自动软水器设计手册

软化水系统设计手册1目录一、总述1.锅炉水处理监督管理规则第三条锅炉及水处理设备的设计、制造、检验、修理、改造的单位，锅炉及水处理药剂、树脂的生产单位，锅炉房设计单位，锅炉水质监测单位、锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规则。第九条锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，不应以化学清洗代替正常的水处理工作。第十条生产锅炉水处理设备、药剂和树脂的单位，须取得省级以上(含省级)安全监察结构注册登记后，才能生产。第十一条未经注册登记的锅炉水处理设备、药剂和树脂，不得生产、销售、安装和使用。第十四条锅炉水处理设备出厂时，至少应提供下列资料:1.水处理设备图样(总图、管道系统图等);2.设计计算书;3.产品质量证明书;4.设备安装、使用说明书;5.注册登记证书复印件。第三十六条对违反本规则的单位和个人，有下列情况之一者，安全监察机构有权给予通报批评、限期改进，暂扣直至吊销资格(对持证的单位和个人)的处理。2.离子交换树脂内部结构离子交换树脂的内部结构可以分为三个部分：1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、聚丙烯酸等；2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子官能团[如-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl]等，或带有极性的非离子型官能团[如-N(CH3)2、-N(CH3)H等]；3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。离子交换树脂的内部结构如下图中的左图所示，离子交换基团的结构如下图的右图所示。软化水系统设计手册2顺流再生：交换流速20-30m/h，反洗流速12~15m/h，吸盐流速4-6m/h（逆1.4-2m/h）3.钠离子交换软化原理及特性:钠离子交换软化处理的原理是：原水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的硬度成份Ca2+、Mg2+与树脂中的Na+相交换从而吸附水中的Ca2+、Mg2+使水得到软化。如以Raa代表钠型树脂，其交换、再生过程如下：2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na+R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2除去水中的硬度，碱度不变，TDS变化不大，氯根有所增加4.水质分析测试内容主要包括:PH，TDS，总硬度和铁含量及类型•PH值(PotentialofHydrogen)PH是氢离子浓度的负对数，表示溶液是酸性还是碱性。PH以0到14的尺标度量，以7.0为中点或中和点。PH值尺标01234567891011121314酸性中性碱性观察上面坐标，我们可得出结论:6.0比中性仅“酸性略强”，但考虑到上面的科学定义，PH每下降一个整数，溶液的酸度增加10倍。因此PH4.0的酸性是PH7.0的1000倍;反之，PH10.0的碱性是PH7.0的1000倍。•总溶解固体(TDS--TOTALDISSOLVEDSOLIDS)溶解于水中的所有矿物质总体称作总溶解固体(TDS)。TDS可通过加各种阳离子或各种阴离子求得(阳离子和阴离子配对数)。例如:钙=21GPG(359.1mg/l)氯=16GPG(237.6mg/l)镁=9GPG(153.9mg/l)硫酸根=4GPG(68.4mg/l)钠=13GPG(222.3mg/l)碳酸根=23GPG(393.3mg/l)总阳离子=43GPG(735.3mg/l)总阴离子=43GPG(735.3mg/l)总溶解固体(TDS)=43GPG(735.3mg/l)注意：TDS，总阳离子数和总阴离子数必须相等。