氧器运行不正常例如解吸出来的气体不易排出等②除氧器内部装置有故障其处理方法是①调节除氧器的运行工况例如通过调整实验来确定排汽阀的开度使解吸出来的气体能通畅地排走②检修除氧器的内部装置。(3)给水含铁量或含铜量不合格的原因是组成给水的凝结水疏水或生产返回水的含铁量不合格造成的例凝汽器铜管疏水箱热用户的有关管道生产返回水水箱腐蚀严重，含铁或含铜量大的疏水进入疏水箱等都会造成各水源的含铁或含铜量不合格等其处理方法是查明含铁或含铜量大的水源并采取措施例对疏水箱返回水水箱涂防腐漆并进行定期排污和清洗或对返回水进行除铁处理另外对疏水箱返回水箱内不合格的水应暂时排掉。除上述原因外，当锅炉连续排污扩容器送出的蒸汽通向除氧器时，如果蒸汽严重带水，也会增加给水的含钠量(或电导率)、含硅量。此时应调整扩容器的运行。三、锅炉水水质劣化的原因及其处理(1)造成锅炉水含钠量(或电导率)、含硅量、碱度不合格的原因一般有以下两点：①给水水质不良②锅炉排污量不够或排污装置有故障其处理方法是①参“给水水质劣化的原因及处理(1)。②增加锅炉的排污量或消除排污装置的故障。(2)造成锅炉水磷酸根不合格的原因有以下两点①磷酸盐的加药量过多或不足②加药设备存在缺陷或管道被堵塞其处理方法是①调节磷酸盐的加药量同时应注意如果磷酸盐浓度过高时应增加锅炉的排污量直至锅炉水磷酸根合格为止如果磷酸根不足是由于给水硬度过高造成的，应首先降低给水硬度。②检修加药设备或疏通堵塞的管道。四、汽品质劣化的原因及处理造成蒸汽品质劣化的原因一般有以下几种①锅炉给水品质不良或锅炉排污不正常使锅炉水的含钠量或含硅量超过标准②锅炉的热负荷太大水位太高蒸汽压力和水位变化过快，造成蒸汽大量带水。③喷水式蒸汽减温器的减温水水质不良(例：凝汽器铜管漏泄使减温用的凝结水水质不良、软化水或生水漏入减温系统)或表面式减温器漏泄。④汽包内部的汽水分离器或蒸汽清洗装置有故障例如各分离元件的结合处不严密元件脱落或洗汽装置不水平及有短路现象其处理方法是①查明不合格的水源并采取措施使此水源水质合格或增加锅炉的排污量以及消除排污装置存在的缺陷②根据热化学试验的结果严格控制锅炉的运行方式⑧查明造成喷水式蒸汽减温器的减温水水质不合格的原因并采取相应的措施。例：凝汽器铜管的查漏和堵漏。当表面式减温器漏泄时，应停用减温器或停炉检修。④检修汽水分离器或蒸汽清洗装置，消除其存在的缺陷。另外，锅炉加药浓度过大或加药速度太快也会造成蒸汽品质劣化。第四节热力设备腐蚀、结垢和积盐的检查监督在热力设备检修前化学人员应提出与水汽质量有关的项目要求和计划并会同有关人员在设备解体后对内部进行详细检查记录采样和分析做出综合判断在化学人员检查前，不能消除设备内部沉积物，也不能在这些部位进行检修工作。一、热力设备检查的部位和内容(一)对水冷壁的检查锅炉大修时，为了掌握锅炉炉管内结垢和腐蚀的情况，有时应对水冷壁进行割管检查。1．割管的位割管部位应按下列顺序进行选择：(1)若有发生爆管的，则在爆破口附近(包括爆破口)割取；(2)经外观检查，在有变色、胀粗、鼓包处割取；(3)如无上述情况，应选择热负荷较大处和易发生结垢、腐蚀的地方(如焊口处)割取。一般割管的根数不得少于两根(其中一根为监视管)若为分段蒸发的锅炉则割取的管段应包括盐段和净段炉管。2．割取管的方法在每个选定的部位割取时割取管样的长度不宜过短一般应不少于5以避免在割管时产生的铁渣沾染管样中用以分析检查的中间部位。割下的管子应立刻在外壁上刻记该管样的部位(如喷燃器区域等)管子在锅炉中空间位置(如水汽的流向背火侧与向火侧等)管样送至试验室后再用锯在管中间截取一段长为5~50m的管样。注意不能用砂轮进行截取，以避免飞溅熔融的铁屑粘附在管子内表面将截下的管样沿管轴方向对半剖开分成向火侧与背火侧两半除去截口的毛刺然后对这两半管子分别进行检查。3.垢量的定炉管上垢量(包括腐蚀产物)的测定通常有以下两种方法：(1)测定垢的厚度用测微器千分尺或显微镜测量管样上附着物的厚度注意因炉管的向火侧与背火侧垢量不同，应分别测定。(2)求出单位面积炉管上垢的重量。其具体方法如下：1)将管样表涂覆环氧树脂，然后准确称重，记下管样的重量(W1)和内表面积（F。2)将管样放入事先准备好的烧杯中，烧杯内盛有浓度为5％的盐酸溶液，此盐酸溶液内含浓度为0.2％的若丁或03％乌托平)缓蚀剂将此烧杯在恒温水浴内加热维持温度为50℃左，浸泡至垢完全溶解或脱落。3)将管样从烧杯中取出，然后用除盐水冲洗干净，最后在无水乙醇中浸一下，依靠乙醇挥发使之干燥，然后立即称重(W2)。若沉积物中有铜，溶液中的铜可能镀在管样表面。发生这种现象时，先将管样从酸液中取出，冲洗干净后，再用浓度为0.5％的过硫铵溶液浸泡，使铜溶解后，再用除盐水冲洗干净后称重。4)垢量的算。按下式可计算出炉管单位面积上沉积物的量W =1−W2(g/m2)D F式中 WD——炉管单位表面积上的垢量，g/2W1—酸浸泡前的管样重量，g；W2—酸漫泡后的管样重量，g；F—管样的内表面积，2。待酸洗法测定垢量后要检查管样的腐蚀状况记录腐蚀坑的形状测量其面积和深度，并由监视管计算出腐蚀速度(／a)。4．监视管的制作取与运行设备规格、型号完全相同的一段新管，长约1.5m以上作监视管。监视管应选择其内表面基本无腐蚀，纹痕，溃疡点最少的。用作监视管的内表面如果较清洁只有一层很薄的氧化膜没有明显的铁锈层可直接使用如果有铁锈层则可在有缓蚀剂的浓度为5％的盐中清洗然后用水冲洗净并干燥备用。(二)汽包的检查(1)汽包内检查部位与要求见表2－。表2－7 包内部检查部位与要求检查部位测量与记录内容汽包内壁水汽侧颜色、有无黄点、水渣分布下降管水渣集结程度、厚度、颜色及分布给水槽内外表面水渣、结垢和腐蚀速度百叶窗铁锈厚度、颜色、有无黄点、有无盐类附着物旋风子内外表面水渣、结垢和腐蚀速度，有无脱落及其它缺陷蒸汽孔板铁锈厚度、颜色、有无黄点、有无盐类附着物排污加药管孔堵塞与否及外表腐蚀情况上升管有无集渣、腐蚀坑陷导汽管颜色、有无黄点、有无盐类附着物（2）汽包采样部位与要求见表28。