工業循環冷卻水硬度檢測方法分析與探究

王潔

摘 要：本文對冷卻水硬度過高的危害進行了論述，并探討了現階段水硬度檢測方法的技術流程、主要優點及其在工業中應用的限制條件。旨在促進水硬度檢測技術的進步，使其更加符合工業循環冷卻水的應用背景，提升相關工業的經濟效率。

關鍵詞：循環冷卻水;硬度;檢測方法

0 引言

冶金、電力等行業中，冷卻水用量較大，可占總用水量的70%以上。冷卻水硬度過高會嚴重影響工業生產的經濟效率，相關研究表明，每1mm的水垢將會降低10%的換熱效率，完善的水硬度檢測技術對于工業的發展有重大意義。

1 水的硬度及其危害

水的硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度，在數值上等于鈣、鎂離子沉淀肥皂水化液的能力。水的硬度可以劃分為暫時硬度與永久硬度。暫時硬度指水中鈣、鎂離子形成的碳酸鹽，其可以通過加熱沉淀去除，是影響工業生產的主要來源。而水中鈣、鎂離子形成的非碳酸鹽，在日常生活及工業生產中去除難度較高，故被稱為永久硬度。工業生產中水硬度的危害有：

第一，增加工業生產的熱損失。如表1所示，相較于常見的銅制導管，水垢導熱能力較低，其在換熱器中的應用會明顯降低熱傳導效率，加重熱能損失，增加工業生產的成本。

第二，加速換熱器腐蝕。部分水垢對于換熱器有一定的腐蝕作用，需要及時清洗避免換熱器損壞。循環冷卻水硬度過高會提升換熱器的清洗頻率，增加設備維護費用。

第三，縮短換熱器的使用壽命。水垢的沉積會對換熱器造成一定的傷害，即使維護人員清洗較為頻繁，但損傷是難以避免的。循環冷卻水硬度過高會影響換熱器的使用壽命，增加工業生產中的設備更換成本[1]。

2 工業循環冷卻水硬度檢測方法

從理論上分析，水硬度檢測是一項較為簡單的工作，但在工業生產中運用，實現自動化檢測的同時，還需考量經濟成本、環境成本等多種因素。現階段常用的硬度檢測手段或多或少都存在一定的缺陷，工業循環冷卻水硬度檢測方法仍需進一步研究、發展。

2.1 鉻合滴定法

鉻合滴定法是將鉻黑T作為指示劑，EDTA作為標準溶液進行滴定，通過溶液顏色的改變確定滴定的進程。滴定中，溶液顏色變化的規律為從紫紅變為無色，當出現淺藍色時，要立即結束滴定，通過EDTA溶液的消耗量，計算水的硬度。在滴定中需要注意的是，滴定中需要保持待測液體pH值在10左右，常見手段為加入適量的氯化銨溶液，并通過加入三乙醇胺或硫化鈉等排除無關離子的干擾。

由于溶液之間的不充分反應，滴定中常會出現反紅的現象，同時也存在變色不靈敏對硬度檢測結構的干擾。排除手段常為在指示劑中加入紫脲酸胺二甲酚橙和次甲基藍等間接指示劑進行彌補。

鉻合滴定法具有設備需求低、操作流程簡單、測定結果較為精確等優點，在生活用水硬度檢測中較為常見，少部分工業生產中也會應用。其在工業中推廣最大的阻礙為，測定精確度較為依賴實驗人員，誤差難以控制;全自動化檢測實現難度較高，不利于高度流程化的工業生產。

2.2 分光光度法

分光光度法的依據為不同離子吸收光的波長與數量是有選擇性的，分光光度法通過對鈣離子或者鎂離子光線吸收的特點制定了濃度與吸光度的對應關系。該種方法靈敏度較高，硬度檢測結構較為精確，同時具備較強的自動檢測實現基礎，是工業冷卻水硬度測定較為優質的發展方向。但不同離子吸收光的波長是有一定重合的，在工業生產中如何精準、高效的排除其他離子的干擾是分光光度法推廣的主要限制因素。

2.3 離子色譜法

離子色譜法是一種利用鈣、鎂離子的電導率實現濃度測定的方法。取定量的待測液體，并將其與淋洗液充分混合后加入陽離子交換柱系統[2]。同過離子在電場內的運動實現吸附、分離，而后對電導率進行檢測，通過電導曲線的峰高與面積實現鈣、鎂離子的定性與定量。

離子色譜法分析進程較為復雜，常需提前對水中離子的種類有充分了解，但在工業生產中，冷卻水使用來源單一，不會成為推廣應用的限制因素。真正的阻礙在于設備投入較高與定量計算較為復雜，在未實現全面自動化檢測的基礎上，對員工技術要求過高。

2.4 原子吸收法

原子吸收法的原理為通過不同原子的共振線確定原子的數量。在檢測中需要通過加熱分解將水中的離子轉化為原子，并進行數量檢測。該種方法現階段發展較為成熟，唯一的缺陷在于其只能應用在特定濃度范圍的溶液中，需要對待測液體有基礎了解。工業生產中，冷卻水來源較為單一，該種缺陷對于其在工業中推廣應用限制較低，是常用的工業冷卻水硬度檢測方法。

2.5 自動電位滴定法

自動電位滴定法的原理為不同離子在電場中擁有不同的活躍度。檢測進程中需要在待測液體的兩端分別加入參比電極與指示電極。隨著滴定劑的加入與離子濃度變化，指示電極電位最終將發生改變，從而計算出待測液體的總硬度。該方法操作簡單，精準程度較高，是良好的工業冷卻水硬度檢測技術，但檢測過程中電極被污染的概率較高，需要進一步研發防范手段或者廉價還原措施。

3 結論

冷卻還原水的硬度會影響工業生產經濟效率與相關設備的正常使用，是工業生產中需要被重視的問題。但現階段已有水硬度檢測技術在工業應用中存在成本、自動化檢測、技術流程、精度等限制，需要進一步開發。

參考文獻：

[1]牛犇，孫勇，汪永威，等.循環冷卻水系統結垢判斷和控制方法研究[J].山東電力技術，2020，47（01）：57-61.

[2]陳博.貫流蒸汽鍋爐用水硬度試劑在線檢測系統的研制[D].延邊：延邊大學，2017.