溶解固体总量的90%以上是以下六种矿物质：阳离子：Ca2+，Mg2+，Na+阴离子：Cl-，SO42-，CO3-注：Ca2+和Mg2+是两种硬性矿物质的主要离子。GPG---格令/加仑•铁含量(IRON)铁约占地壳的5%，也是最常见的水问题之一。当铁暴露于空气、氯气中或受热时，从相对无害的二价状态转变到令人讨厌的三价状态：FeO+2H2CO3→Fe(HCO3)2+H2O4Fe(HCO3)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3+8CO2当铁与某些嗜铁细菌一起存在时，问题变得更为严重，细菌消耗铁以维持生命，最终死亡，留下淤渣可堵塞水管和阀门。三种主要嗜铁细菌：Gallionella(盖氏铁柄杆菌属)软化水系统设计手册3Crenothrix(铁细菌属)Leptothrix(汗毛菌属)•锰锰是一种稀有的金属，它的化学、物理性能均与铁非常相似。锰通过与铁类似的反应进入水中，并以类似的方式被氧化：MnO+2H2CO3→Mn(HCO3)2+H2OMn2++O2+2H2O→2MnO2+4H+二氧化锰(MnO2)在低达0.05PPM(0.05mg/L)的水平上就会引起黑色污污。情况既然如此，可以想象2PPM(2mg/L)的浓度将会怎样。•硬度值(HARDNESS)1)水在大气中凝聚，溶解空气中的二氧化碳，形成弱酸H2O+CO2→H2CO32)该酸随雨落地，流过土壤到达岩床，溶解石灰、中和，同时变硬H2CO3+CaCO3→Ca(HCO3)2H2+MgCO3→Mg(HCO3)23)钙，镁形成硬性水垢CaCl2氯化钙MgCl2氯化镁CaSO4硫酸钙MgSO4硫酸镁4)硬性物质引起的问题是多重的，最常见的是硬垢，反应水“硬化”现象的方程式如下：Ca(HCO3)2→加热→CaCO3+H2O+CO2•碱度水的碱度是指水中能够接受[H+]离子与强酸进行中和反应的物质含量。碱度是表示水中CO32-，HCO3-，OH-及其它一些弱酸盐类的总和。在水中碳酸氢盐与氢氧化物不能同时存在：HCO3-+OH-=CO32-+H2O因此，水中的碱度以五种形式存在:1)HCO3-2)CO32-3)OH-4)HCO3-+CO32-5)CO32-+OH-碱度对锅炉运行影响碱度对锅炉的腐蚀，主要是苛性脆化腐蚀，是由水中NaOH造成。苛性脆化腐蚀会使金属晶粒间发生裂纹。其后果轻者使锅炉不能使用，重者发生锅炉爆炸，造成严重后果。NaHCO3→NaOH+CO2Na2CO3+H2O→2NaOH+CO2•克分子(mol)定义：一定重量的物质，在数值上等于他的分子量，单位用克表示.这个量就称为一个克分子。如水的分子量为18，而18克水就是1克分子水。１克分子的水含有的分子数为：6.02X1023国际上规定：物质体系所包含的结构粒子(如原子、分子、离子、电子、光子等)数软化水系统设计手册4目与12克碳(C12)中的原子数目相等，则这体系的量为摩尔，符号mol。•当量定义：当量表示元素相互化合时它们之间的重量关系。各种元素相互化合时，其重量比等于他们的当量比。元素的当量＝原子量/化合价化合物的当量＝化合物的分子量/正(或负)价总数如:钙的当量=原子量/化合价=40.078/2=20.039•克当量定义：一定量的物质在数值上等于它的当量，单位以克表示，这个量就称为该物质的1个克当量。如：钙的当量为20.039，而20.039克的钙就等于1克当量•硬度单位1升水中含有的钙、镁离子的总毫克分子数(mmol/L)。1升水中含有的钙、镁离子的总毫克当量数(meq/L)。1升水中含有的1/2钙、1/2镁离子的总毫克分子数。即：以氢离子为基本单位的物质的量浓度(氢摩尔浓度)(在数值上½钙、½镁离子的总毫克分子数等于钙、镁离子的总毫克当量数)以CaCO3摩尔质量来表示的1升水中含有钙、镁离子的摩尔总数。表示方法为ppm(以CaCO3计)如:CaCO3的分子量为100其可接受或提供1mol[H+]的摩尔质量为50。