表2－8 汽包样部位与要求部位点方法与要求下降管2选择水渣最厚与最薄的管内壁采取水渣面积为20m×20m每个采样点不少于4g，试样应有代表性。给水槽1冲洗护板2汽包壁1注将采集的样品一部分用于化学分析一部分装入试样瓶封盖保存试样瓶应贴上标签并注明炉号、采样位置与日期。(三)对水冷壁下联箱的检查检查联箱内及管口处的颜色结垢与结渣厚度以及堆积水渣的数量必要时还要割联箱堵头检查同时刮取堵头上的水渣烘干称重(以g/2计算水渣量)并对其进行化学分析，以了解该运行周期排污及加药等运行中存在的问题。(四)过热器、再热器的检查大修时应过热器、再热器的下弯头进行割管检查。其检查内容如下：(1)过热器及再热器管内的颜色、有无腐蚀点及腐蚀点的分布位置。(2)有无盐类附着物以及集结的程度、位置。除上述内容外还应对过热器联箱(中间联箱过热器出口联箱)和减温器内积盐情况进行检查，以鉴定该周期蒸汽品质监督情况，汽水共腾或减温器水质不良所造成的问题。(五)省煤器的检查首先应对低温省煤器入口管做割管检查(其中一根为监视管)，并检测其腐蚀情况和垢量，由监视管计算出腐蚀速度。如果低温省煤器腐蚀严重，还应对高温省煤器做割管检查。除上述内容外还应对省煤器联箱的腐蚀情况进行检查如联箱内的颜色有无腐蚀点及分布情况，并清理联箱内堆积的铁渣。(六)对除氧器的检查对除氧器内部装置的腐蚀情况进行检查如果除氧器内部腐蚀严重确认不足以使用一个大修周期时，应更换。如果内部装置发生脱落、倾斜等故障，应予以修复。(七)对汽轮机本体的检查对汽轮机本体检查的内容包括对主汽门调速汽门高中压转子及各级隔板壁的积盐和腐蚀情况进行检查并取样化验各主要部位积盐成分对积盐严重的部位刮取垢样计算积盐量。对低压缸的腐蚀情况应仔细检查如发现有损坏应详细描述其具体部位腐蚀特征及状况。(八)对凝汽器检查对凝汽器检查的内容包括：(1)检查铜管汽侧有无冲刷现象铜管与隔板处有无附着物抽管检查空气冷却区有无氨蚀现象。(2)检查铜管水侧入口端有无冲蚀现象，铜管有无结垢，并测定垢的厚度及成分。(3)抽查铜管水侧整个管段，有无异物堵塞及冲击腐蚀和其它类型的腐蚀。(4)大修期间酌情对铜管进行涡流探伤若需更换铜管时应选用保证质量合格的产品，并抽样进行涡流探伤、氨熏试验。(九)其它部位的检修工作热力设备大修时还应对蒸发器加热器取样器水箱进行必要的检查发现问题要采取相应的措施，加以解决。二、垢样的采集及鉴定为了全面了解热力设备腐蚀结垢和积盐产物的成分和形成的原因必须对它们进行分析提供可靠的数据以便正确地采取防垢和防腐措施同时它也是制定锅炉化学清洗方案不可缺少的环节。(一)垢样的采取1.垢样采的部位原则上讲在热力设备中凡是结垢的地方就属于取样的部位例如汽包内壁水冷壁管省煤器进口联箱过热器等处但是由于热力设备种类繁多热力系统内的结垢或腐蚀可能在多处发生所以为了采集有代表性的试样采样部位应由化学人员根据结垢腐蚀和热力设备的运行工况等实际情况来确定。2．垢样的集方法垢样是在锅炉检修时以人工刮取或割管后刮取的方法获得的为了取得有代表性的垢样，应遵守如下规定：(1)在取样部位确定的基础上如热负荷相同或者对称部位可多点采集等量的单个试样混合成平均样但对同一部位如果垢的颜色坚硬程度有明显不同时则应分别采取单个试样。(2)采集样品的重量应不少于4g，片状或块状的不均匀垢样，一般不应少于lg。(3)采样用的刮取工具不应过分的锐利和坚硬以防止刮样时损坏金属管壁带入金属屑。可用普通碳钢或不锈钢制成的小铲状的工具。(4)割管采样时若垢样不易刮取可用车床将炉管外壁车薄然后再放在台钳上挤压变形，使附着在管壁的垢样脱落。(5)刮取的垢样随后即应装入专用的广口瓶中存放贴上标签注明日期取样部位锅炉的编号、取样人姓名等。(二)分析试样的制备采集到的试样，经过破碎、缩分、研磨后，才能制成供分析用的分析试样。首先将采集到的试样破碎成1m左右，用四分法将试样缩分(若试样数量少于8g可不缩分)。取出一部分缩分后的试样(一般不少于2g)，放在玛瑙研钵中磨细。氧化铁垢、硅酸盐垢等难溶垢样应磨细到012(120目)左右，碳酸盐垢、磷酸盐垢等易溶的试样，磨到0.49(100目)左右即可。制备好的试样，应装入贴有标签的称量瓶中备用，没有研磨的试样，应妥善保存，作为复核校对用。(三)垢样的分解垢样分解的目的是将固体试样制成便于分析的溶液分解方法通常有酸溶法和熔融法两种(详见《火力发电厂垢和腐蚀产物分析方法》)。(四)预备试验预备试验是在试样测定之前进行的准备试验包括主要成分的鉴定和对人工合成试样的测定(从略)。通过预备试验，可初步确定垢的主要成分，熟练分析操作。垢的主要分可通过一些简易操作方法根据特征反应进行定性的鉴别其方法如下：称取0.5g样，置于10L烧杯中，加50L蒸馏水，配制成悬浊液。然后进行如下试验。1．水溶液验(1)测定水溶液的pH值取澄清液230L用pH计测定水溶液的pH若pH值大于9，说明有氢氧化钠、磷酸三钠等强碱性盐类存在，若pH值小于9，说明试样中无强碱性水解盐类存在。(2)硝酸银试验。取数滴澄清液，置于黑色滴板上，加23滴酸性酸银，若有白色沉淀物生成，说明有水溶性氯化物存在。(3)氯化钡试验取数滴澄清液加2～3滴氯化溶液(10％)加两滴盐酸溶液(1+1)。若有白色沉淀物生成，而且加酸不溶解，说明有水溶性硫酸盐存在。2．加酸试验取少量带悬浊物的试液注入试管中，加入l~2L浓盐酸或浓硝酸，然后，分别加入其他试剂，根据发生的化学反应现象，可粗略地判断垢和腐蚀产物有哪些成分，见表2－9。三、热力设备大修化学检查后的总结热力设备大修检查后应对前一期的水汽质量作出评价从中提出改进水处理(锅内、锅外)和热力设备运行工况的措施。由于目前的检查方法和手段不十分完备因此评价只能是相对的评价的标准也是大家共同遵循的相对标准。