循環(huán)冷卻水處理

1、第三章 循環(huán)冷卻水處理第一節(jié) 循環(huán)冷卻水處理概況一、冷卻系統(tǒng)的類型1、直流系統(tǒng)早期工廠的冷卻水系統(tǒng)采取直流系統(tǒng)。冷卻水從水源流經熱交換器后又回流到水源處。優(yōu)點是快速有效：水源處的水溫較低；靈活性：可在最小的傳熱面條件下冷卻。表現(xiàn)為腐蝕、污垢和微生物繁殖，但相對較小；系統(tǒng)內由水引起的問題主要取決于原水的性質。由于水在系統(tǒng)內沒有濃縮，一般不會發(fā)生明顯的物理和化學變化，冷卻水系統(tǒng)內水的流量和溫度的變化、加上水的性質各不相同（河水、湖水常含有大量懸浮物和沉積物，且隨季節(jié)變化；水中常含鐵和結垢的鹽類），使得系統(tǒng)的管理工作更加復雜。圖3-1 直流冷卻水系統(tǒng) 圖3-2 封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2、密閉式循環(huán)冷卻

2、水系統(tǒng)1) 定義水密閉循環(huán)，并交替冷卻和加熱，而不與空氣接觸。在密閉系統(tǒng)中，冷卻水攜帶的熱量通常通過水-水換熱器傳給敞開式循環(huán)水系統(tǒng)中的循環(huán)水，熱量再從水中散發(fā)到大氣中去。2) 組成完全密閉的循環(huán)水系統(tǒng)；用于對水冷卻或去除水中的熱量的冷卻器或熱交換器。3) 密閉系統(tǒng)在工業(yè)上的應用（1）冷卻氣體管路的氣體來冷卻燃汽輪機或變壓器冷卻用的油冷卻器；（2）柴油發(fā)動機和氣體發(fā)動機；（3）制冷機；（4）以控制可靠的工藝過程的溫度為目的：原子反應堆的輔助冷卻器；煉鐵高爐的爐體、風口等的冷卻等。4) 密閉系統(tǒng)的優(yōu)點（1）水溫易控制；（2）水質問題的控制簡單化：補充水量少；（3）補充水僅用于補償水泵填料的泄露水

3、量或因檢修而排放的水量；（4）水的蒸發(fā)很少；（5）結垢程度較輕：一般用軟化水或去離子水。（6）腐蝕問題不嚴重：氧不是處于飽和狀態(tài)。3、敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)1) 定義冷卻水通過熱交換器后，水溫提高成為熱水，熱水經冷卻塔曝氣與空氣接觸，由于水的蒸發(fā)散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻后的水再循環(huán)利用。又稱為冷卻塔系統(tǒng)。圖3-3 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)1-補充水（M）；2-冷卻塔；3-冷水池；4-循環(huán)水泵；5-滲漏水（F）；6-冷卻水；7-冷卻用換熱器；8-熱水（R）；9-排污水（B）；10-蒸發(fā)損失（E）；11-風吹損失（D）；12-空氣2) 水冷卻原理通過水與空氣接觸，由以下三個過程共同作用的結果。（1

4、）水的蒸發(fā)散熱a. 水在冷卻設備中形成大小水滴或極薄水膜，擴大其與空氣的接觸面積和延長接觸時間，加強水的蒸發(fā)，使水汽從水中帶走汽化所需的熱量，從而使水冷卻。b. 為了加快蒸發(fā)散熱：一方面應增加熱水與濕空氣之間的接觸面積，以提供水分字逸出的機會；另一方面提高水氣界面上的空氣流動速度，以保持蒸發(fā)的推動力不變。（2）水的接觸傳熱借傳導和對流傳熱，稱為接觸傳熱。水面與較低溫度的空氣接觸，由于溫差使熱水中的熱量傳到空氣中去，水溫得到降低。溫差愈大，傳熱效果愈好。（3）水的輻射傳熱不需要傳熱介質的作用，而是由一種電磁波的形式來傳播熱能的現(xiàn)象。輻射傳熱只是在大面積的冷卻池內才起作用。在其它類型的冷卻設備中，

5、輻射傳熱可以忽略不計。3) 冷卻設備的種類與結構在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，用來降低水溫的構筑物或設備成為冷卻構筑物或冷卻設備。按其熱水與空氣接觸方式的不同，可分為：（1）水面冷卻構筑物工業(yè)上第一種循環(huán)冷卻方法，又稱涼水池。過程：需要冷卻的水流入池內，通過自然蒸發(fā)、輻射和對流傳熱逐漸將水冷卻到適當再用的溫度?？空舭l(fā)散熱約占總散熱量的55%，因而比冷卻塔要小些（蒸發(fā)散熱占80%）。冷卻過程緩慢，效率低，溫差小。且需要很大的貯水池。（2）噴水池池內裝有水管、噴嘴或電動噴水組件，由噴嘴把水噴到大氣中，從而增加了蒸發(fā)量，即使在較小的水池也能加速冷卻。設在建筑場地開闊處的水池的冷卻效果要好些。水的消耗大，約為循

