循環(huán)冷卻水加藥及水質(zhì)處理

1、循環(huán)冷卻水加藥及水質(zhì)處理一. 總述冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用 , 由于水溫升高 , 水流速度的變化 , 水的蒸發(fā) , 各種有機(jī)物質(zhì)及無(wú)機(jī)離子的濃縮 , 冷卻塔及水池在室外受陽(yáng)光的照射, 風(fēng)吹雨淋 , 灰塵雜物的進(jìn)入 , 以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料的多種因素的綜合作用, 會(huì)產(chǎn)生比直流系統(tǒng)更為嚴(yán)重的沉積物的附著, 設(shè)備腐蝕和微生物的大量滋生 , 以及由此帶來(lái)的黏泥污垢堵塞管道等問(wèn)題 . 這樣的結(jié)果會(huì)危和破壞工廠(chǎng)的長(zhǎng)周期的安全生產(chǎn) , 甚至造成損失 , 所以必須多循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)進(jìn)行日常的有效的監(jiān)控 , 使上述問(wèn)題得到解決和改善 .開(kāi)放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常要關(guān)注的三個(gè)主要問(wèn)題是 : 結(jié)垢 ; 腐蝕 ;

2、 和微生物及黏泥 .1. 沉積物的析出和附著一般天然水中都溶解有重碳酸鹽 , 這種鹽是冷卻水系統(tǒng)發(fā)生水垢的主要成分. 在直流冷卻水系統(tǒng)中 , 重碳酸鹽的濃度較低 . 但在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中 , 重碳酸鹽濃度隨著蒸發(fā)濃縮而增加 , 當(dāng)其濃度達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)的時(shí)候 . 或者在經(jīng)過(guò)換熱器傳熱表面使水溫升高時(shí) , 就會(huì)發(fā)生如下的反映 :Ca(HCO3)2=CaCO3 +CO2+H2O冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔向下噴淋時(shí) , 溶解在水中的 CO2就會(huì)逸出 , 這就促使上述反映向右進(jìn)行 . CaCO3沉積在換熱器的表面上 , 形成致密的碳酸鈣水垢 , 它的導(dǎo)熱性很差 . 水垢附著的危害 , 輕者是換熱器的傳熱效率降低

3、, 影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量 , 嚴(yán)重的則堵塞管道 .2 設(shè)備腐蝕循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中 , 大量的設(shè)備是金屬制造的換熱器 . 對(duì)于碳鋼制成的換熱器 , 長(zhǎng)期使用冷卻水 , 會(huì)發(fā)生腐蝕穿孔 , 其就是腐蝕造成的 .a) 冷卻水溶解氧的電化學(xué)腐蝕 .結(jié)果就是微電池的陽(yáng)極區(qū)的金屬不斷的溶解而被腐蝕 .B) 有害離子引起的腐蝕 .金屬的腐蝕速率與水中陰離子的種類(lèi)有密切關(guān)系, 水中的陰離子在增加水中金屬的腐蝕速度方面有如下的順序:NO3-<CH3COO-<SO4 2- <CL-<CLO4-C) 微生物引起的腐蝕循環(huán)冷卻水的微生物的滋生, 也會(huì)引起金屬發(fā)生腐蝕. 這是由于微生物排除的黏泥與無(wú)

4、機(jī)垢和泥砂雜物等形成的沉積物附著在金屬表面 , 促使金屬腐蝕 . 此外 , 在金屬表面和沉積物之間缺乏氧 , 因此一些厭氧菌得以繁殖 , 當(dāng)溫度在 25-30時(shí) , 其繁殖更快 . 對(duì)金屬的腐蝕創(chuàng)造了有利的條件。上述因素對(duì)碳鋼的腐蝕通常使換熱器管壁穿孔 , 形成滲漏 , 損失物料 , 污染水體 , 影響產(chǎn)品質(zhì)量 .D)微生物的滋生和黏泥冷卻水中的微生物一般是指細(xì)菌和藻類(lèi) . 在新鮮水中 , 一般細(xì)菌和藻類(lèi)都比較少 , 但在循環(huán)冷卻水中 , 由于養(yǎng)分的濃縮 , 水溫的升高和日光照射 , 給細(xì)菌和藻類(lèi)繁殖創(chuàng)造了迅速繁殖的條件 . 大量的細(xì)菌分泌出的黏泥象黏合劑一樣 , 能使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)