目前评价一般可按表210所列的准进行。表2－9 垢和腐蚀物的定性鉴别方法加入试剂现 象可能存在的成分盐酸产生气泡。碳酸盐含量越高，泡沫越多碳酸盐盐酸和硝酸溶解缓慢，可看到魄不溶物硅酸盐冷盐酸（难溶）加硝（加热后溶解）溶解后溶液呈淡黄色加5%硫氰酸铵溶液溶液变红色或者加入5%亚铁氰化钾[K4Fe(CN)4]溶液数滴，溶液变蓝色氧化铁冷盐酸（难溶）加硝（加热后溶解）溶解后溶液呈淡黄绿色或淡蓝色。取一部分溶液注入另一试管，加浓氨水，生成氢氧化铁和氢氧化铜沉淀物。继续加氨水，氢氧化铜溶解生成铜氨络离子蓝色加深另取数滴溶液加数滴5%亚铁氰化钾溶液，生成红棕色沉淀物氧化铜盐酸取一部分酸性溶液，加入1%钼酸铵溶液，生成黄色的磷钼黄沉淀物，加浓氨水至溶液呈碱性，黄色沉淀物溶解磷酸盐盐酸和硝酸取一部分酸溶液，加入10%氯化钡溶液数滴，溶液混浊，有白色沉淀物生成硫酸盐表2－0 热力设备大修化学检查评价标准类别设备一类二类三类汽包锅炉装置完好。无腐蚀，沉积物量小于15g/2②锅炉装置尚完好。无腐蚀，沉积物量小于45g/2锅炉装置有缺陷（有倾斜、脱落，有腐蚀痕迹。沉积物量大于45g/m2水冷壁无腐蚀坑点。沉积率小于60g/(m2·a)③基本无腐蚀坑点。沉积率60～100g/(m2·a)有腐蚀坑点。沉积率大于100g/(m2·a)过热器无积盐，下弯头无腐蚀积盐厚度小于0.1m腐蚀坑深小于0.2mm积盐厚度大于0.1m腐蚀坑深大于0.2mm汽轮机无盐类附着物有很（白霜一层附着物，腐蚀不明显盐类附着物厚大于0.3m，有明显腐蚀凝汽器汽侧无氨蚀，水侧无泥垢，无腐蚀，无泄漏汽侧有氨蚀迹象水侧有薄层软垢有轻微腐蚀有微漏汽水侧有明显腐蚀水侧附着物大于0.3m有泄漏或因结垢而进行酸洗的省煤器无（或不明显）腐蚀坑点略有明显腐蚀坑点最深的小于0.2mm有明显腐蚀坑点或坑点连片或坑点深度大于0.3mm①指监视管段在一个大修间隔内的情况，安装监视管时，应进行化学清洗。②采用刮垢法。③指监视管向火侧垢量，除以两大修之间的时间（a。第三章离子交换树脂及离子交换基本原理离子交换水处理是通过离子交换剂除去水中呈离子态杂质的水处理方法普遍应用于水处理的离子交换剂的物质是离子交换树脂它直接影响着离子交换水处理的水质水平和经济性。为此，需要讨论离子交换树脂及其在水处理中的基本原理。第一节离子交换树脂及其性能一、离子交换树脂概述(一)离子交换树脂的组成离子交换树脂主要由以下三个部分组成：（1）单体它是能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是离子交换树脂的主要成分，所以也称为母体。（2）交联剂它是能在线性结构分子缩聚时起架桥作用，而使其分子中的基团相互键合成不溶的网状体结构的物质。常用离子交换树脂的交联剂是二乙烯苯。交联剂在离子交换树脂内的百分含量，称为交联度。即：交度=

树脂内联剂含量g)树脂的g)

×10%锅炉水处理中应用的离子交换树脂的交联度，一般在7％2％范围内。（3交换基团它是接在单体上的具有活性离子(可交换离子)的基团它可以由有离解能力的低分子[如硫酸H2SO4、有机胺N(CH3)3等]通过学反应引接到树脂内；也可由带有离解基团的单体(如甲基丙烯酸)直接聚合。(二)离子交换树脂的结构离子交换树脂的内部结构可以分为三部分：(1)高分子骨架由交的高分子聚合物组成，如交联的聚苯乙烯、聚丙烯酸等；(2)离子交换基团它在高分子骨架上带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团[如―SO3Na―COOH―N(C3)3C1等]或带极性的非离子型官能团[如―N(C3)2N(C3)H等](3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。离子交换树脂的内部结构如图31所示。离子交换基团的结构则如图—2所示。由图32中可以看出，在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团这些交换基团也是由两部分组成固定部分和活动部分交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上不能自由移动所以称为固定离子交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子称为反离子或可交换离子反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。图3-1 子交换树脂的内部结构为了书写上的方便，除了离子交换树脂中交换基团以外的部分，都用符号R表示。R是英文树脂”(Resin)的第一个字母。例如磺酸型聚苯乙烯树脂通常用RSO3H来表示。(三)离子交换树脂的分类1．按交换团的性质分类根据交换基团的性质不同离子交换树脂可分为两大类凡与溶液中阳离子进行交换反应的树脂称为阳离子交换树脂阳离子交换树脂可电离的反离子是氢离子及金属离子凡与溶液中的阴离子进行交换反应的树脂称为阴离子交换树脂阴离子交换树脂可电离的反离子是氢氧根离子和酸根离子。离子交换树脂同低分子酸碱一样根据它们的电离度不同又可将阳离子交换树脂分为强酸性树脂和弱酸性树脂；可将阴离子交换树脂分为强碱性树脂和弱碱性树脂。表3—1中归纳了离子交换树脂的类别。此外，还可以根据交换基团中反离子的不同，将离子交换树脂冠以相应的名称，例如，氢型树脂―SO3H钠型树脂―SO3Na钙型树脂―(S3)2Ca氧型树脂氯型树脂离子交换树脂由钠型变成氢型或者由氯型变成氢氧型称为树脂转型。2．按离子换树脂的孔型分类由于制造工艺的不同离子交换树脂内部形成不同的孔型结构常见的产品有凝胶型树表3-1 离交换树脂的类别脂和大孔型树脂两种。图3-2 离子换基团的结构(1)凝胶型树脂这种树脂是均相高分子凝胶结构，所以统称凝胶型离子交换树脂。