6、環(huán)水量的1.0-5.0%。易帶入周圍的雜質。（3）冷卻塔是一個塔型建筑，水氣熱交換在塔內進行，可以人工控制空氣流量來加強空氣與水的對流作用來提高冷卻效果。占地面積小、冷卻效果好。包括自然通風式和機械通風式。冷卻塔包括通風筒、配水系統(tǒng)、淋水裝置、通風設備、收水器、集水池等部分。圖3-4 自然通風冷卻塔 圖3-5 機械通風冷卻塔1-配水系統(tǒng)；2-填料；3-百葉窗； 1-配水系統(tǒng)；2-填料；3-百葉窗；4-集水池；5-空氣分配區(qū)；6-風筒； 4-集水池；5-空氣分配區(qū)；6-風機；7-熱空氣和水蒸汽；8-冷水 7-風筒；8-熱空氣和水蒸汽；9-冷水圖3-6 玻璃鋼冷卻塔1-玻璃鋼塔體；2-淋水裝置；3

7、-填料；4-空氣；5-接水盤；6-冷卻水；7-熱水；8-排風扇；9-熱空氣和水蒸汽4) 冷卻塔效率的衡量指標（1）冷卻幅高（也稱濕球溫差）冷卻水溫和空氣濕球溫度的差值 T2-。代表該地熱水冷卻所能達到的極限值。T2-越小，效能越高。（2）冷卻幅寬冷卻塔的回水和出水溫度的差值，T1-T2。（3）淋水密度指冷卻塔單位面積上的熱水噴灑負荷，m3/(m2h)。淋水密度與冷卻幅寬、水的比熱的乘積稱為冷卻構筑物單位面積的熱負荷，W/(m2(kcal/(m2h)。5) 敞開式冷卻水的水工況冷卻過程中的三種損失: M = E + D + BM、E、D、B分別代表補充水量、蒸發(fā)損失、風吹損失、排污量（包括泄漏損

8、失）。由 Q = R ( tw2 - tw1 ) x = E ( I - tm ) R式中：X- 冷卻塔中水溫降低1時因蒸發(fā)而散失的熱量與總散失熱量的比值；I - 為循環(huán)水平均溫度下蒸汽的熱焓值（25時飽和蒸汽為608 kcal/kg）；tm - 為進出口的平均水溫。則有：E=xt/(i-tm)=0.17 xt式中： X在夏季為1.0，冬季0.5，春秋0.75。（1）蒸發(fā)損失E E = a (R-B), a = e (t2-t1)（2）風吹損失D D = (0.2%-0.5%) R（3）排污損失B B+W=E/(K-1)（4）滲漏損失F 不可忽略的因素。（5）離子濃度的改變D(Vc)=McMd

9、t BcdtC = MCM/B + (c0 MCM/B) EXP-B(t-t0)/V圖3-7降低濃縮倍數(shù)時 圖3-8 提高濃縮倍數(shù)時水中離子濃度變化曲線 水中離子濃度變化曲線（6）濃縮倍數(shù)指循環(huán)水中某物質的濃度和補充水中某物質的濃度之比。一般還可以以某種有代表性的可溶性離子或物質。K = S循 / S補M = E K / (K-1)（7）循環(huán)水中鹽類的濃縮補充水在系統(tǒng)中的停留時間為：T=V/M由于M比V要小得多，足以使補充水中任何量的化學組分顯示潛在的結垢和腐蝕傾向。V容積的水循環(huán)一次所需的時間為：a=V/R則補充水在系統(tǒng)中逗留時間內循環(huán)的次數(shù)為：N=T/a=(V/M)/(V/R)=R/M第二

10、節(jié) 冷卻水的腐蝕控制一、冷卻水中金屬腐蝕的機理由以上的金屬腐蝕機理可知，造成金屬腐蝕的是金屬的陽極溶解反應。因此，金屬的腐蝕破壞僅出現(xiàn)在腐蝕電池中的陽極區(qū)，而陰極區(qū)是不腐蝕的。孤立的金屬腐蝕時，在金屬表面上同時以相等速度進行著一個陽極反應和一個陰極反應的現(xiàn)象，稱為電極反應的耦合?；ハ囫詈系姆磻Q為共軛反應，而相應的腐蝕體系則稱為共軛體系。在共扼體系中，總的陽極反應速度與總的陰極反應速度相等。此時，陽極反應釋放出的電子恰好為陰極反應所消耗，金屬表面沒有電荷的積累，故其電極電位也不隨時間而變化。從以上的討論中可以看到，在腐蝕控制中，只要控制腐蝕過程中的陽極反應和陰極反應兩者中的任意個電極反應的速度

