水垢对加热器的影响-台湾区水管工程工业同业公会.doc

水垢對加熱器的影響 吳德憲 本會顧問、技術研究發展委員會委員 水 自然水（包括自來水）鈣（Ca）、鎂（Mg）如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2其餘金屬離子之存量很少，它們的總含量可能不到3﹪，因此水之硬度可水中鈣鎂離子之濃度。為「鈣硬度」與「鎂硬度」，兩者之和，稱為「總硬度」，或簡稱「硬度」。其中鈣硬度平均約佔85﹪，鎂硬度約佔15﹪。﹝Ca(HCO3)2﹞﹝Mg(HCO3)2﹞（CaSO4）（MgSO4）Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2﹞Ca(HCO3)2(aq)→CaCO3(s)↓＋CO2(g)＋H2O(l) CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2 0～ 60ppm 60～120ppm120～180ppm181ppm以上 硬水是含有高濃度礦物質的水，尤其含有高濃度的鈣與鎂，對人體無害，但對鍋爐之加熱器、太陽能熱水器及冷卻水塔等設施中，產生水垢沉澱導致故障。硬水洗滌衣物，肥皂（RCOONa）中的鈣離子和鎂離子和肥皂中的脂肪酸鈉產生脂肪酸鈣和脂肪酸鎂影響了洗淨效果Ca2+(aq)+2C17H35COO-(aq) → Ca(C17H35COO)2(s) …鈣肥皂Mg2+(aq)+2C17H35COO-(aq) → Mg(C17H35COO)2(s) …鎂肥皂除了鈣、鎂離子外，肥皂亦能被鐵、錳、鋅、銅…等離子所沉澱，所以在化學上乃定義：凡是水體存在能被肥皂產生沉澱的礦物質離子，都稱為「硬度離子」，包括鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅離子…等。由此可知，硬度是所有硬度離子濃度的指標值。經過軟化之後，不僅可節省肥皂還可以使洗出來的衣服柔軟，手感好。水中天然成份的鈣、鎂，它並非污染物質鎂、鈣離子對心血管細胞有特殊的保護，若硬水經電解後將鈣、鎂離子轉化成活性鈣、鎂易於人體吸收將有助於降低心病死亡率。飲用適度硬水，有益人體健康硬度太高的水口感較差軟水區因心血管疾病而死亡的比硬水區（）多了10~25%。而我國的檢驗標準為1000ppm以下，其實除非水源污染過於嚴重，否則大多數的飲用水不會有這麼大的硬度，因此我們希望水中能含有適量的礦物質，亦即飲用適度的硬水，一方面水的適飲性較佳，另一方面可幫助預防疾病的發生，維護健康。135℉（≒57℃）1。或結垢沈澱於加熱容器內，此結垢俗稱水垢，為熱之不良導熱體，影響加熱效率降低使用年限。加熱器如為電熱管，會因水垢附著緣故，加熱器無法散熱導致加熱器破裂，圖 2。一般加熱電熱管構造詳圖3。 圖 1 蒸汽加熱式儲水槽 圖 2 加熱電熱管結垢案例 圖 3 電熱管構造圖 電熱管構造說明： 1. 圖示1 電阻絲：電熱管熱之來源。 2. 圖示2 電組絲與電極接觸點。 3. 圖示3 絕緣材料。 4. 圖示4 電熱管外包材質，其材質有； 銅管：使用溫度在150℃以下，通常於水中及無腐蝕性液體中使用。 不銹鋼管：使用溫度在400℃以下，通常於一般乾燥或微量腐蝕性液體及食品製程中加熱使用。 鎳鉻合金管：使用溫度在750℃以下，通常於微量腐蝕性液體加熱及高溫乾燥爐使用。 鈦管：使用溫度在750℃以下，通常含有稍高腐蝕性液體使用。 圖示5末端填充材料，作為絕緣用。 4. 水垢的防止 水垢防止的方法，一般採用硬水軟化及電子水垢（）處理器煮沸 法、藥品處理（石灰蘇打）法、蒸餾法、陽離子交換法等。 4.1.1 煮沸法：暫時硬水可藉由煮沸方式，可將部分鈣鎂離子轉化為水垢。 Ca(HCO3)2(s)→CaCO3(s)+CO2+H20 4.1.2 藥品處理法：即加入消石灰Ca(OH)2軟化硬水，不管是暫時硬水或永久硬水都可以用「石灰－蘇打法」軟化硬水。石灰-蘇打法 (Ca(OH)2-Na2CO3)(工業用)Ca(HCO3)2+Ca(OH)2→2CaCO3+2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2→2MgCO3+2H2O 4.1.3 蒸餾法：利用蒸餾方式為最簡便方法，但CO2不易去除。 4.1.4 陽離子交換法：將硬水通過泡沸石(NaAlSiO4)或陽離子交換樹脂 A. Ca2+(aq)+2NaZ(s)→CaZ2(s)+2Na+(aq) 1. NaZ表天然泡沸石，實驗式為NaAlSiO4 2. 管柱使用一段時間後可用濃NaCl(aq)沖洗，恢復原狀，稱為再生CaZ2(s)+2Na+(aq)→Ca2+(aq)+2NaZ(s) .陽離子交換樹脂磺酸化聚苯乙烯的鈉鹽：R-SO3Na，其中R-SO3-代表磺酸化聚苯乙烯的陰離子Ca2+(aq)+2R-SO3Na(s)→CaCO3(s) + ( R-SO3)2(s)+2Na+(aq) 1. R-SO3Na代表磺酸化聚苯乙烯的人工合成樹脂 2. 管柱使用一段時間後