在它所形成的球体内部由单体聚合成的链状大分子在交联剂的连接下组成了空间结构这种结构像排布错乱的蜂巢，存在着纵横交错的“巷道。离子交换基团就分布在巷道的各个部位由巷道所构成的空隙并非我们想像的毛细孔而是化学结构中的空隙所以称为化学孔或凝胶孔。其孔径的大小与树脂的交联度和膨胀程度有关。交联度愈大，孔径就愈小。当树脂处于水合状态时，大分子链舒伸，链间距离增大，凝胶孔就扩大；树脂干燥失水时，凝胶孔就缩小。反离子的性质、溶液的浓度及H值的变化都会引起凝胶孔径的改变。凝胶孔的特点是孔径极小，一般在30Å以下它只能通过直径很小的离子，直径较大的分子通过时，则容易堵塞孔道而影响树脂的交换能力。(2)大孔型树脂这种树脂在制造过程中，由于加入了致孔剂，因而形成大量的毛细孔道所以称为大孔树脂在大孔树脂的球体中高分子的凝胶骨架被毛细孔道分割成非均相凝胶结构它同时存在着凝胶孔和毛细孔其中毛细孔的体积一般为05L孔)／g个(树脂)左右孔径从几十到上万人比表面积从几到几百2／g由于这样的结构大孔型树脂可以使直径较大的分子通行无阻，所以用它去除水中高分子有机物具有良好的效果。大孔型树脂由于孔隙占据一定的空间骨架的实体部分就相对减少离子交换基团含量也相应减少所以交换能力比凝胶型树脂低大孔型树脂的吸附能力强与交换的离子结合较牢固，不容易充分恢复其交换能力。(四)离子交换树脂产品的型号离子交换树脂产品的型号是根据国家标准GB1317《子交换树脂产品分类命名及型号》而制定的。表3-2分类代号表3-3骨架代号图3-3凝胶型离子交换树脂的型号图3-4 大孔离子交换树脂的型号表3-2分类代号表3-3骨架代号离子交换树脂产品的型号主要由三位阿拉伯数字组成(见图3—3)第一位数字代表产品交换基团的性质称为分类代号(表3—2)第位数字代表骨架的组成称为骨架代号(表3—3)第三数字为顺序号用以区别交换基团或交联剂等的差异凝胶型树脂的交联度是在型号后用“X”号连接的阿拉伯数字表示；大孔树脂在型号前标以符号“D”加以区别，它不需标明交联度(见图3―4)。例如00×7即为凝胶型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂交联度为7D1即大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。目前应用于工业锅炉水处理的离子交换树脂绝大多数是苯乙烯与二乙烯苯的共聚体，或丙烯酸与二乙烯苯的共聚体。为贮存和运输安全生产厂家都把强型树脂转变成盐型例如把强酸性阳树脂转变成Na型；强碱性阴树脂转变成C1型对弱型树脂则大多保持H型或OH型。二、离子交换树脂的性能这里仅介绍与离子交换水处理相关的树脂的基本性能。(一)离子交换树脂的物理性能1．外观(1)颜色离子交换树脂依其组成不同，呈现的颜色也各不相同：苯乙烯系均呈黄色，其他有赤褐色黑色等一般交联剂多的原料中杂质多的其制出的树脂颜色就深些凝胶型树脂呈透明或半透明状态；大孔型树脂由于毛细孔道对光的折射，则呈不透明状态。(2)形状离子交换树脂均制成球形，且要求树脂的圆球率(球状颗粒数占总颗粒数的百分率)应达到90％以上对离子交换水处理而言树脂的圆球率愈高愈好这样的树脂通水性好，即水流阻力小，且球形树脂在一定容积内装载量最大。2．粒度树脂粒度，可以用有效粒径和均一系数表示。其测定方法参见国家标准B558—86。树脂粒度的大小对离子交换水处理有较大影响粒度大交换速度慢粒度小树脂的交换能力大但水通过树脂层的压力损失就大另外树脂粒度相差很大将使小颗粒树脂堵塞大颗粒树脂间的空隙造成水流不匀和水流阻力增大这种情况还会影响反洗流速流速过大会冲走小颗粒树脂；流速过小，不能松动大颗粒树脂。一般树脂的粒径在0.～1.2m范围。3．密度单位体积树脂的质量称为离子交换树脂的密度离子交换树脂的密度可分为干态密度和湿态密度两种水处理中树脂都是在湿态下使用的故采用湿态密度具有实际意义的密度是湿真密度和湿视密度。(1)湿真密度指单位真体积(不包括树脂颗粒间空隙的体积)内湿态离子交换树脂的质量，单位是／L或k／L。湿真密度=

湿态树脂质量湿态树脂的真体积

3-）湿态离子交换树脂是指吸收了平衡水分并经离心法除去了外部水分的树脂离子交换树脂的反洗强度、分层特性与湿真密度有关。一般湿真密度在1.0413g／L(或kg/L)之间且阳树脂的湿真密度大于阴树脂的湿真密度湿真密度是影响树脂实际应用性能的一个指标。其测定方法见国家标准(《离子交换树脂湿真密度测定方法》B83087)。(2)湿视密度指单位视体积内紧密无规律排列的湿态离子交换树脂的质量，单位是g／L或k／L。

湿密度=

湿树质量湿树脂的视积

（3-2）湿树脂的视体积是指离子交换树脂以紧密的无规律排列方式在量器中占有的体积包括树脂颗粒的固有体积及颗粒间的空隙体积。湿视密度是用来计算离子交换器中装载树脂时所需湿树脂量的主要数据。此值一般在0.~5gL(或kg/L)之间其测定方法见国家标准《离子交换树脂湿视密度测定方法》B8318)。4．含水率树脂的含水率是指在水中充分膨胀的湿树脂中所含水分的百分数。水率=树脂质量−干树脂质量×10%湿树脂质量