11、，則另一個電極反應的速度也會隨之而受到控制，從面使整個腐蝕過程的速度受到控制。二、影響腐蝕的因素（一）化學因素1pH值當pH值降低時腐蝕就增強。當?shù)陀?.3時（游離無機酸度區(qū))，影響腐蝕的最有效因素是pH值，即增加氫離子濃度能加劇腐蝕。當pH 增加到4.0時，其特點與溶于酸的金屬相同；界于4.310.0，腐蝕率受到影響要小些（氧去極化是主要因素）；pH增加到12以前，腐蝕速率不斷下降，達到12時腐蝕率最小。再繼續(xù)增大，腐蝕率又開始增大。2溶解鹽溶液電導率的升高使初期腐蝕速度也升高；像Cl-、SO42-等腐蝕性離子，可以破壞金屬的陽極氧化保護膜，從而進一步加速腐蝕；構成硬度和堿度的離子對腐蝕卻有

12、抑制作用；在電解質濃度高的水中，氧的溶解度下降，所以含鹽量高時腐蝕速度降低。圖3-9 pH值對腐蝕速度的影響 圖3-10 溶解固體對腐蝕速率的影響3溶解氣體(1)溶解氧溶解氧的數(shù)量與水溫、水壓、暴露于大氣的水面積直接有關。起去極化作用，會促進腐蝕。當水中含氧不一致時（金屬表面疏松的沉積物、鹽類的沉淀或懸浮物、微生物造成的沉積物），會形成一個氧濃差充氣電池，表現(xiàn)形式為垢下腐蝕。引起點蝕或凹陷腐蝕。發(fā)生點蝕時,其后果要比在在面積上產生同樣的金屬失重更為有害。強烈的點蝕可以使金屬產生較深的穿透，并在這些穿透點處迅速破壞。圖3-11 不同溫度時氧含量對腐蝕的影響(2)二氧化碳溶于水后形成碳酸，增大水的

13、酸性，有利于氫的逸出。(3)氨會選擇性地腐蝕銅： NH3 + H2O = NH4OH NH4OH + Cu2+ = Cu(NH3)2+ + H2O(4)硫化氫導致pH降低；與鐵形成硫化鐵（陰極），與鐵形成電偶腐蝕。4懸浮物 主要是易沉積在換熱器表面引起垢下腐蝕。當冷卻水流速過高時，顆粒容易對硬度較低的金屬或合金產生磨損腐蝕。(二)物理因素1溫度溫度升高，腐蝕的化學反應速度就提高。溫度與擴散速度成正比，與過電壓、粘度成反比。增加擴散量能使更多的氧到達金屬表面，導致腐蝕電池去極化；過電壓下降時，因析氧而導致去極化；粘度下降有利于陰陽極去極化，即有利與大氣中氧的溶解和加速氫氣的逸出。在金屬相鄰的區(qū)域

14、內，溫度不同，就會加劇點蝕，熱的部位為陽極，冷的部位為陰極。因素之間也是相互影響的。溫度升高，氧含量降低，使腐蝕速度降低。圖3-12溫度對腐蝕速率的影響 圖3-13 溫差產生的自發(fā)電池 A-敞開系統(tǒng)；B-密閉系統(tǒng)2.金屬相對面積腐蝕速率與陰極和陽極面積的比例成正比關系。不同金屬：鎳-鋼結合時，鎳為陰極。采用管-管板連接，鋼-鎳則腐蝕加?。绘?鋼增腐蝕小得多。同一金屬：鈍化膜破壞。3.流速流速增加使腐蝕速度增加。在高流速區(qū)域，層流區(qū)的厚度減少，氧容易達到金屬表面，氧的去極化作用導致腐蝕加速進行。高速流水會沖走可能成為鈍化層的腐蝕產物，從而加劇腐蝕。圖3-14流速對腐蝕速率的影響圖3-15湍流和攜