5、沉淀物等黏附在一起 , 形成沉積物黏附在換熱器的傳熱表面上的, 即是生物黏泥 .黏泥積附在換熱器壁上, 除會(huì)引起腐蝕外 , 還會(huì)使冷卻水的流量減少, 從而降低換熱器的冷卻效率 ; 嚴(yán)重的 , 這些捻泥會(huì)將管子堵死 , 迫使停車(chē)清洗 .( 我們的控制標(biāo)準(zhǔn): 異氧菌總數(shù) <1*105 個(gè) , 現(xiàn)在我們的系統(tǒng)穩(wěn)定在300-1000 個(gè)之間 , 主要依靠投加氧化性殺生劑強(qiáng)氯精結(jié)合非氧化性殺生劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二 . 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的沉積物沉 積 物 包 括 : 水 垢 (SCALE), 淤 泥 (SLUDGE),腐 蝕 產(chǎn) 物 (CORROSIONPRODUCTS)和生物沉積物 (BIOLOGICA

6、L DEPOSITS)構(gòu)成 . 通常 , 我們把淤泥 , 腐蝕產(chǎn)物和生物沉積物三者統(tǒng)稱(chēng)為污垢(FOULING).天然水中溶解的各種鹽類(lèi) , 如重碳酸鹽 , 硫酸鹽 , 氯化物 , 硅酸鹽等 . 其中以溶解度重碳酸鹽 Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2為最多 , 也最不穩(wěn)定 , 容易分解生成碳酸鹽 .( 說(shuō)明 : 冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔相當(dāng)于一個(gè)暴氣過(guò)程 , 溶解的 CO2逸出 , 因此水的 PH值會(huì)升高 .Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O此時(shí) , 重碳酸鹽在堿性條件下也會(huì)發(fā)生如下的反映Ca(HCO3)2+2OH-=CaCO3+CO32- +2H2O在水中有 CaCL2時(shí), 還會(huì)產(chǎn)

7、生下列反映 :CaCL2+ CO32-= CaCO3+2CL-在大多數(shù)情況下 , 換熱器表面上形成的水垢是以碳酸鈣為主的. 這是因?yàn)榱蛩徕}的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳酸鈣. 而磷酸鹽相對(duì)較少 ,( 我們控制的正磷是3-4PPM).因此 , 形成磷酸鈣水垢的機(jī)會(huì)也很少.污垢是由顆粒細(xì)小的泥砂, 塵土 , 不溶性鹽類(lèi)的泥狀物 , 膠狀氫氧化物，雜物碎屑，腐蝕產(chǎn)物，油污，特別是菌藻的尸體及其黏性分泌物等組成。水處理不當(dāng)，細(xì)菌控制殺滅不及時(shí)，或腐蝕嚴(yán)重，水質(zhì)濁度過(guò)高等，都會(huì)加劇污垢形成，當(dāng)這些雜質(zhì)經(jīng)過(guò)換熱面時(shí)，特別是水走殼程，流速緩慢的部位污垢沉積更多。三，水垢析出的判斷（1）碳酸鈣垢析出的判斷碳酸鈣在水中達(dá)到

8、飽和狀態(tài)的時(shí)候，存在如下動(dòng)平衡關(guān)系。Ca(HCO3)2=Ca2+2H CO32-H CO32-=H+ CO32-CaCO3= Ca2+CO3-根據(jù)上述平衡關(guān)系， 朗格利爾提出了飽和 PH和飽和指數(shù)的概念， 以判斷碳酸鈣在水中是否析出水垢， 并提出了用加酸或用加堿預(yù)處理的方法來(lái)控制水垢的析出。如果冷卻水系統(tǒng)中碳酸鈣呈飽和狀態(tài)， 則反應(yīng)式 1，2 和 3 處于平衡狀態(tài)，重碳酸鈣既不分解為碳酸鈣， 碳酸鈣也不會(huì)繼續(xù)溶解。 此時(shí)的 PH 稱(chēng)為該水的飽和 PH值，以 PHS表示。朗格利爾推導(dǎo)出了計(jì)算 PHS的公式，即 PHS=(9.7+A+B)-(C+D)雷滋納根據(jù)此提出了穩(wěn)定指數(shù)分析判斷公式：2PHS

