不同涂层材料表面CaCO3污垢特性的研究.pdf

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1、160化工、。机械2011年不同涂层材料表面CaC03污垢特性的研究+张仲彬料徐志明张明玉(东北电力大学能源与机械工程学院)摘要采用对比实验的方法，通过对EcTFE、FEP、PTFE争PFA44种涂层材料表面的粗糙度、接触角、表面能测量和计算，考察了这些表面特性参数对caco，污垢形成的影响。实验结果表明，材料表面特性对污垢形成有较大影响，材料的表面能越低，污垢沉积量越小，而表面的粗糙度、接触角对cac0，污垢形成的影响还未发现明显的规律。关键词涂层材料表面特性cac0，污垢污垢沉积中圈分类号TQ050．4+3文献

2、标识码A文章编号0254—6094(2011)02m160讲换热设备污垢由于其普遍性、复杂性和危害性已经成为一直困扰着人们的问题⋯。由于污垢的存在，使换热器传热能力下降，而且污垢要占据一定的流通面积，使传热介质的流动阻力增加，由此造成能源损失和浪费。换热材料表面特性是影响污垢形成和生长的重要因素。近年来，为了减小换热材料的表面污垢的粘附和沉积速度，提高传热能力，国内外研究者们在材料表面改性方面进行了大量的研究工作，并取得了可观的成绩心17J。在此基础上，笔者主要研究换热设备中的ECTFE、FEP、PrI’FE和PF

3、A44种涂层材料表面主要特性参数对CaCO，污垢形成的影响，并分析不同的粗糙度、接触角、表面能对污垢特性的影响。1实验装置实验装置如图l所示。实验装置主要包括温度控制系统、流量调节阀、实验段及上下水箱。恒温工质由循环水泵打人上水箱，流经下水管路和实验段后回到下水箱，多余工质经过溢流板流回下水箱，如此往复。下水箱中装有搅拌器，保证温度和工质均匀。实验工质采用人工配置的CaCO，过饱和溶液，工质流经实验段时，部分cacO，析出沉积在固定在实验段中的试片上，通过测量质量差来计算单位面积的污垢沉积量，从而对它们的污垢性能进

4、行比较。图1实验装置示意图l——上水箱；4——试片；7——流量调节阀；lO——热电阻；13——加热器；16——溢流管；2——溢流板；3——下水管；5——实验段；6——试片架；8——温控器；9——电源；ll——下水箱；12——搅拌器；14——循环水泵；15——上水管；17——测试台2实验结果与分析2．1涂层材料表面污垢特性不同涂层材料表面结垢在相同的工况下进行对比实验，CaCO，污垢单位面积沉积质量随时间·国家重点基础研究发展规划基金项目(2007cB206904)和东北电力大学博士启动基金项目(BsJxM-2009

5、16)。··张仲彬，男，1973年4月生，讲师。吉林省吉林市，132012。筇38卷第2明的变化曲线如图2所不．4种涂屠材料表而住实验条件下PTFE材料的结垢啦蛀大．FFP和RcTFE次之．PF^_睦小，而锕结垢情明显多1：4种涂层材料结垢世。图2{同袁自能涂屡材料#垢曲线利用砸微镜对涂层材料表面结垢后的状况进疏橙．易脱落．污垢层基奉I铺满表面；EcTFE和fj比较(刚3)胛FE表而有叫显碳酸钙沉穰，形PF^表面形成曲污垢屡与FEP表面相似，也是形成作秘大小不等的颗粒．质地比车盘一旺硬币易脱落．成柱{对均匀的H垢薄

6、层，容易脱落．但没冉完全铺H分布小均匀，没有完伞铺满整个表而；FEP表而满整个表而，PFA看起来结垢量史少点，这与实验形成的碳酸钙污垢层较薄．比较均匀．且质地比较结果相致。囤3实验后潦E材料表自镕垢形志比较22影响因素分析21接触角、表面能和粗糙度的测世与计算利用Jc2000c1型接触角测世仪测量丁燕馏水和廿油在4种材料表向l的接触角：并根曲{洲量的接触角值，应用0⋯s和wcndt公止计算其表断能：利用rH300型租糙度测艟仪测定了4种材料表面的粗糙度。具体数傅列于表】，表I4种潦层材料袁自的接触角、表自能和粗糙度

7、化丁机械2叭1年22接触角和表mI能对cac0，污垢沉积的影响从表I可以看出，接触角是按照EcTFE、FEP、P1’FE和PFA的顺序逐渐增大的。以浓度为l∥lJ、速度为015m／s、温度为40℃的丁况为侧。4种埭层材料表面的接触角与表面单位面祝平均结垢培之问的关系如图4所示。执图4可以看出，4种涂层材料表面的单位面积平均缔垢量井没有遵循与接触角同样的变化规律，丌FF在4种潦层材料中结垢世最大，胛FE和PFA的接触角相差不犬，但它们的平均缔垢量却棚差很多。从实驻结果来看接触角大小对涂层材料表面结垢姑的肜响没有规律。

8、图4接触角与平均结垢量关系圈5为两种不同丁况F小同表面能材料的单位面积平均结垢量(cac0，污垢)的比较。从图5中叮“看出，4种涂层材料的表面能大小是按町一FE、rEP、EcTFE和PF^的顺序逐渐降低的，而单位面积平均结垢量也是按这个顺序战小的。因此．表面能越小，单位面积平均结垢量(cac0，“垢)越少。圉5袁自能与平均姑垢量关系23粗糙度对cac0、污垢