15、帶空氣對凝汽器內管線腐蝕的影響4.不同金屬不同金屬的接觸而引起的腐蝕稱為電偶腐蝕。金屬溶解并以離子形式進入水中的趨勢取決于金屬及其離子間的電極電位。不同金屬的電極電位隨離子濃度、溫度、腐蝕環(huán)境而變化。5. 冶金學方面金屬的均勻性：非均相金屬的夾雜區(qū)、晶粒結構的金屬化合物上的夾雜區(qū)金屬表面狀況：表面總有缺陷，如劃痕、裂紋等；靜態(tài)應力：交變應力：(三)微生物使得氫新陳代謝，導致腐蝕電池去極化。厭氧菌會形成濃差電池，加快局部腐蝕；某些種類的細菌還會產生酸性化合物；去磺弧菌屬是硫酸鹽還原菌，可使硫酸鹽生成硫化氫；硫桿菌屬把硫酸鹽氧化成硫酸。三、腐蝕形態(tài)腐蝕常見的形態(tài)有均勻腐蝕、點蝕、侵蝕、選擇性腐蝕、

16、垢下腐蝕、縫隙腐蝕、水線腐蝕、開裂腐蝕（應力腐蝕開裂）。其中均勻腐蝕是在金屬正常的腐蝕允許范圍內，一般在設計時納入設計壽命之中。1點蝕最常見的一種腐蝕形態(tài)。圖3-16 疏松垢下的點蝕由于形成高度活化的局部陽極區(qū)造成的。陽極區(qū)：離子的濃度差、氧濃差，在金屬高溫區(qū)、表面的冶金缺陷部位（切痕、劃傷或裂縫處）。點蝕深度與大陰極和小陽極的面積比率成正比關系。點蝕系數(shù)：點蝕深度對平均腐蝕深度的比率值。點蝕常發(fā)生在腐蝕產物的下面。2侵蝕是在高流速條件下形成的。分為沖擊腐蝕和氣蝕兩種。（1）沖擊腐蝕在湍流水中，含溶解固形物和懸浮物或所攜帶的氣體含量較高的水中，氧化物的鈍化膜常遭受破壞，使金屬設備產生嚴重的局部

17、腐蝕。如換熱器管束的入口、節(jié)流區(qū)、直角彎管及彎頭處受水侵蝕最嚴重。銅及其合金。海軍黃銅、鋁黃銅和銅鎳合金較能抗沖擊腐蝕。圖3-17受沖擊腐蝕的金屬斷面（2）氣蝕在流速高、壓力變化大，且含溶解氣體或滲入氣體的水中易發(fā)生。當水流到較高壓力時,低壓區(qū)形成的氣袋發(fā)生破裂,產生很高的沖擊壓力,破壞氧化保護膜.氣蝕外表往往是又深又圓的麻坑,但無銹瘤。如泵葉輪的吸水側、管網系統(tǒng)的直角彎管、球閥或閘閥的出水側。溶解氮含量高時會加劇氣蝕。3選擇性腐蝕合金中的某一種元素首先被侵蝕，從合金主體中被浸提出。（1）脫鋅腐蝕鋅從黃銅中侵蝕下來，使銅的結構變成脆弱的孔狀體，表面呈淡紅色，而不是黃色。當存在氧的濃度差、低流速

18、、高溫、酸性和堿性介質和曝氣的水，會加劇這種侵蝕。脫鋅有兩種：塞式（在高鹽水中，涉及面積小，但穿透很深）和層式（面積大且均勻，沿整個金屬表面發(fā)生）（2）石墨化作用鑄鐵會選擇性地失鐵，金屬保持一個弱石墨和氧化鐵結構。石墨的過電壓很低，會由于氧的放出而導致侵蝕蔓延。通常情況下，晶粒邊界首先受到侵蝕，然后逐步蔓延。在低pH值、高含量溶解固體、硫化氫氣體之類的酸性污染物會加速石墨化作用。（3）脫鋁腐蝕通常在海水環(huán)境中發(fā)生。4垢下腐蝕沉積物控制不善，會引起垢下腐蝕。一旦發(fā)生，腐蝕會循環(huán)加劇，藥劑也無濟于事。低流速區(qū)域易發(fā)生。5縫隙腐蝕縫隙處會聚集侵蝕性離子，產生氧濃差，因而難以達到鈍態(tài)。侵蝕程度與陽極縫

19、隙的面積和周圍的陰極面積的比率成正比關系。要鈍化這些區(qū)域，要加大腐蝕抑制劑的劑量。6水線侵蝕在未充滿水的配水系統(tǒng)或熱交換器以及各種容器內都有一個三相區(qū)：上部是空氣，下部是冷卻水和金屬本身。三相的存在會同時產生充氣濃差電池和縫隙腐蝕。在金屬和交界的彎月面部分容易發(fā)生氧的去極化，這一充滿氣體的部分成為陰極，而緊挨著它的金屬區(qū)則為陽極。一般用陰極抑制劑來克服水線侵蝕，但劑量要適當。7應力腐蝕開裂圖3-18 應力腐蝕破裂的方向與拉應力的方向垂直應力腐蝕開裂通常有兩種形式：（1）晶間開裂腐蝕晶間開裂腐蝕產生于晶粒邊界之間；一般出現(xiàn)在陽極晶粒的邊界。如奧氏體和馬氏體不銹鋼的應力腐蝕。金屬在制造過程中常處于

