脉冲磁场处理水溶液抑制水垢的工艺原理与效果
脉冲磁场处理水溶液抑制水垢的工艺原理与效果
水垢是水体与换热设备接触时，在管壁上形成的固体物质，主要成分为碳酸钙（CaCO3）。水垢会降低换热面的性能、增加流动阻力、堵塞管道，严重时甚至会影响设备的使用寿命。据统计，当碳酸钙垢层厚度为1.5mm时，能耗会增加10%-20%，而厚度为2.5mm时，传热设备的效率会降低95%。因此，水垢问题在工业化进程中亟待解决。
目前，常用的除垢方法有化学法、膜处理技术、机械清洗技术、物理法（高压静电水处理技术、超声波技术）等。然而，这些方法都存在一定的局限性，如化学法成本高昂且可能造成二次污染，膜处理技术去油率低，机械清洗技术劳动强度大，高压静电水处理技术能耗高，超声波技术维修不便等。
基于此，研究者提出了一种利用脉冲磁场处理水溶液抑制水垢的工艺。该工艺通过对水溶液进行20-30分钟的脉冲磁场处理，可以有效抑制水垢的形成。具体参数如下：
- 水溶液中钙离子浓度：0.5-20mmol/L
- 脉冲磁场频率：1-4kHz
- 脉冲磁场安匝数：80-300NI
- 脉冲磁场占空比：5%-50%
该工艺采用脉冲磁场阻垢装置，主要包括PH计、铜片、电磁线圈、盛液容器和脉冲电源箱。脉冲电源箱产生的电磁能量通过电磁线圈输送到盛液容器中的溶液中，利用脉冲磁场进行能量传递，从而达到阻垢效果。
脉冲磁场阻垢的原理主要包括两个方面：
对水分子的作用：脉冲磁场可以使水分子中的氢键断裂，使大水分子团分解成小水分子团。小水分子团与离子作用生成稳定的化合物，阻止钙离子与碳酸根离子反应，同时降低水溶液的黏度，提高溶解度和渗透性，瓦解老垢。
对碳酸钙晶体结构的影响：脉冲磁场使带电离子产生相向运动，促进新晶核形成，改变碳酸钙晶体的析出条件。处理后的碳酸钙更倾向于形成方解石结构，这种结构的晶体粘度较低，不易附着在换热设备的器壁上。同时，脉冲磁场处理还导致结晶生成的软垢数量增加，这些软垢体积小、数量多、形状不规则，并且不易附着于器壁上。
与传统除垢方法相比，该工艺具有以下优势：
- 无需添加化学药剂，避免二次污染
- 不涉及高温、高压等危险操作，保障工作人员安全
- 装置结构简单，运行维护成本低
- 能耗较低，相比高压静电水处理技术和超声波技术更具节能优势
- 适用范围广，不仅适用于工业化加工过程中的换热设备，还可广泛应用于各种需要防止水垢形成的场合
实验结果显示，该工艺可以将碳酸钙晶体的起始分解温度降低40℃左右，最多降低46℃，进一步减少了水垢的形成。同时，该工艺不会显著改变水溶液的pH值，保持了水溶液的原有性质。