朗格利尔饱和指数怎么算:LSI = pH − pHs,9.3 这个常数是两次单位换算拼出来的

自采暖系统一年补不了几次水,水质跑偏往往要等板换堵了才发现。判断一份水是"结垢"还是"腐蚀",工程上只看一个数:朗格利尔饱和指数 LSI——水的实测 pH,减去这份水刚好被碳酸钙饱和时的 pHs。
一、公式里每一项是什么
LSI = pH − pHs,而 pHs = (9.3 + A + B) − (C + D)。
| 项 | 算法 | 管的是什么 |
|---|---|---|
| A | (lg TDS − 1) / 10 | 含盐量(离子强度) |
| B | −13.12 × lg(T + 273) + 34.55 | 水温 |
| C | lg 钙硬度(以 CaCO₃ 计, mg/L) − 0.4 | 钙离子多少 |
| D | lg 碱度(以 CaCO₃ 计, mg/L) | 碳酸根储备 |
判据:LSI > +0.5 明显结垢,−0.5 ~ +0.5 基本稳定,< −0.5 转为腐蚀。
二、同一份水,20℃ 和 60℃ 差出 0.73
取华北某地自来水:TDS = 320 mg/L,钙硬度 220 mg/L,碱度 180 mg/L,pH = 7.8。代入:
| 水温 | pHs | LSI | 结论 |
|---|---|---|---|
| 20℃ | 7.44 | +0.36 | 基本稳定 |
| 60℃ | 6.71 | +1.09 | 明显结垢 |
两个温度的差全在 B 项:0.729。而含盐量那一项 A 只有 0.151,温度的贡献是 TDS 的 4.84 倍。所以同一份水在冷水管里相安无事,进了 60℃ 的主换热器就落进结垢区。这和本站实测是对得上的:板换上 0.1 毫米垢掉一成七,暖气片上 1 毫米才掉 0.4%,折算成每毫米相差 425 倍——先出问题的永远是水温最高、间隙最小的那一台。
三、9.3 这个常数是拼出来的,不是测出来的
pHs 的定义式是 pHs = pK₂ − pKs + pCa + pAlk(25℃ 取 pK₂ = 10.33、方解石 pKs = 8.48)。把 mg/L(以 CaCO₃ 计)换成 mol/L 时,钙硬度要除以 10⁵(CaCO₃ 摩尔质量 100 g/mol),碱度要除以 5×10⁴(当量质量 50 g/eq),于是:
pCa + pAlk = (5 + 4.699) − (lg Ca + lg Alk) = 9.699 − (lg Ca + lg Alk)
而 A、B、C、D 那套写法里,−C − D = 0.4 − (lg Ca + lg Alk)。两式一减:
9.699 − 0.4 = 9.299 ≈ 9.3
也就是说,9.3 里几乎没有化学,它主要来自两次单位换算(10⁵ 与 5×10⁴)再挪走 C 项里那个 0.4。真正的化学 pK₂ − pKs = 1.85,是由 A 和 B 送回来的:25℃、TDS = 1000 mg/L 时 9.3 + A + B − 9.699 = 1.889,与 1.85 只差 0.039(2.1%),残差来自活度系数与 Ksp 取值。
四、软化过头会翻到反面
钠离子交换把钙换成钠:钙硬度从 220 掉到 8 mg/L,碱度和 pH 不变。C 项由 1.942 变 0.503,pHs 抬到 8.15,LSI 从 +1.09 变成 −0.35,整整掉 1.44 个单位——从结垢直接翻成腐蚀。所以不是越负越好,工程上通常取 −0.5 ≤ LSI ≤ +0.5。
五、这个数管不到的事
LSI 只判碳酸钙。钢怕氧,看的是溶解氧 0.1 mg/L 那条红线;铝怕 pH,国标干脆给钢和铝划了两个碰不上的区间(钢 9.5~12、铝 6.5~8)。这两件事 LSI 一个都管不了,得各查各的。
六、什么时候要复测
密闭系统本身不浓缩,LSI 只在补水那一刻被"充值"。所以真正要看的是补水率——一天补两升就已经把 1% 的补水率用掉了,一年下来系统里的水被换过好几轮,LSI 跟着自来水走,而不是跟着上一次的读数走。漏水点修好之后,LSI 才算稳定;在此之前,只能按除垢清洗的思路先处理症状。
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