20、應力狀態(tài)，會在垂直于應力方向上開裂。在高溫、高氯化物濃度或腐蝕條件的存在，都會促使晶間腐蝕開裂。（2）穿晶開裂腐蝕穿晶開裂腐蝕表現(xiàn)為穿過晶粒。發(fā)生在反復承受應力的條件下發(fā)生。純金屬抵抗穿晶開裂的能力較強。圖3-19晶間應力腐蝕開裂（×200） 圖3-20 穿晶應力腐蝕開裂（×200）四、腐蝕的控制（一）提高pH值1碳鋼的腐蝕速度與PH值的關系由金屬腐蝕的理論可知，隨著水pH值的增加，水中氫離子的濃度降低，金屬腐蝕過程中氫離子去極化的陰極反應受到抑制，碳鋼表面生成氧化性保護膜的傾向增大，故冷卻水對碳鋼的腐蝕性隨其PH值的增加而降低。這種情況可以用圖中碳鋼腐蝕速度與水pH值的關

21、系曲線 (實線)來說明。圖3-21冷卻水的pH值對碳鋼腐蝕速度的影響 未保護碳鋼的腐蝕速度；- 碳鋼管壁腐蝕速度容許值的上限由圖中可見，碳鋼在冷卻水中的腐蝕速度隨水pH值的升高而降低。當冷卻水的pH位升高到8.09.5時，碳鋼的腐蝕速度將降低到0.2000.125mm/a (85mpy)，接近于循環(huán)冷卻水腐蝕控制的指標：腐蝕速度0.125mm/a(5mpy)(圖3-21中的虛線)。2提高pH值控制碳鋼腐蝕的原理提高pH值到8.09.5有利于碳鋼換熱器管壁的腐蝕控制，還可以用Fe-H2O體系的腐蝕行為估計圖(圖3-22)來討論。 圖3-22中示出了無溶解氧存在時鐵的自然腐蝕電位與pH值的關系(實

22、線)和有溶解氧存在時鐵的自然腐蝕電位與PH值的關系(虛折線)。圖中斜線覆蓋的區(qū)域 (陰影區(qū)) 是鐵的腐蝕區(qū)，陰影區(qū)的上面是鐵的鈍化區(qū)，陰影區(qū)的下面則是鐵的穩(wěn)定區(qū) (免蝕區(qū))。 由圖3-22中可以看到，在沒有溶解氧的溶液中，鐵的腐蝕電位 (實線) 總是在a線 (它代表H+ 與H2的平衡電位與pH的關系) 以下。與此同時，在pH9.5時，鐵的自然腐蝕電位處子腐蝕區(qū)內，這意味著此時鐵 (或碳鋼) 將發(fā)生折氫的腐蝕。隨著水pH值的增大，鐵的腐蝕電位逐漸接近鐵的穩(wěn)定區(qū)，故鐵的腐蝕速度將隨pH位的增大而降低。在pH9.5 12.5時，鐵的自然腐蝕電位靠近穩(wěn)定區(qū)的邊界。此時，鐵的電位實際處于Fe-Fe3O4

23、體系的平衡電位，F(xiàn)e變?yōu)镕e3O4，腐蝕速度變得很小。 在有消解氧存在的溶液中，鐵的腐蝕電位與無溶解氧存在時相比明顯升高(見圖3-22中的虛折線)。在pH8.0時，氧雖能使鐵的腐蝕電位升高，但還不足以進入鈍化區(qū)，鐵的自然腐蝕電位仍處于腐蝕區(qū)內，此時，氧將使鐵的腐蝕速度增加。當pH8.0時，氧使鐵的表面生成一層鈍化膜 (主要成分為- Fe2O3)，鐵的腐蝕電位升高而進人鈍化區(qū)內。在水中沒有氯離子的情況下，鐵將得到保護。因此，在pH=8.0附近，鐵的自然腐蝕電位-pH曲線 (虛折線) 上有一個電位突躍，形成一條折線。從這里可以看到，當冷卻水中有溶解氧存在時，例如在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中把冷卻水的p

24、H值提高到大于8.0的堿性區(qū)域，例如提高到其自然平衡pH值 (pH8.0 9.5)，對于控制碳鋼的腐蝕十分有利。此時，碳鋼將易于鈍化。3堿性冷卻水處理堿性冷卻水處理有以下兩種概念。第一種是廣義的堿性冷卻水處理，是指將循環(huán)冷卻水的運行pH值控制在大于7.0的冷卻水處理。這種處理實際上包括了兩大類：(1)不加酸調節(jié)pH值的堿性冷卻水處理 在循環(huán)冷卻水運行過程中，人們不再向冷卻水中加酸以調節(jié)pH值，而是讓冷卻水在冷卻塔內爆氣過程中達到其自然平衡pH值，采用這種處理方式，冷卻水的pH值大致為8.09.5；(2)加酸調節(jié)pH值的堿性冷卻水處理 這是指在循環(huán)冷卻水的運行過程中，向冷卻水中加入酸(一般是濃硫