3-3）含水率和树脂的类别结构酸碱性交联度交换容量离子型态等有关它可以反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率树脂含水率愈大表示树脂的孔隙率愈大其交联度愈小因此在树脂的使用过程中可通过含水率变化了解树脂性能的变化一般树脂的含水率在40％6％之间。所以，在贮存树脂时，冬季应注意防冻。离子交换树脂含水率的测定方法，参见国家标准B557—86。5．转型膨率转型膨胀率指离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积变化的百分数例如树脂在交换和再生时体积都会发生变化经长时间不断的胀缩树脂会发生老化现象从而影响树脂的使用寿命转型膨胀率的测定方法参见国家标准GB91—9。6．耐磨性树脂颗粒在使用中由于相互磨擦和胀缩作用会产生破裂现象所以耐磨性是影响其实用性能的指标之一。一般，树脂应能保证每的耗损不超过3％～％。(二)离子交换树脂的化学性能1．酸碱性离子交换树脂是一种不溶性的高分子电解质在水溶液中能发生电离例如各种离子交换树脂在水溶液中电离时发生的反应分别为：RS3H→RSO3+H+RCO→RCO-+H+上述电离过程使水溶液呈酸性或碱性其中强型(强酸性或强碱性)离子交换树脂的电离能力大，其离子交换能力不受溶液pH值的影响；而弱型(弱酸性或弱碱性)离子交换树脂的电离能力小在水溶液pH值低弱酸性树脂不能电离或部分电离该树脂在碱性溶液中有较高的电离能力；相反，弱碱性树脂在酸性溶液中有较高的电离能力。表3—4列出了不同类型离子交换树脂能有效地进行电离交换反应的pH范围。表3-4 各树脂有效PH值范围树脂类型强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂有效pH值范围0—144～140—140—7离子交换树脂也能进行水解反应若其水解后树脂的交换基团为弱酸或弱碱时则该树脂的水解度就较大，例如：

RCOONa+2O→RCOOH+NaOHRNH2C1+O→RNH2OH+HCl所以，具有弱酸性基团和弱碱性基团的离子交换树脂的盐型，容易水解。2．选择性离子交换树脂对水中各种离子的交换能力是不相同的即有些离子易被离子交换树脂吸着但吸着后要把它解吸下来就比较困难反之有些离子则难被离子交换树脂吸着但易被解吸这种性能称为离子交换的选择性一般情况下离子交换树脂优先交换那些化合价数高的离子即化合价越大的离子被交换(吸附)的能力越强在同价离子中则优先交换原子序数大的离子即通常在碱金属及碱土金属的离子中其原子序数越大则被交换(吸附)的能力越强。在常温、低浓度水溶液中，各种离子交换树脂对一些常见离子的选择性顺序分别为：强酸性阳离子交换树脂e3>Al3Ca2>g2+>a+>弱酸性阳离子交换树脂 H+>Fe3+>Al3+>Ca2+Mg2+>K+>a+强碱性阴离子交换树脂 SO42->NO3->C1->OH->F->HCO3->HSiO3-弱碱性阴离子交换树脂 OH->SO42->NO3->C1->HCO3->HSiO3-选择性会影响树脂的交换和再生过程，在实际应用中是一个重要的化学性能。3．交换容量交换容量表示离子交换树脂的交换能力即可交换离子量的多少通常用单位质量或单位体积的树脂所能交换离子的摩尔数表示。交换容量是离子交换树脂最重要的性能指标。(1)全交换容量指单位质量的离子交换树脂中全部离子交换基团的数量，其单位通常以ol／g表示。其测定方法参见国家标准(B19289)。(2)工作交换容量指一个周期中单位体积树脂实现的离子交换量，即单位体积树脂从再生型离子交换基团变为失效型基团的量影响工作交换容量的主要因素有树脂种类粒度，原水水质、出水水质的终点控制，以及交换运行流速、树脂层高度、再生方式等。交换容量的单位可用质量表示单位和体积表示单位。交换容量的质量表示单位E)：指单位质量干树脂的交换量，常以ol／kg(干树脂)或mol／g(干树脂)表示。一般出厂说明书使用质量表示单位。交换容量的体积表示单位(Ev：指单位体积湿树脂的交换量，常以ol／3(湿树脂)、mol／L(湿树脂)或mmol／L(湿树脂)表示。一般离子交换器设计和运行都使用体积表示单位。两种表单位之间的关系如下：EV=Em×1−含水×湿视密度

(4)式中 Ev—单位体积湿树脂的交换容量，mol／L(湿树脂)；E——单位质量干树脂的交换容量，mol／g(干树)。工作交换容量是离子交换树脂的重要工艺性能之一关于工作交换容量的计算以及工作交换容量特性曲线将在有关章节中再加以叙述。现把一些常用离子交换树脂的基本性能示于表—5中。表3-5一常用离子交换树脂的基本功能型态凝胶型大孔型型号001X71201X7301D001D1D201D301颜 色淡黄至金黄色透明乳白色透明淡黄至金黄色透明透明淡黄色灰褐或深褐色不透明白色不透明白色至淡黄色不透明乳白色不透明全交换容量，l／g(干树脂)4.2～4.59.0~10.03.0~4.05～94.09.03.0≥4.0工作交换容量，l／1.5—2.02.0—3.51.0 ～1.21.0~2.01.0～1.42.00.50.9~1.1湿真密度，g／c31.2～1.31.1～1.21.0~1.11.0~1.11.23~1.271.17~1.191.05~1.101.05~1.07湿视密度，g／c30.75~0.850.70~0.80.65~0.750.65~0.750.80~0.850.70~0.850.65~0.750.65~0.70含水率，％40~5040~6040~5040~6050~5540~4550~6055~65溶胀率，％Na→H+1.8~7.5H→Na+100~190Cl→OH+5～15OH→C1+12—20Na→H+5C1→OH+15OH→Cl+45允许PH值0~144~140~120~70~144~140~140~7允许温度℃12012060~10080~10015010060~80100第二节离子交换基本原理一、离子交换反应(一)可逆性离子交换反应是可逆反应但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的而是在固态的树脂和溶液接触的界面间发生的。例如含有C2+的硬水通过RNa离子交换树脂时，发生的交换反应为：2RNa+a+R2a十2Na+由于上述反应过程不断消耗RNa型树脂，并使它转化为R2Ca型树脂造成树脂的交换能力减弱直至失去交换能力为恢复树脂的交换能力可用一定浓度的食盐水通过已失效的树脂层，使树脂由R2Ca型树恢复为具有交换能力的RNa型树脂，通常称为再生。其再生反应为：