9、-PH的差值來(lái)（PH水的實(shí)際PH 值）判斷水垢的析出。此差值稱(chēng)為飽和指數(shù)，以R。S。I=2PHS-PH與 6 進(jìn)行比較。R。S。I=2PHS-PH 6 結(jié)垢R。S。I=2PHS-PH=6 不結(jié)垢也不腐蝕R。S。I=2PHS-PH6腐蝕注： PHS=(9.7+A+B）-(C+D)A:總?cè)芙夤腆w系數(shù)B:溫度系數(shù)C:鈣硬系數(shù)D:M-ALK堿度系數(shù)如現(xiàn)在我們的冷卻水分析結(jié)果是 :TDS: 1000A=0.2水溫 :35 B=1.79鈣硬 :520C=2.70M-ALK:100-110 D=2.00則 PHS=(9.7+A+B)-(C+D)=(9.7+0.2+1.79)-(2.70+2.00)=6.99

10、 =2*6.99-8.0=5.98 6 結(jié)果較好四. 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物的控制一, 水垢的控制我們知道在循環(huán)冷卻水中最主要的的水垢是碳酸鈣垢. 因此日常水垢的控制主要是指碳酸鈣水垢的控制.而磷酸鹽垢和硅酸鹽垢因在水中其成垢離子濃度一般都很少，是不容易析出的.3_附：冷卻水中正磷酸根控制指標(biāo)為PO4 為 3.5-6ppm , 實(shí)際控制結(jié)果為大約4ppm),硅 SiO2<150ppm,實(shí)際控制結(jié)果為 :5-9ppm)而對(duì)于碳酸鈣垢的控制我們采用的采用的是：1 > 加酸1. 加硫酸 , 因?yàn)榱朔乐乖黾铀械?CL-, 不加鹽酸 . 加硝酸會(huì)帶入硝酸跟 , 有利于硝化細(xì)菌的繁殖 . 由

11、于重碳酸鹽在水中常呈下列平衡 :Ca(HCO3)2=Ca2+2H CO2-H CO32-=H+ CO2-33所以加酸帶入的H+,可使反應(yīng)向左進(jìn)行 , 使重碳酸鹽穩(wěn)定 .但要注意的是 , 加酸后 , 水的 PH值會(huì)降低 , 如不注意控制而加酸過(guò)多, 則會(huì)加速設(shè)備的腐蝕 .為防止硫酸腐蝕儲(chǔ)罐和低溫下不結(jié)晶，現(xiàn)夏季所用硫酸為:98% 冬季 :93%。2 > 投加阻垢劑從水中析出碳酸鈣等水垢的過(guò)程, 就是微溶性鹽從溶液中結(jié)晶沉淀的過(guò)程 . 按結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的觀(guān)點(diǎn) , 結(jié)晶的過(guò)程首先是生成晶核, 形成少量的微晶粒 ,然后這種微小晶粒在溶液中由于熱運(yùn)動(dòng)( 布朗運(yùn)動(dòng) ) 不斷的碰撞 , 與金屬壁也不斷的進(jìn)

12、行碰撞 , 碰撞的結(jié)果是提供了晶體生長(zhǎng)的機(jī)會(huì), 使小晶體不斷的變成了大晶體 , 也就是形成了覆蓋傳熱面的垢層。所以 , 從碳酸鈣的結(jié)晶過(guò)程看, 通過(guò)投加一種藥劑 , 破壞其結(jié)晶的增長(zhǎng) , 就可以達(dá)到控制水垢的形成的目的. 這就是投加阻垢劑。二. 污垢的控制污垢的構(gòu)成主要是塵土, 雜物碎屑 , 菌藻尸體及其分泌物和細(xì)微水垢, 腐蝕產(chǎn)物等構(gòu)成 . 因此 , 欲控制好污垢 , 降低補(bǔ)充水濁度要求補(bǔ)充水濁度 <5 ppm,我們公司采用的補(bǔ)充水其浞度1ppm,規(guī)范中規(guī)定 , 循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度 <20PPM，.同時(shí)此控制指標(biāo)也可以由冷卻水的濁度直接反映出來(lái)。三 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕

