一种抑制金属管道水垢形成的方法与流程

本发明属于管道防护技术领域，具体涉及一种抑制金属管道水垢形成的方法。

背景技术：

多年以来，金属管道的防腐和除垢一直是人们关心的问题。由于地下水或城市自来水中均存在一定量的钙离子(Ca²⁺)、碳酸根(CO₃^2-)和碳酸氢根(HCO₃^-)离子等，当外界环境发生变化时(比如温度升高)，上述离子在水中的平衡将被打破并发生如下反应：

Ca²⁺+2HCO₃^-→Ca(HCO₃)₂ (1)

Ca(HCO₃)₂→CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O (2)

Ca²⁺+CO₃^2-→CaCO₃↓ (3)

由于反应(1)(2)(3)均为放热反应，因此，随着温度的升高，反应向右侧进行，从而生成碳酸钙沉淀。碳酸钙随着水体系在金属管道内流动时，不断与管道内壁摩擦与碰撞，最终由于静电吸引而与金属管道内壁粘连在一起形成水垢。

常规的去除水垢的方法有化学法和物理法两种。化学方法是用可以与水垢发生化学反应的除垢试剂冲洗输水管道，使水垢生成可溶于水的盐类，进而被水流冲走。化学除垢方法虽然能够有效地解决水垢问题，但需消耗大量的化学药品，这不仅浪费了大量的人力物力，而且残余的化学药品对环境造成了严重的污染。物理阻垢方法主要有磁化处理法、高压静电场处理法、超声波处理法、交变电场处理法等。相对于化学法来说，这些方法具有使用方便、无污染等优点，但能量消耗依然较大。

专利ZL 02806631.6将水溶性或者水分散性聚合物加入到需处理的水体系中，从而去除在金属内壁上的水垢；专利ZL201280027371.8通过诱导碳酸钙形成比较容易去除的“纹石”晶型而非难以去除的方解石晶型，专利ZL201280037029.1通过对金属材料表面进行改性，从而抑制碳酸钙水垢在金属材料内壁的附着。然而，这些专利所采用的方法均存在着某些缺点，比如专利ZL 02806631.6只能去除已经存在的水垢而并不能抑制水垢在金属材料内壁上的再生，而专利ZL201280027371.8、专利ZL201280037029.1具有成本高、难以实施等缺点。

为了有效且经济实用地抑制水垢在金属管道内壁上的形成，本发明提出了利用颗粒与金属管内壁间相互作用静电力来抑制水垢形成的技术方案。

技术实现要素：

碳酸钙颗粒随着水流不断地流动而与金属管道内壁频繁地接触或分离。当碳酸钙颗粒与管道内壁的静电吸引力大于由于水流而造成的剪切力时，碳酸钙颗粒便将附着在金属管道内壁上而不再随水流运动。基于此，本发明根据金属管道内表面及碳酸钙颗粒的带电特性，通过使用导电材料将金属表面与大地或者电势为零的部件相连接，使金属管道内表面的电势为零，减少金属管道内表面与碳酸钙颗粒之间的静电吸引力，消除碳酸钙颗粒通过电荷的不同而在金属管道内表面的附着，从而抑制金属管道水垢的形成。

本发明的方法是：将导电材料的一端与流经水的金属管道相连，将导电材料的另一端与大地或电势为零的部件相连；所述金属管道是由铸铁管、不锈钢管、镀锌铁管中的一种制成；所述导电材料是铁、钼、铜、铂、银、钨材料中的至少一种。

本发明的效果如下：

(1)抑制金属管道内壁水垢形成的效果明显：通过导电材料将输水金属管道与大地或电势为零的部件相连，使得输水金属管道内壁上的电势为零，从而减少了金属管道内壁与碳酸钙颗粒间的静电吸引力，从而有效的抑制了水垢的形成。

(2)抑制金属管道内壁水垢形成的方法简单方便：只需通过导电材料将输水金属管道与大地或电势为零的部件相连，无需在水中加入任何试剂或对管道材料表面进行改性处理，亦无需对其施加额外的能量，因此是一种非常简单方便、节能环保的方法。

附图说明

结合附图说明，本发明的优势将更加明显，在附图中：

图1是表示在具体实施方案过程中的试验方案图，图中1为循环泵、2为流量计、3为进水阀、4为被测金属管、5为管道、6为蓄水桶、7为出水阀、8为导电材料、9为接地点；

图2是表示不接地情况下金属管道结垢的扫描电镜照片；

图3是表示接地处理后金属管道结垢的扫描电镜照片。

具体实施方式

本发明以模拟的方式进行实施，其模拟实施装置如图1所示：导电材料(8)的一端与被测金属管(4)相连接，另一端与接地点(9)相连接；管道(5)依次将蓄水桶(6)、循环泵(1)、流量计(2)、进水阀(3)、被测金属管(4)、出水阀(7)串联成一个回路，其中，金属管为镀锌铁管，长500mm，内径和外径分别为40mm和36mm。模拟时将20L自来水以及5.55g氯化钙(CaCl₂)和5.30g碳酸钠(Na₂CO₃)依次加入到此循环系统中，打开进水阀(3)和出水阀(7)，让模拟实施装置中的模拟水溶液以5L/min的流速循环10天。

水溶液循环过程中在管道内将发生如下反应：

CaCl₂+Na₂CO₃＝CaCO₃↓+2NaCl

循环10天后，将金属管从模拟实施装置中取下，切开其中部，利用扫描电镜观察其横截面水垢的附着情况。其结果表明，未采用本发明方法的金属管道的水垢附着厚度约为118μm，而采用本发明方法，即，将金属管道接地后的水垢附着厚度则减小为50μm。

可见，采用本发明方法，可以使金属管道的水垢附着厚度减少58％左右，抑制金属管道水垢形成效果显著。