R2a+2+2RNa+a上述两个反应实质上是可逆的，故其反应式可写为：2RNa+a

↔RCa十a+可见，当水中Ca2+多树脂中RNa型亦多时，上述反应向右进行，即进行交换反应；反之，上述反应向左进行，则进行再生反应。所以离子交换反应是可逆的这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用是其在工业上应用的基础。离子交换树脂的界面现象与胶体结构相类似它们在水溶液中形成双电层即固定离子层和可动离子层·(反离子层)，如图35所示。当不同种类的反离子进行交换反应达到一定程度时就建立起离子交换平衡状态由图35以看出对于每一颗粒树脂来说，其中的交换基团很难全部转变成一种离子形式这就是树脂的工作交换容量和再生交换容量小于全交换容量的原因之—在离子交换反应中如果正反应称为交换过程其逆反应则称为再生过程。图3-5离子交换反应的界面过程在离子交换反应中，如果正反应称为交换过程，其逆反应则称为再生过程二、离子交换速度离子交换平衡是某种具体条件下离子交换能达到的极限状态它需要较长的时间才能达到在实际的离子交换水处理中通常希望交换器在高流速下进行交换与再生其反应时间是有限的不可能使其达到平衡状态为此研究离子交换速度及其影响的因素将具有重要的实践意义。(一)离子交换速度的控制步骤水的离子交换过程是在水中的离子与离子交换树脂中可交换基团之间进行的。一般认为此过程是树脂颗粒与水溶液接触时有关的离子进行扩散和交换的过程其动力学过程一般可分为如下的五步，现以H型强酸性阳离子交换树脂对水中Na+进行交换为例来说明(图3—6)。(1)边界水膜内的扩散水中Na+向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面，如图3—6中的①；(2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散)Na+进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点，如图36中的②；(3)离子交换Na+与树脂交换基团上的可交换的H’进行交换反应，如图36中的⑧；(4)交联网孔内的扩散被交换下来的+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散如图36中的④；

图3-6离子交换过程示意图(5)边界水膜内的扩散被交换下来的H+扩散通过树脂颗粒表面的边界水膜层并进入水溶液中，如图36的⑤。其中的①和⑤称为液膜扩散步骤②和④称为树脂颗粒内扩散步骤或称孔道扩散步骤；③称为交换反应步骤。在步骤⑧中，Na+与H+的交换属于离子间的化学反应。与液膜扩散步骤的速度和孔道扩散步骤的速度相比，交换反应步骤的速度很快，且可瞬间完成。因此，若离子的液膜扩散步骤的速度比孔道扩散步骤的速度快则孔道扩散步骤控制着离子交换的速度反之若孔道扩散步骤的速度比液膜扩散步骤的速度快则液膜扩散控制着离子交换的速度。一般来说当树脂相的交联度和粒径都较小而水相的离子浓度流速与扩散系数都较低时，离子交换的速度往往表现为液膜扩散控制；否则，表现为孔道扩散控制。在一级化学除盐水处理设备中运行时离子交换速度一般受液膜扩散控制再生时离子交换速度一般受孔道扩散控制同样在二级化学除盐水处理设备中运行时离子交换速度亦受液膜扩散控制在液膜扩散控制时提高运行流速可以减小液膜厚度适当提高交换速度，这对交换反应是有利的，这就是高速混床的工作原理。(二)离子交换速度的影响因素(1)离子性质离子水合径越大或所带电荷越多，液膜扩散速度就越慢。(2)树脂的交联度树脂的交联度大，其网孔就小，则其孔道扩散即颗粒内扩散就慢。所以交联度大的树脂的交换速度通常受孔道扩散控制当水中有半径较大的反离子存在时，交联度对交换速度的影响更为显著。(3)树脂的粒径树脂的粒径愈小，交换速度愈快。这是由于孔道扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增加之故；但是，树脂的颗粒也不宜太小，因为颗粒太小会增加水流通过树脂层的阻力，且在反洗中容易使树脂流失。(4)树脂的空隙度一来说，树脂颗粒间的空隙度越小，离子交换速度就越快。(5)水中离子浓度由于扩散过程是依靠离子的浓度梯度而推动的，所以水溶液中离子浓度大小是影响扩散速度的重要因素当水溶液中离子浓度在01ol／L以上时离子在水膜中的扩散很快整个离子交换速度受孔道扩散的控制这相当于水处理工艺中树脂再生时的情况若水中离子浓度在003ol／L时离子在水膜中的扩散很慢此时整个离子交换速度受液膜扩散控制这相当于树脂在进行离子交换软化时的情况此外水溶液中离子浓度变化时，使树脂膨胀或收缩也会影响孔道扩散速度。(6)水溶液的流速树脂颗粒表面的水膜层厚度随水的流速增加而减小，此时液膜扩散的速度将随之增加，但孔道扩散的速度则基本上不受流速的影响。(7)水溶液的温度升高水的温度，能提高离子和分子的热运动速度和降低水的粘度，因此在一定温度范围内水温愈高离子交换的速度愈快即提高水的温度能同时加快液膜扩散和孔道扩散的速度。离子交换设备运行时，一般将水温保持在20～40℃因为温度太低会明显降低离子交换的速度。第三节离子交换树脂层的工作过程一、离子交换树脂层内的交换过程现在讨论在装有钠型树脂的离子交换柱中，自上而下地通过含有Ca2+的水时，钠型树脂层内进行的交换过程和树脂层内发生的变化。若用白点表示离子交换树脂层中的钙型树脂黑点表示钠型树脂通常情况的树脂层组成如图37中所示图中以白点占白点加黑点之和的百分数表示白点(钙型树脂)的饱和程度，即钙型树脂占树脂总量的百分数。若饱和程度为50，则Ca型脂占树脂容量的50％；若饱和程度为10，则Na型树脂全部转变为Ca型树。在装有钠型树脂的离子交换柱中，自上而下地通过含有C2+的水时，树脂层的变化可分为以下三个阶段。