13、及控制冷卻水系統(tǒng)要解決的第二個(gè)問(wèn)題就是冷卻水系統(tǒng)中的金屬設(shè)備的腐蝕.(1) 冷卻水中金屬腐蝕的機(jī)理我們知道碳鋼金屬的表面并不是均勻的. 當(dāng)它與冷卻水接觸的時(shí)候 ,會(huì)形成許多微小的腐蝕電池 ( 微電池 ). 其中活撥的部位叫陽(yáng)極, 腐蝕學(xué)上叫陽(yáng)極區(qū) ; 而不活潑的部位叫陰極 , 腐蝕學(xué)上叫陰極區(qū) .極反應(yīng)式為 :在陽(yáng)極區(qū) : FeFe2+ + 2e在陰極區(qū) :?O2+H2O+2e2OH-由以上分析知道 ,金屬的腐蝕是金屬陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)極的溶解反應(yīng), 金屬的腐蝕破壞僅出現(xiàn)在腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū) .因此 , 在腐蝕控制中 , 只要我們控制好腐蝕過(guò)程中的陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)兩者中的任意一個(gè)電極反應(yīng)的速度, 則另

14、一個(gè)電極反應(yīng)的速度就會(huì)隨之而受到控制, 從而使整個(gè)腐蝕過(guò)程受到控制.( 投加緩蝕劑N7359). 其腐蝕情況可以由冷卻水中的以下分析指標(biāo)來(lái)判斷 .冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕的影響因素, 概括起來(lái)有 : 化學(xué)因素 , 物理因素和微生物因素 .a) PH值一般象如果該金屬的氧化物溶于酸性水溶液而不溶于堿性水溶液的,例如鎳 (NIE), 鐵(Fe), 鎂(Mg), 等, 則該金屬在低 PH值時(shí)就會(huì)腐蝕的快些, 而在高 PH值下 , 就會(huì)腐蝕的慢一些 . 如: Fe 在 PH>7后, 腐蝕速度一般<0.25mm/a.b) 陰離子其作用機(jī)理是會(huì)使金屬上保護(hù)膜的保護(hù)性能降低, 離子半徑小 ,穿透性

15、強(qiáng) , 容易穿過(guò)膜層 , 置換氧原子形成氯化物, 加速陽(yáng)極過(guò)程的進(jìn)行, 使腐蝕加速 , 引起點(diǎn)蝕 . 對(duì)于不銹鋼換熱器 ,CL- 是引起應(yīng)力腐蝕的主要原因 , 因此 , 冷卻水中 CL-過(guò)高 , 會(huì)在設(shè)備上金屬應(yīng)力集中的地方 ,如換熱器脹管的邊緣部分迅速受到腐蝕破壞. 目前要求的指標(biāo)是<600PPMC) 硬度水中的鈣離子與一些陰離子如控制不好會(huì)引起垢下腐蝕 .D) 金屬離子水中的銅等重金屬離子對(duì)冷卻水中鋼 , 鋁, 鎂 , 鋅等這幾種金屬起有害作用 , 防止置換反應(yīng)作用發(fā)生 .鋅離子在冷卻水中對(duì)鋼有緩蝕作用 , 因此鋅在廣泛用作冷卻水的緩蝕劑的添加劑 . 一般在冷卻水中的含量在 (0.5

16、 1ppm)即可 . 分析說(shuō)明 0.2ppm 的鋅即有對(duì)緩蝕劑明顯的增效作用 .E) 余氯氯是控制冷卻水中微生物生長(zhǎng)的最常用的殺生劑。 我們公司采用的是投加強(qiáng)氯精 (N2819SZ) 的方法來(lái)分解產(chǎn)生游離氯而進(jìn)行殺生處理的 . 氯進(jìn)入水中后，水解生成鹽酸和次氯酸。CL2+H2OHCL+HCLO其中，次氯酸是一種弱酸，在水中它可以電離：HCLOH+ + CLO-，余氯是指與水中的金屬離子和有機(jī)化合物反應(yīng)后余下的氯被稱(chēng)為余氯 , 或叫活性氯 . 在冷卻水系統(tǒng)中 , 余氯的量的多少對(duì)碳鋼是有一定的腐蝕影響的 .當(dāng)水中的余氯濃度 <0.4ppm的時(shí)候 , 碳鋼的腐蝕速度很低 ; 當(dāng)水中的余氯濃度

