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水垢

水垢

水垢（英文名称：H₂O scale）是受热面上水侧金属表面上生成的固态附着物。是水里的钙镁离子和碱度在烧水过程中共同作用而产生，主要成分是碳酸钙和氢氧化镁。水里天然就存在很多矿物质，其中，钙离子和镁离子最多。一般来说，含量越高，水的硬度就更大，也就是常说的“硬水”。当水的硬度高于约200mg/L时就会导致水厂、输配水系统、管网和水壶等产生水垢。温度越高，水垢含量越大。

水垢的组成不是单一的化合物，而是由许多化合物组成的混合物。但水垢的主要成分是钙、镁离子的盐类。一般分为碳酸根水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、铁垢和铜垢。清除水垢的方法有手工清除、机械清除和化学清除。手工清除可以用水力冲洗来消除。用水力冲洗不掉的部分，可用油灰刀、铲刀等专用工具清除；机械除垢主要利用电动铣管器和风动工具。化学除垢又分为酸洗除垢和碱洗除垢，酸洗除垢通常是指用盐酸溶液对水垢进行清洗；碱洗除垢是利用某些碱性药剂加入锅水中，在一定温度和压力下进行煮炉，一般认为它可以溶解一部分硅酸盐垢，对其它水垢，主要是起到疏松作用。

水垢的产生给工业生产带来的危害有降低锅炉出力、浪费燃料、过热烧坏锅炉、增加检修量，减少锅炉使用寿命、危及人身安全。长期饮用钙镁浓度相对较高的硬水，是形成结石病的一个危险因素。水垢主要成分为钙、镁，另外还含有、汞、铅、镉等重金属元素，水垢中的低价铁使水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，它能造成人体血液丧失携带氧的功能，能使人出现头痛、呕吐、头晕，甚至腹痛、腹泻等症状。

形成原因

水垢的形成主要是由于某些钙、镁盐类在锅水中的浓度超过了相应物质的溶解度，经过一系列物理化学过程而从锅水中析出。其形成原因主要包括以下4个过程。

蒸发浓缩

锅水在受热面上蒸发，产生大量蒸汽，使锅水不断浓缩。水蒸气本身带走的杂质极少，给水中原来含有的少量杂质以及锅内腐蚀产生的杂质，就以数十倍的浓度留在锅水中。由于锅内各处受热面蒸发强度有差别，使某些局部锅水浓缩程度会更高。这样，当成垢离子的浓度超过相应沉积物的溶度积时，就会从锅水中析出沉淀。

高温分解

钙和镁的碳酸氢盐在锅水蒸发过程中发生热分解反应，生成沉淀析出。热分解反应如下：

碳酸镁在水中有一定的溶解度，它能进一步水解，生成溶解度更小的氢氧化镁沉淀。水解反应如下：

高温沉积

大部分盐类在水中的溶解度随温度升高而增大，而成垢盐类的溶解度却随温度的升高而减小，即具有反常溶解度。因此，这些成垢盐类极容易在受热强度较大的部位沉积出来。

表面结晶

锅水中的难溶盐类，其相应离子的浓度时常超过了其溶度积，处于过饱和状态，却不产生沉淀。但是，一旦锅水中或与锅水接触的金属表面有某种诱导因素，如有结晶核心形成，或局部金属表面条件有差异，或发生某种物理化学作用，就会有大量沉淀析出。

种类

水垢的组成不是单一的化合物，而是由许多化合物组成的混合物。但水垢的主要成分是钙、镁离子的盐类，能形成水垢的物质通常有钙、镁的碳酸根，硫酸盐，硅酸盐，磷酸盐，氢氧化物以及铁和铜的氧化物等。

碳酸盐水垢

碳酸盐水垢主要是钙、镁的碳酸盐，以碳酸钙为主，达50%以上。碳酸钙多为白色的，也有微黄色的。由于结生的条件不同，可以是坚硬、致密的硬质水垢，多结生在热强度高的部位：也可以是疏松的软质水垢，多结生在温度比较低的部位，如锅炉的省煤器、进水管口等处。一般热水锅炉结生的多为碳酸盐水垢。