硬度为2[H+]mmol/L浓度，可表示为2×50=100ppm(以CaCO3计)例：水质分析结果为Ca2+=42.4mg/L，Mg2+=25.5mg/L用上面４种方试表示其硬度(1)42.4/40.07+25.5/24.3=1.058+1.049=2.107mmol/L(2)42.4/20.03+25.5/12.15=4.22meq/L(3)4.22mmol/L(½Ca2+½Mg2+)(4)4.22×50=211ppm(以CaCO3计)1升水中含有的钙、镁离子总量等于17.1ppm(以CaCO3计）定义为一个格令/加仑(gr/gallon)。Cv和Kv是什么?•Cv是温度为60华氏度时,流体通过一阀门时压力损失1psi状态下的流量(单位为gpm).•Kv是温度为20摄氏度时,流体通过一阀门时压力损失1Bar状态下的流量(单位为m3/hr).•以上系数所涵盖的系统不受气蚀的影响.•数据来源为:在实验室状态下,在不同的流量情况下进行多次实验获得,同时记录下不同流量下的压力损失.软化水系统设计手册5•Cv和Kv的相互转换:Cv=1.16KvKv=0.853Cv•主要用作计算阀门在不同流量状态下的压力损失.DP=2Cvgpm(单位psi)DP=23mKvhr(单位为Bar)•Cv=DPgpmKv=DPhrm3•事例1:一阀门Cv=6.5,压力损失为1psi时的流量为6.5gpm.当流量为25gpm时,压力损失为:DP=(25/6.5)²=14.8psi•事例2:两软水器在流量为15gpm时,将产生的压力损失为3psi.计算流量为25gpm时的压差DP为多少?•Syst.Cv=(gpm/√DP)=(15/√3)=(15/1.732)=8.66•At25gpm,DP=(gpm/Cv)2=(25/8.66)2=8.3psi工作能力的表达:10吨软化器意思:一软化器的产水量为10m³/hr=10x(4.4)=44gpm线性流速的表达:10gpm/ft²(x)2.33=23.3m/h,中国采用的线性流速为20到30m/h(4.3to8.6gpm/ft²)体积流速的表达:7.481gpm/ft³=1BV/min加盐量:15lbs/ft³(x)16=240grams/literofresin树脂量:1ft³(x)28.3=28.3litersofresin树脂的交换能力:30Kgr/ft³(x)2.29=68.7gramsCaCO3/literofresin总硬度:171ppm=171mg/l=171grams/m³=10grains/gallon在中国锅炉锅炉给水应用中,可以接受的硬度泄露:0.03Meq/l或0.03Meq/l(x)50=1.5mg/l(以CaCO3计)水压:30psig(x)0.00689=0.207MegaPascals事例:TH=100mg/l,去除的硬度容量=68.7grams=68700mg软水量=(68700mg)/(100mg/l)=687L或(68.7g)/(100g/m³)=0.687m³•NaCl•日晒盐48-50%voidvolume69lbs/cu.ft.•矿盐41%voidvolume76lbs/cu.ft.•RustRem.Pellets48-52%voidvolume70lbs/cu.ft.•NaCl和KCl数据(At20ºCor68ºF)•1加仑水溶解盐量:3lbs.ofNaCl•I加仑NaCl饱和溶液中:2.6lbs.ofNaCl•1加仑水的溶解盐量:2.8lbs.OfKCl•1加仑KCl饱和溶液中:2.5lbs.ofKCl软化水系统设计手册6软化水系统设计手册7•我国江河湖泊水质组成成分含量，mg/L珠江长江黄河黑龙江闽江塔里木河松花江Ca2+18.028.939.111.62.6107.612.0Mg2+1.19.617.92.50.6841.53.8Na++K+16.18.646.36.76.710265.06.8HCO3-128.9162.054.920.2117.264.4SO42-34.813.482.66.04.96052.05.9Cl-7.34.230.02.00.514368.01.0含盐量110.2193.6377.983.735.531751.393.9某些淡水湖泊、水库水质组成成分含量，mg/L南湖（武汉）洪湖（湖北）立新城水库藏（长春）Ca2+18.922.420.5Mg2+1.833.175.61Na++K+17.911.43.17