17、為 0.5ppm的時(shí)候 , 碳鋼的腐蝕速度開(kāi)始迅速上升 ; 余氯濃度達(dá)到 0.7ppm的時(shí)候, 碳鋼的腐蝕速度開(kāi)始超過(guò) <<設(shè)計(jì)規(guī)范 >>容許的上限值 (0.125mm/a). 所以我們要根據(jù)分析結(jié)果 , 既要保證有一定的加氯量 , 又要保證余氯量在我們要求的范圍之內(nèi) :0.2 0.5ppm. 以下是我們冷卻水系統(tǒng)開(kāi)車(chē)以來(lái)的余氯分析結(jié)果和我們與 NALCO服務(wù)工程師一起測(cè)定的相關(guān)余氯控制數(shù)椐 .微生物數(shù)量基本穩(wěn)定在500 以下 , 殺生效果較好 , 但超出余氯控制指標(biāo)的頻次還是很多 , 雖然現(xiàn)在已經(jīng)作到了每天根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的分析結(jié)果來(lái)及時(shí)的調(diào)整加藥量 , 但根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) ,

18、 余氯量的多少跟溫度 , 天氣 , 風(fēng)速 , 排污量及藥效等諸多因素有關(guān), 還需要繼續(xù)努力做好這方面的控制工作。F) 微生物及黏泥微生物是對(duì)所有個(gè)體微小的單細(xì)胞和結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單的多細(xì)胞以及沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱(chēng) .微生物及危害在冷卻水系統(tǒng)中 , 一些藻類(lèi)和細(xì)菌在代謝中會(huì)產(chǎn)生一種膠狀的 , 黏性的或黏泥狀的 , 附著力很強(qiáng)的沉積物 , 并以這些微生物為主體 , 混有泥砂, 無(wú)機(jī)物和塵土等 . 這些沉積物覆蓋在金屬表面上 , 降低冷卻水的冷卻效果 , 阻止冷卻水中的緩蝕劑 , 阻垢劑和殺生劑到達(dá)金屬的表面發(fā)揮緩蝕阻垢和殺生作用 , 并使金屬表面形成差異腐蝕電池而發(fā)生沉積物下腐蝕 ( 垢下腐蝕

19、).微生物黏泥引起的故障1. 黏泥附著在換熱 ( 冷卻 ) 部位的金屬表面上 , 降低冷卻水的 冷卻效果.2. 大量的黏泥將堵塞換熱器中冷卻水的通道 , 從而使冷卻水無(wú)法工作 , 少量的黏泥則減少冷卻水的通道的截面積 , 從而降低冷卻水的流量和冷卻效果 , 增加泵壓 .3. 黏泥積集在冷卻塔的填料表面或中間縫隙中 , 堵塞了冷卻水的通過(guò) , 降低冷卻塔的冷卻效果 .4. 黏泥覆蓋在換熱器內(nèi)金屬表面 , 阻止緩蝕劑與阻垢劑到達(dá)金屬表面發(fā)揮其緩蝕和阻垢作用 , 阻止殺生劑殺滅黏泥中和黏泥下的微生物 , 降低這些藥的功效 .5. 黏泥附著在金屬表面 , 形成差異腐蝕電池 , 引起這些金屬設(shè)備的腐蝕.

20、6. 大量的黏泥 , 尤其是藻類(lèi) , 存在于冷卻水系統(tǒng)中的設(shè)備上 , 影響了冷卻水系統(tǒng)的外觀(guān) .影響微生物黏泥的因素主要有:1. 營(yíng)養(yǎng)源 ( 補(bǔ)充水 , 大氣和設(shè)備泄露 ), 判斷標(biāo)準(zhǔn) :COD<10Mg/L.2. 水溫 , 最佳溫度 :30-40 3. PH值, 一般冷卻水的 PH值控制在 7.0-9.2 之間 , 該范圍正處在微生物繁殖的最佳 PH范圍 .4. 溶解氧5. 光. 主要是藻類(lèi) , 其他微生物則不需要光能 .6. 細(xì)菌數(shù)量 , 一般認(rèn)為 , 每毫升水中當(dāng)細(xì)菌數(shù)在 1000 以下時(shí) , 故障發(fā)生很少 , 當(dāng)在 10000 個(gè)以上的時(shí)候 , 則黏泥故障容易發(fā)生 . 我們的控制指標(biāo)是 5*100000 個(gè). 現(xiàn)在基本