碳酸盐水垢，在5%盐酸溶液中，大部分可溶解，同时会产生大量的气泡，反应结束后，溶液中不溶物很少。

硫酸盐水垢

硫酸盐水垢的主要成分是硫酸钙，达50%以上。硫酸盐水垢多为白色，也有微黄色的，特别坚硬、致密，手感滑腻。此种水垢多结生在锅炉内温度最高、蒸发强度最大的蒸发面上。如水冷壁、对流管、低压蒸发器和蒸汽发生器等，主要沉淀为硬石膏、半水化物石膏和石膏等形式。

硫酸盐水垢在盐酸溶液中很少产生气泡，溶解很少，加入10%氯化钡溶液后，生成大量的白色沉淀物。

硅酸盐水垢

硅酸盐水垢的成分比较复杂，不仅包括钙、镁离子，而且也有铝、铁、钠等离子。这种水垢中含有40％~50％以下的硅酸，25％~30％铁、铜、铝的氧化物，5％~10％钠的氧化物。硅酸盐水垢多为白色，水垢表面带刺，是一种十分坚硬的水垢。它们通常在锅炉受热强度最大的部位生成，如水冷壁管、汽鼓底部等。常见的形式有单硅钙石、硬硅钙石、硅灰石、纤维蛇纹石和钠辉石等。

硅酸盐水垢在盐酸中不溶解，加热后其他成分部分地缓慢溶解，有透明状砂粒沉淀物可缓慢溶解。

铁垢

一般是指铁氧化物含量大于70%的水垢。这种水垢是由于锅炉腐蚀使给水或锅水含铁量过高而形成的，主要含有赤铁矿和磁铁矿等。

铜垢

一般是指金属铜含量超过20%的水垢。铜垢中铜的含量分布是不均匀的，表层铜含量高达70%~90%；靠近金属表面的垢层中铜含量在10%~25%左右，甚至更少。这种水垢的主要成分为金属铜及其氧化物。

混合水垢

混合水垢是上述各种水垢的混合物，很难指出其中哪一种是主要的成分。混合水垢色杂，可以看出层次，主要是由于使用不同水质或水处理方法不同造成的，多结生在锅炉高低温区的交界处。

混合水垢可以大部分溶解在稀盐酸中，也会产生气泡，溶液中有残留水垢的碎片或泥状物。

氧化铁垢

氧化铁垢的主要成分是铁的氧化物，大都结生在锅炉热负荷最高的受热面上，有时也会在水冷壁管、烟管等部位生成。氧化铁垢的外表面往往是咖啡色，内层是灰色的。氧化铁垢加稀盐酸可缓慢溶解，溶液呈黄绿色，加硝酸能较快溶解，溶液呈黄色。

油垢

油垢成分很复杂，但油脂含量在5%以上。含油水垢多呈黑色，有坚硬的，也有松软的，水垢表面不光滑，它多结生在锅炉内温度较高的部位上。将含油水垢研碎，加入乙醚后，溶液呈黄绿色。

危害

工业危害

降低锅炉出力

水垢是热的不良导体，其热导率比钢材的热导率小几十倍到几百倍，如果在锅炉受热面上结了较厚的水垢，火侧的热量不能很快传递给水侧，使锅炉的蒸发量或发热量大大降低。

浪费燃料

当锅炉结有水垢后，受热面吸收热量的能力大大降低，剩余的热量通过提高排烟温度散发到大气中去，使锅炉热效率降低，造成了能量的浪费。

由于锅炉的工作压力不同，以及水垢的热导率及厚度不同，燃料浪费的数量也就不同。即锅炉工作压力越高，水垢热导率越低，水垢厚度越厚，燃料浪费量越大。

减少锅炉使用寿命

锅炉结垢后需停炉清洗，受压元件过热损坏后更需动用大量人力、物力、财力进行修理。不但缩短了运行周期，也增加了检修费用。有些锅炉甚至因过热损坏造成提前报废，减少了锅炉使用寿命。

