物理场水处理设备阻垢性能检测标准研究

物理场水处理设备阻垢性能检测标准研究

章全奎

安徽省产品质量监督检验研究院 安徽合肥230601

摘要：物理场水处理设备因为其无耗材、无污染、成本低等优点被广泛应用于工业生产、商用领域，其阻垢性能检测需求旺盛，研究相关检测标准具有重要的现实意义。本文从现有物理场水处理设备检测标准、不同标准中阻垢性能检测方法方面进行分析、研究，讨论了现行阻垢率检测标准方法的来源、差异，并提出了检测方法优化的建议。

关键词：物理场 阻垢 检测 标准

引言：用水设备、管道及换热设备结垢是工业、商用用水设备普遍存在问题，水垢的不断累积会降低设备传热性能，并可能导致管路、设备堵塞，造成能源浪费甚至设备损坏。因此，如何对水进行有效处理，以达到阻垢抑垢的效果被广泛关注。物理法阻垢按原理可分为过滤类、离子交换类、除氧/二氧化碳类、膜处理类、超声波及物理场水处理等[1-4]，一般通过水处理设备实现。其中，物理场水处理是指通过电场、磁场、超声波等物理场影响成垢盐的成核、结晶及生长过程，抑制水垢的沉积的方法，具有无耗材、无污染、成本低等优点，被广泛应用。因此，物理场水处理设备阻垢性能检测需求旺盛，研究相关检测标准具有重要的现实意义。

一、常见物理场水处理设备检测标准

目前，可供物理场水处理设备参照使用的国家/行业标准有7项，分别是NB/T 10790-2021《水处理设备 技术条件》、GB/T 26962-2011《高频电磁场综合水处理器技术条件》[5]、HG/T 4083-2009《离子棒水处理器》[6]、HG/T 3133-2006《电子式水处理器技术条件》[7]、HJ/T 227-2005《环境标志产品技术要求 磁电式水处理器》[8]、HG/T 3729-2004《射频式物理场水处理设备技术条件》及CJ/T 3066-1997《内磁水处理器》[9]，其中涉及到高频电磁场、高压静电场、低压电场、永磁磁场等类型的物理场。这些标准中，NB/T 10790-2021和已废止的CJ/T 3066-1997未对产品阻垢性能提出具体要求，其它标准均对产品阻垢率指标提出了具体要求，阻垢率要求均不小于85%。在NB/T 10790-2021标准中与阻垢性能相关的指标为处理后水的总硬度、电导率等，详见表1。

由表1可见，各标准中阻垢率项目的检测方法均为重量法，且均修改采用自HG/T 2160《冷却水动态模拟试验方法》[11-12]，但在标准版本上有所区别。HG/T 2160中阻垢性能相关检测项目为年污垢热阻、污垢沉积率、平均垢厚、垢密度，并没有阻垢率项目，以上标准均采用污垢沉积率检测时的水垢质量取值方式，计算有/无水处理设备时试验管的结垢质量，从而测得阻垢率。

表1 常见物理场水处理设备产品标准中对阻垢性能的要求

二、不同标准中阻垢率检测方法差异

由于结垢过程本质上是成垢离子沿固液界面的固体一侧发生的化学吸附与物理吸附作用的延伸，即无机盐等在固体表面结晶的过程，与固液界面即管路、换热器件内表面的材质、粗糙度等相关。因此，上述标准均使用与实际情况接近的不锈钢或碳钢管作为试验管，采用重量法检测阻垢率，这比通过检测水中钙、镁等离子浓度变化或电导率变化更能直观的反映物理场水处理设备的阻垢性能。但各标准在使用HG/T2160时，按水处理设备实际使用工况做了一定优化，具体修改内容及检验方法差异见表2。

表2 标准中阻垢率检验方法差异

由于HG/T2160方法设计用于敞开式循环冷却水系统，不适用于其它工况，且单次试验周期不少于15天，如用于对比有/无水处理设备的结垢情况，试验周期将大于30天，存在试验周期过长的问题。故以上标准在优化试验方法时，均通过不同程度的增加集水池容积，增加循环水量，以提高结垢量，缩短试验周期。此外，由于水垢的主要成分碳酸钙的溶解度随水温升高而降低，实际使用中，各种热水工况下结垢情况更为严重，以上标准均通过使用耐热管路、热水泵等方式，使试验方法适用于使用热水循环，在HG/T 3729-2004中，还允许循环回水不经冷却塔直接回到集水池，以提高循环水温度，促进水垢产生，缩短试验周期。

三、结语

目前物理场水处理设备阻垢性能检测方法均修改采用自HG/T 2160，该方法设计用于敞开式循环冷却水系统，虽各标准在使用时均进行了一定优化，采用了更直观、准确的重量法，但还存在试验周期长、耗水量大、能耗高等缺点。并且，由于该方法循环水流路中包含敞开式的冷却塔，极易受试验环境中各种污染因素影响，与多数工业用、商用物理场水处理设备的使用场景不同，现有的试验方法已不能充分满足阻垢性能检验需求，亟需优化。因此，通过加强对水垢产生及附着的机理研究，优化现有检验标准，设计一种使用配制水、多路循环、高效换热的封闭式循环模拟试验方法，以减少试验用水量，降低能耗，缩短检验周期，能有效降低物理场水处理设备的检测成本，降低企业经济负担及时间成本，对促进行业发展将起到至关重要的推动作用。

[1]NB/T 10790-2021,水处理设备 技术条件[S].

[2]QB/T 4144-2019,家用和类似用途纯净水处理器[S].

[3]HG/T 3729-2004,射频式物理场水处理设备技术条件[S].

[4]杨帅兵,贾芸,赵巨东,韩兵阳,徐静.超声波与镁离子复合阻垢抑垢效果研究[J].内蒙古工业大学学报(自然科学版),2023,42(5):402-409.

[5]GB/T 26962-2011,高频电磁场综合水处理器技术条件[S].

[6]HG/T 4083-2009,离子棒水处理器[S].

[7]HG/T 3133-2006,电子式水处理器技术条件[S].

[8]HJ/T 227-2005,环境标志产品技术要求 磁电式水处理器[S].

[9]CJ/T 3066-1997,内磁水处理器[S].

[10]HG/T 3133-1998,电子式水处理器技术条件[S].

[11]HG/T 2160-2008,冷却水动态模拟试验方法[S].

[12]HG/T 2160-1991,冷却水动态模拟试验方法[S].