25、酸)以控制其pH值，使之保持在7.08.0之間的處理。由于pH7.08.0的水已偏于堿性側，故也把它歸入堿性冷卻水處理。第二種是狹義的堿性冷卻水處理。它僅是指那些不加酸調節(jié)pH值的堿性冷卻水處理。不加酸調節(jié)pH值的堿性冷卻水處理有以下幾個優(yōu)點：(1)可以不再向冷卻水系統(tǒng)中加入濃硫酸，從而在很大程度上簡化了冷卻水處理的加藥系統(tǒng)、操作手續(xù)和監(jiān)測工作；(2)可以消除旦加酸失控、pH值過低時帶來的嚴重腐蝕的后果；(3)可以節(jié)約大量的硫酸；(4)可以降低水的腐蝕性，降低冷卻水系統(tǒng)中腐蝕控制的難度和緩蝕劑的用量。由于不加酸調節(jié)pH值的堿性冷卻水處理具有這些優(yōu)點，所以受到人們的重視并得到廣泛的應用。因此，以

26、下僅討論這種不加酸調節(jié)pH值的堿性冷卻水處理對金屬腐蝕的控制，并把它簡稱為堿性冷卻水處理。4提高冷卻水pH值的方法敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是通過水在冷卻塔內的曝氣過程而提高其pH值的。敞開式循環(huán)冷卻水在換器中換熱后，回到冷卻頂部，在布水器中噴淋下來進入集水池?？諝鈩t在風扇或自然對流作用的驅動下，由冷卻塔底部逆流而上，冷卻水與空氣兩者在塔內相遇進行換熱(熱交換)。這一個換熱過程同時也是一個冷卻水放出其中游離的CO2的過程。這個過程將一直進行下去，直到水中的CO2與空氣中的CO2達到平衡為止。當水中有游離CO2存在時，水的pH值在4.58.5之間。隨著水中游離CO2濃度的逐步降低，水的pH值將逐步升高

27、。當水中游離CO2濃度降到很低，水中的CO2不再逸入大氣，達到其自然平衡pH值時，水的pH值大約升高到8.5左右。因此，循環(huán)冷卻水在冷卻塔內的噴淋曝氣過程，既是一個冷卻水與個空氣間的換熱過程，又是一個提高其pH值的過程。 這種通過曝氣去提高冷卻水pH值的途徑有兩個優(yōu)點：()它不需要添加藥劑或增加設備；(2)它不需要人工去控制冷卻水的pH值，而是通過化學平衡的規(guī)律而自動去控制，故在充分曝氣的條件下，循環(huán)冷卻水的pH值能較可靠地保持在8.09.5的范圍內。5提高PH值后遇到的問題堿性冷卻水處理的pH值通常在8.09.5之間，這樣就帶來了以下一些新的問題 。 (1) 使冷卻水的Langelier指數(shù)

28、(pH-pHs)增大，Ryznar指數(shù)(2pHs-pH)減小，故冷卻水中碳酸鈣的沉積傾向大大增加，易于引起結垢和垢下腐蝕： (2) 循環(huán)冷卻水在pH8.09.5時運行，碳鋼的腐蝕速度雖有所下降，但仍然偏高不一定能達到設計規(guī)范要求的0.125mma(5mpy)以下。因此，冷卻水系統(tǒng)在pH8.09.5運行時，除了進行結垢控制利微生物生長控制外，還需要進行腐蝕控制。當然，這時的腐蝕控制要容易得多，一般可以通過添加少量的緩蝕劑來解決。(3) 給兩種常用的冷卻水緩蝕劑聚磷酸鹽和鋅鹽的使用帶來了困難。冷卻水pH值的升高使聚磷酸鹽水解生成磷酸鈣垢的傾向增大，也使鋅離子易于生成氫氧化鋅析出。圖3-24是水中鋅

