不同涂層材料表面CaCO3污垢特性的研究.pdf

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1、160化工、。機(jī)械2011年不同涂層材料表面CaC03污垢特性的研究+張仲彬料徐志明張明玉(東北電力大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院)摘要采用對比實(shí)驗(yàn)的方法，通過對EcTFE、FEP、PTFE爭PFA44種涂層材料表面的粗糙度、接觸角、表面能測量和計(jì)算，考察了這些表面特性參數(shù)對caco，污垢形成的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，材料表面特性對污垢形成有較大影響，材料的表面能越低，污垢沉積量越小，而表面的粗糙度、接觸角對cac0，污垢形成的影響還未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律。關(guān)鍵詞涂層材料表面特性cac0，污垢污垢沉積中圈分類號TQ050．4+3文獻(xiàn)

2、標(biāo)識碼A文章編號0254—6094(2011)02m160講換熱設(shè)備污垢由于其普遍性、復(fù)雜性和危害性已經(jīng)成為一直困擾著人們的問題?。由于污垢的存在，使換熱器傳熱能力下降，而且污垢要占據(jù)一定的流通面積，使傳熱介質(zhì)的流動(dòng)阻力增加，由此造成能源損失和浪費(fèi)。換熱材料表面特性是影響污垢形成和生長的重要因素。近年來，為了減小換熱材料的表面污垢的粘附和沉積速度，提高傳熱能力，國內(nèi)外研究者們在材料表面改性方面進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了可觀的成績心17J。在此基礎(chǔ)上，筆者主要研究換熱設(shè)備中的ECTFE、FEP、PrI’FE和PF

3、A44種涂層材料表面主要特性參數(shù)對CaCO，污垢形成的影響，并分析不同的粗糙度、接觸角、表面能對污垢特性的影響。1實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置如圖l所示。實(shí)驗(yàn)裝置主要包括溫度控制系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)閥、實(shí)驗(yàn)段及上下水箱。恒溫工質(zhì)由循環(huán)水泵打人上水箱，流經(jīng)下水管路和實(shí)驗(yàn)段后回到下水箱，多余工質(zhì)經(jīng)過溢流板流回下水箱，如此往復(fù)。下水箱中裝有攪拌器，保證溫度和工質(zhì)均勻。實(shí)驗(yàn)工質(zhì)采用人工配置的CaCO，過飽和溶液，工質(zhì)流經(jīng)實(shí)驗(yàn)段時(shí)，部分cacO，析出沉積在固定在實(shí)驗(yàn)段中的試片上，通過測量質(zhì)量差來計(jì)算單位面積的污垢沉積量，從而對它們的污垢性能進(jìn)

4、行比較。圖1實(shí)驗(yàn)裝置示意圖l——上水箱；4——試片；7——流量調(diào)節(jié)閥；lO——熱電阻；13——加熱器；16——溢流管；2——溢流板；3——下水管；5——實(shí)驗(yàn)段；6——試片架；8——溫控器；9——電源；ll——下水箱；12——攪拌器；14——循環(huán)水泵；15——上水管；17——測試臺2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2．1涂層材料表面污垢特性不同涂層材料表面結(jié)垢在相同的工況下進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，CaCO，污垢單位面積沉積質(zhì)量隨時(shí)間·國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃基金項(xiàng)目(2007cB206904)和東北電力大學(xué)博士啟動(dòng)基金項(xiàng)目(BsJxM-2009

5、16)。··張仲彬，男，1973年4月生，講師。吉林省吉林市，132012。筇38卷第2明的變化曲線如圖2所不．4種涂屠材料表而住實(shí)驗(yàn)條件下PTFE材料的結(jié)垢啦蛀大．FFP和RcTFE次之．PF^_睦小，而錒結(jié)垢情明顯多1：4種涂層材料結(jié)垢世。圖2{同袁自能涂屢材料#垢曲線利用砸微鏡對涂層材料表面結(jié)垢后的狀況進(jìn)疏橙．易脫落．污垢層基奉I(lǐng)鋪滿表面；EcTFE和fj比較(剛3)胛FE表而有叫顯碳酸鈣沉穰，形PF^表面形成曲污垢屢與FEP表面相似，也是形成作秘大小不等的顆粒．質(zhì)地比車盤一旺硬幣易脫落．成柱{對均勻的H垢薄

6、層，容易脫落．但沒冉完全鋪H分布小均勻，沒有完傘鋪滿整個(gè)表而；FEP表而滿整個(gè)表而，PFA看起來結(jié)垢量史少點(diǎn)，這與實(shí)驗(yàn)形成的碳酸鈣污垢層較?。容^均勻．且質(zhì)地比較結(jié)果相致。囤3實(shí)驗(yàn)后潦E材料表自镕垢形志比較22影響因素分析21接觸角、表面能和粗糙度的測世與計(jì)算利用Jc2000c1型接觸角測世儀測量丁燕餾水和廿油在4種材料表向l的接觸角：并根曲{洲量的接觸角值，應(yīng)用0?s和wcndt公止計(jì)算其表斷能：利用rH300型租糙度測艟儀測定了4種材料表面的粗糙度。具體數(shù)傅列于表】，表I4種潦層材料袁自的接觸角、表自能和粗糙度

7、化丁機(jī)械2叭1年22接觸角和表mI能對cac0，污垢沉積的影響從表I可以看出，接觸角是按照EcTFE、FEP、P1’FE和PFA的順序逐漸增大的。以濃度為l∥lJ、速度為015m／s、溫度為40℃的丁況為側(cè)。4種埭層材料表面的接觸角與表面單位面祝平均結(jié)垢培之問的關(guān)系如圖4所示。執(zhí)圖4可以看出，4種涂層材料表面的單位面積平均締垢量井沒有遵循與接觸角同樣的變化規(guī)律，丌FF在4種潦層材料中結(jié)垢世最大，胛FE和PFA的接觸角相差不犬，但它們的平均締垢量卻棚差很多。從實(shí)駐結(jié)果來看接觸角大小對涂層材料表面結(jié)垢姑的肜響沒有規(guī)律。

8、圖4接觸角與平均結(jié)垢量關(guān)系圈5為兩種不同丁況F小同表面能材料的單位面積平均結(jié)垢量(cac0，污垢)的比較。從圖5中?！翱闯?，4種涂層材料的表面能大小是按町一FE、rEP、EcTFE和PF^的順序逐漸降低的，而單位面積平均結(jié)垢量也是按這個(gè)順序戰(zhàn)小的。因此．表面能越小，單位面積平均結(jié)垢量(cac0，“垢)越少。圉5袁自能與平均姑垢量關(guān)系23粗糙度對cac0、污垢