(1)交换带的形成阶段溶液一接触树脂，就开始发生离子交换反应。随着水的流动，溶液的组成和树脂的组成不断发生改变，即树脂愈往上层，层中的C2+浓度就愈大；水愈往下流，水中的C2+浓度就愈小。当水流至一定深度时，离子交换反应达到平衡，树脂及溶液中反离子Na+的浓度就不再改变了这时从树脂上层交换反应开始至下层交换平衡为止形成了一定高度的离子交换反应区域称为交换带或工作层如果把交换带中树脂的组成作出曲线纵坐标为树脂层高度横坐标为树脂的组成以％表示则交换带的树脂组成曲线如图3—8上部所示。不难理解，在通水初期，由于离子交换反应刚刚开始，交换带尚未定型，经一段时间后才形成一定高度的离子交换带。(2)交换带的移动阶段随着离子交换的进行，离子交换带逐渐向下部树脂层移动，这样树脂层中就形成了三个层或区域(图3—7)换带以上的树脂层都为C2+所和它已失去交换能力水通过时水质不发生变化此层称为失效层接着是工作层此层内钙型树脂和钠型树脂是混存的，上部钙型树脂多，下部钠型树脂多，水流经这一层时，水中的Ca2+和型脂中的Na进行交换使出水中C+浓度由原水(进水)中Ca2浓度降至接近于0，此层是整个树脂层中正在进行离子交换的层区，其层区高度即为交换带的宽度；交换带图3-7交换柱内树脂状态示意图图3-8树层的交换带形成（a树脂状态（b）树脂饱和曲线及移动过程示意图1-失效层；2-工作层；3-未交换层以下的树脂层为尚未参与交换的树脂层即其中全为钠型树脂称为未交换层所以交换带移动阶段即是水处理中离子交换运行的中期阶段，也就是离子交换的正常运行阶段。(3)交换带的消失阶段由于交换带沿水流方向以一定速度向前推移，致使失效层不断增大，未交换层不断缩小，当交换带的下端达到树脂层底部时，C2+开始泄漏。如果继续运行时使交换带逐渐消失则出水中Ca2+度将逐渐增加当树脂层交换带完全消失时，出水中的C2+浓度与水中的相等，整个树脂层全部变为钙型树脂，即树脂层全部失效。在实际水处理中，工作层下端到达树脂层底部，微量的钙离子开始泄漏，即Ca2穿透时，经检测发现后就应及时停止工作，避免出水水质突然恶化，此时与工作层厚度相同的型树脂层称为保护层保护层厚度与交换带宽度相等这层保护层起着保护出水水质的作用。所以，交换带的消失阶段即为离子交换运行的末期阶段。图3－9交换器运行时经过树脂层的出水水质变化曲线影响交换带宽度的因素有离子交换树脂的性能离子交换柱的结构和离子交换的运行条件等。在一般正常运行条件下，交换带宽度约为1020。应当指出，只有离子选择性系数大于1时在树脂层内才能形成交换带意即只有在离子交换过程中树脂层内才能形成交换带。若离子选择性系数小于l，通常是在离子交换树脂的再生过程中，此时就不能形成一定的交换带。交换器运行时经过树脂层的出水水质变化曲线，如图39所示。图中的A点至B点是脂层内交换过程的初期和中期阶段的出水水质此时水中C2+浓度几乎接近零，且水质稳定；月点是Ca2+穿透点，此时已达到交换运行的终点；若继续通水运行，则出水中Ca2+浓度很快增加，直至与进水中Ca2+浓相等时为止。BC段为树脂层内交换过程的末期的出水水质变化曲线，由月点至F点的距离称为水质变化曲线“拖尾它间接反映了交换带的宽度图中ABDE的面积相当于交换器内树脂层的工作交换容量在树脂得到完全再生情况下面积ABCDE相当于树脂的全交换容量两面积之比即为树脂层树脂的利用率。二、离子交换树脂层内的再生过程采用含一定化学物质的水溶液使树脂层内失效(失去交换能力)的树脂重新恢复交换能力，这种处理过程称为树脂的再生过程。再生能力或再生性能，通常用再生剂耗(分别称为盐耗、酸耗或碱耗)、再生剂比耗表示。再生剂耗是指在失效的树脂中再生1摩尔交换基团所耗用的再生剂质量，单位为g／ol。再生剂比耗表示再生单位体积树脂用再生剂的量(ol／3)和该树脂的工作交换容量(ol／3)的比值。它反映了树脂的再生性能，是离子交换运行经济性的重要指标。由于树脂工作交换容量并不随比耗正比地增加因此在一定条件下应通过工作交换容量随比耗变化的趋势确定一个既经济又实用的再生剂比耗不同的树脂不同的离子交换工艺这种经济比耗也不同。在一般情况下，各种树脂的再生剂耗、再生剂比耗如表36所示。表3-6各种离子交换树脂的再生剂耗和比耗树 脂再生工艺再生剂耗，g／mol比 耗强酸性阳树脂顺流NaCl100~120HCl≥73H2SO4 100~150NaCl~2HCl≥2H2SO42～3对流NaCl80~100HCl50~55H2SO4≤70NaCl~1.4HCl1.4~1.5，H2SO4<1.9弱酸性阳树脂38~43.8(HCl)1.05~1.20(HCl)强碱性阴树脂顺流80~1202～3逆流(对流)液碱60~65固碱48~60液碱1.5～1.6固碱1.2～1.4弱碱性阴树脂44~481.1～1.2第四节离子交换树脂的使用一、离子交换树脂的选用在离子交换水处理的设计中应根据原水的水质对出水水质的要求离子交换树脂基本性能及离子交换设备性能通过技术经济比较合理地选用离子交换树脂根据离子交换水处理要求，一般从以下几方面考虑树脂的选用。(一)交换容量树脂交换容量越大表示其所能交换的离子量就越多相应地处理的水量亦越大一般同类型骨架组成的离子交换树脂(苯乙烯树脂)中弱型树脂的交换容量大于强型树脂(表3—7)，但弱型树脂的机械强度一般较差些。表3-7苯乙烯系弱型与强型树脂交换容量的比较树脂类型全交换容量，mmol／g(干树脂)工作交换容量，mmol／g(湿树脂)阳树脂弱酸≥9.02.3～2.5强酸≥4.50.8～1.1阴树脂弱碱≥5.00.641.0强碱≥3.50.35～0.45另外同类型树脂的交换容量一般随着交联度变小而增大而树脂的机械强度要降低些这将导致树脂会过早地损耗因此对于水处理用的离子交换树脂在尽可能选择有高交换容量的同时，还要考虑树脂有足够的机械强度。