29、離子濃度隨水的pH值變化的情況。隨著pH值的增加，水中鋅離子濃度急劇下降。當pH8.09.5時，鋅離子濃度只能保持在1.00.2mg/L左右。在這樣低的鋅離子濃度下很難使碳鋼的腐蝕速度控制在0.125mm/a以下。圖3-23水中溶解鋅的濃度與pH的關系這些問題，可以通過添加一些專門為堿性冷卻水處理而開發(fā)的復合緩蝕劑來解決。6堿性冷卻水處理用的復合緩蝕劑堿性冷卻水處理中使用的復合緩蝕劑或水處理劑除了應具備一般冷卻水緩蝕劑的條件外，還應能控制冷卻水中生成水垢或污垢。當使用聚磷酸鹽、磷酸鹽或鋅鹽作緩蝕劑時，應該能使這些緩蝕劑保持在水中而不析出。因此，這些復合緩蝕劑或水處理劑中，除了含有緩蝕劑外，通常

30、還含有阻垢緩蝕劑例如HEDP(羥基亞乙基二膦酸)、ATMP(氨基三亞甲基膦酸)、EDTMP(乙二胺四亞甲基膦酸)、POE(多元醇磷酸酯)、PBTCA(2磷酸丁烷1，2，4三羧酸)、HPA(羥基膦酰基乙酸)等、阻垢分散劑和緩蝕劑的穩(wěn)定劑(例如聚丙烯酸、水解聚馬來酸酐、丙烯酸丙烯酸羥丙酯共聚物、丙烯酸磺酸共聚物)等藥劑。（二） 添加緩蝕劑腐蝕抑制劑按其控制的腐蝕反應分為陽極型、陰極型和混合型三種類型。陽極抑制劑經化學吸附過程被吸附在金屬表面，本身形成一層膜，或與金屬離子反應后形成膜。陰極抑制劑使金屬形成它本身的金屬氧化物保護膜。陰陽抑制劑與水中可能變成腐蝕產物的成分發(fā)生反應。抑制劑的選用與冷卻水系

31、統(tǒng)的設計參數(shù)、水的成分、金屬的類型、應力、清潔程度、水流速度以及水處理所要達到的程度、pH值、溶解氧含量、鹽、懸浮物成分等。單一冷卻水緩蝕劑1鉻酸鹽最常用作冷卻水緩蝕劑的鉻酸鹽是鉻酸鈉(Na2CrO4 · 4H2O)。鉻酸鹽是目前可用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中最有效的一種緩蝕劑。它是一種氧化性緩蝕劑。鉻酸鹽能使鋼鐵表面生成一層連續(xù)而致密的含有-Fe2O3和Cr2O3的鈍化膜(其中主要是-Fe2O3)，膜的外層主要是高價鐵的氧化物，內層是高價鐵和低價鐵的氧化物。在鈍化膜的生長過程中，鉻酸鹽被還原為Cr2O3。鉻酸鹽有個臨界濃度。當冷卻水中鉻酸鹽的使用濃度高于其臨界濃度時，碳鋼得到保護；當使用濃

32、度低于其臨界濃度時，則碳鋼發(fā)生腐蝕，主要表現(xiàn)為點蝕。這是使用鉻酸鹽時遇到的主要問題。在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，單獨使用鉻酸鹽的起始濃度為5001000mg/L，隨后可逐漸降低到維持濃度200250mg/L。無論從經濟上或環(huán)保上考慮，這樣高的濃度往往是不能接受的。因此，在實際應用時，鉻酸鹽通常以較低的劑量與其他緩蝕劑 (例如鋅鹽、聚磷酸鹽、有機膦酸鹽等) 復配成復合緩蝕劑使用。鉻酸鹽遇到的最大問題是它的毒性引起的環(huán)境污染。鉻酸鹽屬于第一類污染物，它能在環(huán)境中或動植物體內蓄積，對入體健康產生長遠的不良影響。我國污水綜合排放標準中對其最高容許排放濃度有嚴格的規(guī)定：總鉻濃度1.5mg/L，六價鉻濃度0

33、.5mg/L，因此，國內的一些敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，并不使用鉻酸鹽作冷卻水緩蝕劑或復合緩蝕劑。目前，鉻酸鹽被應用于密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，但不使用于直流式冷卻水系統(tǒng)中。鉻酸鹽的優(yōu)點是：它不僅對鋼鐵，而且對銅、鋅、鋁及其合金都能給予良好的保護；適用的pH值范圍很寬(pH611)；緩蝕效果特別好，使用鉻酸鹽作緩蝕劑時，碳鋼的腐蝕速度可低于0.025mm/a(1mpy)。鉻酸鹽的缺點是：毒性大，環(huán)境保護部門對鉻酸鹽的排放有很嚴格的要求；容易被還原而失效，不宜用于有還原性物質(例如硫化氫)泄漏的煉油廠的冷卻水系統(tǒng)中。2亞硝酸鹽亞硝酸鹽也是一種氧化性緩蝕劑，常用的是亞硝酸鈉。在保護碳鋼時，亞硝酸鹽也有