破坏锅炉的正常水循环

生成水垢，会减小受热面内流通截面，增加管内水循环的流动阻力，严重时甚至完全堵塞。这样就破坏了锅炉的正常水循环，妨碍锅炉内部的传热，降低锅炉的蒸发能力。

危及人身安全

由于水垢的导热性能差，而且水垢又易于结生在热负荷很高的金属受热面上。此时会使结垢部位的金属壁温度过高，引起金属强度下降，在蒸汽压力的作用下，就会发生过热部位变形、鼓包，甚至引起爆炸等事故。水垢引起的事故占锅炉事故的比例是相当高的，大多数省市都在20%以上。不但造成设备损失，也威胁着人身安全。总之，水垢是锅炉安全经济运行的大敌，必须采取积极有效的措施，防止锅炉结生水垢。

由于水垢阻挡了热量的传递，为了保持一定的出力（工作压力和蒸发量），只有增加火侧的温度。水垢越厚，热导率越差，锅炉火侧的温度就得越高。而锅炉金属壁得不到锅水的可靠冷却，钢板温度升高，抗拉强度和屈服强度会急剧降低，造成锅炉受压元件鼓疤、裂纹、弯曲、变形、漏泄，甚至导致锅炉爆炸事故发生。

健康危害

水垢仅能代表钙镁离子含量较高，不一定代表二者比例失衡，并不会对身体造成直接危害。水垢中的主要成分碳酸盐类进入到人体后部分会被分解，不能分解的部分也会随着粪便排出体外。另外长期饮用钙镁浓度相对较高的硬水，只是形成结石病的一个危险因素，而并非饮用硬水就绝对会导致结石病，所以如果是安全的自来水烧开喝，是不会导致结石的。反而长期饮用不含钙和镁的水，饮食中又缺乏钙和镁，则容易引起肾结石。

水垢主要含有砷、汞、铅、镉等金属元素，水垢中的低价铁使水中的硝酸盐还原为亚硝酸盐，它能造成人体血液丧失携带氧的功能，能使人出现头痛、呕吐、头晕，甚至腹痛、腹泻等症状。严重者可出现昏迷。亚硝酸盐还能与食物中的一种叫“仲胺”的物质产生化学反应，生成亚硝荃胺，这是一种致癌物质，可引起消化道癌。另外，常饮带水垢水，与泌尿道结石的发生也有很大的关系。所以，应经常清洗炊壶、暖水瓶中的水垢。

砷

砷是一种具有较强毒性和致癌作用的元素，其化合物大多也有毒。砷是土壤环境质量的重要指标之一，土壤砷污染会使农产品砷含量升高，进而危害人畜健康。长期摄入少量含砷的化合物可以引起慢性中毒，慢性中毒可表现为感觉异常、进行性虚弱、眩晕、气短、心悸病、食欲不振、呕吐等，严重者四肢末梢有多发性末梢神经炎，还可引起神经性疼痛。长期饮用砷污染的井水会引起胃肠炎，皮肤、肝及神经组织的损坏。同时饮用受砷污染的水会改变年轻人的心脏结构，从而增加其未来罹患心脏病的风险。砷对人体胃肠道系统、呼吸系统、皮肤和神经系统有较强毒性，其中三价砷的毒性最大，是五价砷的60倍，是甲基砷的70倍。高浓度的砷可以引起急性中毒，如呕吐、腹痛、腹泻、休克等，甚至导致死亡。

汞

汞是一种有强烈神经毒性的元素，其单质以及多种化合物都有不同程度的毒性，会对环境，动植物，人体等造成巨大的伤害，因而需要正确的防范措施。短时间内人体吸入大量汞蒸气会引发急性中毒，中毒者会出现头晕、乏力、头疼、睡眠障碍、发热、手指震颤等全身症状。会出现明显的口腔炎症，还可能会有着食欲不振、恶心，腹泻等症状。严重者可发生化学性肺炎。可引起肾脏损伤。