(二)原水的水质原水(进水)的水质关系到离子交换水处理过程中要去除离子的性质根据要去除离子的性质来选用树脂是至关重要的。对于只需去除水中交换吸附较强的阳离子(如Fe3+1+a2+2+时不管是强酸性阳树脂还是弱酸性阳树脂它们对原水中交换吸附较强的阳离子均有较强的交换能力，但因弱酸性阳树脂的交换容量大于强酸性阳树脂而用酸再生阳离子交换树脂时由选择性顺序可知以再生弱酸性阳树脂最容易例如在软化水处理中若水的碳酸盐硬度比较大(尤其是碱性水)，则选用弱酸性阳树脂较为经济、合理。若必须去除原水中吸附性较弱的阳离子(如K+、Na+和阴离子(如HCO3-、HSiO3-)时，则必须选用强酸性或强碱性树脂。因此，对于高硬度或高含盐量的原水水处理，在选用强酸性(或强碱性)树脂处理之前，应先通过弱酸性(或弱碱性)树脂处理，这样选用树脂在水处理实践中是经济合理的。若原水中含有较多的有机物时，则应当选用抗氧化性好，且强度亦高的大孔型树脂。(三)出水的水质在软化水处理中，可选用强酸性阳树脂或与弱酸性阳树脂组合使用。在除盐水处理中一定要选用强型树脂以除去交换吸附能力较弱的离子或者与弱型树脂组合使用，这在除盐水处理系统中颇为重要。(四)水处理设备的类型不同类型的设备要求选用不同性能的树脂例如移动床流动床要求选用耐磨强度高的树脂。对于混床中两种树脂，则应选用其湿真密度相差大的树脂。二、离子交换树脂的保管在新树脂使用前与旧树脂停用时均需采用适当的保管措施否则会直接影响树脂的使用寿命和其交换容量。(一)新树脂的保管(1)保持树脂的水分树脂在出厂时，其含水率是饱和的，在贮存保管过程中，必须防止水分消失如发现树脂变干时切忌将树脂直接置于水中浸泡而应将它置于饱和的食盐水中浸泡，使树脂缓慢膨胀，然后再逐渐稀释食盐溶液。此外树脂的贮存时间不宜过长最好不要超过一尤其是阴离子交换树脂可能因交换基团的分解，而显著降低树脂的交换容量。(2)防止树脂受冻和受热一般贮存脂的环境温度为5～0若在0℃下会使树脂内水分冰冻使树脂体积增大造成树脂胀裂而丧失交换能力若温度低于5又无保温的条件，这时可选用一定浓度的食盐溶液，将树脂置于其中浸泡，便可达到防冻目的。树脂长期处于高温条件下，则容易引起树脂变形、交换基团分解和微生物污染。(3)防止树脂劣化树贮存时，一定要避免与铁容器、氧化剂和油类物质直接接触，以防树脂被污染或被氧化降解，而造成树脂劣化。(二)旧树脂的保管若离子交换树脂在使用过程中有较长时间停用，则其保管要采取下列措施：(1)树脂转型通常把脂转变成Cl型或Na型长期贮存，故可将阴树脂、阳树脂用食盐溶液转型，阳树脂不宜以Ca或H型长期存放；(2)湿法存放在交换器将停用的树脂浸没于水中保存；(3)防止霉变交换器内长期存放树脂，其表面容易滋长微生物，发生霉变，尤其在温度较高的条件下因此必须定期进行换水和用水反冲洗同时亦可用1.5％甲醛溶(福尔马林液)浸泡消毒。三、新树脂投运前的预处理新树脂常含有溶剂未参加聚合反应的物质和少量低聚合物还可能吸着铁铝铜等重金属离子。当树脂与水、酸、碱或其他溶液相接触时，上述可溶性杂质就会转入溶液中，在使用初期污染出水水质。所以，新树脂在投运前要进行预处理。(一)阳树脂的预处理阳树脂预处理步骤如下：首先使用饱和食盐水取其量约等于被处理树脂体积的两倍将树脂置于食盐溶液中浸泡180时，然后放尽食盐水，用清水漂洗净，使排出水不带黄色；其次再用2~4％NaOH溶液其量与上相同在其中浸泡24小时(或作小流量清洗)，放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止；最后用5％HCl溶液·量亦与上述相同，浸泡4~8小时，尽酸液，用清水漂流至中性。(二)阴树脂的预处理其预处理方法中的第一步与阳树脂预处理方法中的第一步相同，而后用5％HCl浸泡48小时后放尽酸液用水清洗至中性最后使用2％％NaOH溶液浸泡48小时后，放尽碱液，用清水洗至中性。四、离子交换树脂的装填(一)离子交换器的清理与检查交换树脂装填入交换器前，必须做好下述工作：(1)彻底清扫和清洗离子交换器和水力装卸器等；(2)各通流部位，要求不跑漏树脂； .(3)交换器水压试验合格，并测定正常流量下设备的压差，为测定树脂层压差作准备。(二)离子交换树脂的装填(1)用水力装卸器装填树脂时，用澄清水装填阳树脂，用除盐水装填阴树脂。在装填树脂前，先往交换器中加入一定高度(如1m左右)的水层，以免树脂直接冲击交换器底部装置和垫层。(2)按设计要求量装填完后，测量树脂高度，符合要求后即封闭交换器。对树脂层进行反洗沉降排水后再打开交换器平整树脂层将漂至树脂层上面的细颗粒树脂刮去并再补装填入树脂，使树脂层高度达到设计要求。(3)对于大孔树脂，尤其是弱酸树脂，应检查有否软球和透明球，因它们易粘在通流部位，影响正常使用，必须除去。第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏一、离子交换树脂的变质离子交换树脂在水处理系统运行的过程中由于氧化或降解树脂结构遭受破坏这是一种不可逆的树脂的劣化，称为树脂的变质。(一)阳离子交换树脂的氧化1．阳树脂化的原因和现象阳树脂氧化的主要原因是由于水中有氧化剂如游离氯硝酸根等水中重金属离子能起催化作用当温度高时树脂受氧化剂侵蚀更为严重其结果是使树脂交换基团降解和交换骨架断裂，树脂颜色变淡和其体积增大。2．防止树被氧化的方法(1)活性炭过滤用活性炭过滤水进行脱氯是防止树脂被氧化的常用方法，其原理是基于吸附作用，并在被吸附的活性炭表面上进行下面的化学反应。其反应为：C—+HOClCO—+HCl活性炭脱氯是一种简单、经济、行之有效的方法，故得到普遍应用。(2)化学还原法化学原法是在含有余氯的水中投加一量还原剂(如SO2或Na2SO3)进行脱氯。(3)选用高交联度的大孔阳树脂。(4)避免使用质量差的盐酸其中有氧化剂会对阳树脂造成危害。(二)强碱性阴树脂的降解1．降解的因及过程在离子交换水处理系统中强碱性阴