铅

铅被吸收后可作用于全身各系统和器官，主要累及神经、造血、消化、心血管、肾脏及免疫等系统，其毒性机理主要是铅与人体某些酶的活性中心巯基有着特别强的亲和力，通过与其结合使酶丧失生物活性，也可以通过与酶的非活性部位结合而改变活性部位的构象或与起辅酶作用的钙、锌、铁等二价离子置换，使酶的活性减弱甚至丧失。

水垢的预防措施

水垢要预防就要从源头入手，入户的水中始终都含有大量的金属离子，无法做到源头的节流，家中就会被水垢干扰，可以从水垢的生成条件以及含量上进行解决。

控制水温

一般的涉水设备大多是加热的时候会快速的生成水垢，那么温度越高，水垢生成也就越快，水垢生成的温度是56度，我们将水温控制在这个温度以下，可以做到防止一定量水垢生成的效果

安装净水器

目前市场上解决水垢的办法还可以通过净水器来完成，在饮水端可以通过安装过滤精度万分之一的纯水机，通过纯水机的反渗透膜、PP棉、活性炭等过滤之后，能够穿过这么高精度滤网的只有水分子，其他的金属离子、水垢、微生物等都被阻挡在滤网之外了，我们得到的饮用水就是比较洁净的水，这其中注意净水器滤芯的更换。

安装软水机

软水机也是一种去除水垢的净水设备，金属离子活性靠前的特点，可以通过软水盐进行置换，将水中的钙、镁等金属离子置换出水中，然后通过排放和滤料等进行拦截与消除，从而得到的水中不再含有水垢，这样的水质对皮肤、毛发和衣物有好处，对涉水电器的寿命延长也有帮助，通常使用在生活用水之中，需要注意软水盐的及时添加以及软水机的清洗定时。

纤维网

信阳师范学院化工系副教授李玉玲，在研究中发现了水垢的另一个克星，纤维网。

纤维网是一种绿色的吸附剂，无毒、无污染、对人体无害，原料便宜易得、使用简单，化学稳定性高，可以算是生活用水防垢的不错选择。烧水时，将纤维网放在水壶中就可以防止水垢出现。

磁铁

1945年，比利时科学家Theo Vermeiren就发现，经过磁铁磁化处理后的水，烧开水时能有效的抑制水垢的产生，此技术便得到了人们的重视。

清除

工业除垢

手工除垢

如果炉内沉积物是松软水渣及泥垢，则可以用水力冲洗来消除。用水力冲洗不掉的部分，可用刮刀、铲刀等专用工具清除。对并列运行的锅炉，在除垢前应将所有连接的汽、水管道切实隔断，以防止发生事故，必要时还需采用机械通风，以免发生施工人员室息。特别应该注意的是，进入锅炉前，必须打开人孔、手孔。

手工除垢的工作，劳动强度较大，停炉时间长，所以此法只适用于清除面积小，结构比较简单的小型锅炉。

机械除垢

当炉内有水垢或水渣时，停炉后放掉炉水，使锅炉冷却，用水冲洗或用螺旋钢丝刷清除。如果水垢很坚硬，可用电力或水力带动的洗管器来清洗。此法只适用于清洗钢管，不适用于清洗铜管，因为洗管器容易将铜管损伤。机械除垢主要利用电动铣管器和风动工具。采用这类工具清除水垢时，同样应该注意操作者的人身安全。除垢操作应自上而下进行。铣管器插入管内时，还应将水引入，以便冷却铣管器的刀头并将除下的水垢冲到下部。铣管器开动后，应沿管子匀速向下或向上（或前、后）慢慢移动，绝不能让铣管器的刀头长时间固定在某一点上猛铣，以免管子受过度磨损。铣管器刀头，应根据水垢厚度确定，原则上先用小刀头，然后逐步加大，绝不可一开始就用大刀头。否则容易扭断铣管器的软管轴，使管子受到损伤。