34、一個臨界濃度，它取決于溶液中侵蝕性離子(氯離于、硫酸根離于)的濃度。冷卻水中亞硝酸鹽的使用濃度通常為300500mg/L。細菌能分解亞硝酸鹽，再加上它有毒，故亞硝酸鹽很少用于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和直流式冷卻水系統(tǒng)，而被廣泛用作冷卻設備酸洗后的鈍化劑和密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的非鉻酸鹽系緩蝕劑。 亞硝酸鹽之所以能保護鋼鐵免于腐蝕原因是它能使鋼鐵表面生成一層主要成分為-Fe2O3的鈍化膜。亞硝酸鹽的缺點是：使用濃度太高；容易促進冷卻水中微生物生長；可能被還原為氨，易使銅和銅合金產生腐蝕；亞硝酸鹽有毒。3硅酸鹽作為冷卻水緩蝕劑用的硅酸鹽主要是水玻璃。通常使用的是SiO2與Na2O之比 (即模數(shù))為2.

35、53.0的水玻璃。如系控制非鐵合金的腐蝕，則常需要模數(shù)較高的水玻璃。硅酸鹽控制腐蝕的最佳pH值范圍是8.09.5，在pH值過高或鎂硬度高的水中，不宜使用硅酸鹽。硅酸鹽既可在清潔的金屬表面上，也可在有銹的金屬表面上生成保護膜，但這些保護膜是多孔性的。當冷卻水中硅酸鹽濃度低時，金屬有形成點蝕的傾向。用硅酸鹽作緩蝕劑時，冷卻水中必須有氧，金屬才能得到有效的保護。硅酸鹽常被用作直流冷卻水的緩蝕劑，使用濃度為820mg/L (以SiO2計)。在循環(huán)冷卻水中，則使用濃度為4060mg/L，最低為25mg/L。硅酸鹽不但可以抑制冷卻水中鋼鐵的腐蝕，而且還可抑制非鐵金屬鋁相銅及其合金、鉛、鍍鋅層的腐蝕，特別適

36、宜于控制黃銅的脫鋅。硅酸鹽對碳鋼的緩蝕效果遠不及聚磷酸鹽，更不及鉻酸鹽。硅酸鹽從開始加入冷卻水中到建立保護作用的過程很緩慢，一般需要34周。硅酸鹽的優(yōu)點是：無毒；成本較低；對幾種常用金屬碳鋼、銅、鋁及其合金都有一定的保護作用。它的缺點是：建立保護作用的時間太長；緩蝕效果不理想：在鎂硬度高的水中，容易產生硅酸鎂垢。4鉬酸鹽與鉻酸鹽不同，鉬酸鹽是低毒的。由于Mo和Cr都屬于元素周期表中的B族(鉻族)元素，人們很自然地想到開發(fā)鉬酸鹽去取代鉻酸鹽作為冷卻水緩蝕劑。和鉻酸鹽相反，鉬酸鹽(常用Na2MoO4· 2H2O)在冷卻水中是一種非氧化性或弱氧化性緩蝕劑。因此，它需要合適的氧化劑去幫助它在

37、金屬表面產生一層保護膜(氧化膜)。在敞開式循環(huán)冷卻水中，現(xiàn)成而又豐富的氧化劑是水中的溶解氧；在密閉式循環(huán)冷卻水中，則需要諸如亞硝酸鈉一類的氧化性鹽。使用單一的鋁酸鹽作緩蝕劑時，要使冷卻水中碳鋼的腐蝕速度達到設計規(guī)范要求的低于0.125mma(5mpy)，鋁酸鹽的濃度約為400500mg/L如圖518中所示。顯然，這個濃度比其他幾種常用緩蝕劑的使用濃度要高得多。俄歇能譜的研究結果表明，碳鋼在鉬酸鈉溶液中生成的保護膜基本上由Fe2O3組成的，在保護膜的大部分剖面上僅能檢測到少量的鉬。鉬酸鹽的優(yōu)點是它對環(huán)境的污染很??；缺點是它的緩蝕效果不如鉻酸鹽，成本太高。5鋅鹽在冷卻水處理的專著和文獻中，通常把鋅

38、鹽簡稱為鋅。最常用的鋅鹽是硫酸鋅。鋅鹽在冷卻水中能迅速地對金屬建立起保護作用。單獨使用時，其緩蝕效果不很好。鋅鹽是一種安全但低效的緩蝕劑。一般認為，鋅鹽是一種陰極性緩蝕劑。由于金屆表面腐蝕微電池中陰極區(qū)附近溶液中的局部pH值升高，鋅離子與氫氧離子生成氫氧化鋅沉積在陰極區(qū)，抑制了腐蝕過程的陰極反應而起緩蝕作用。當鋅鹽與其他緩蝕劑(例如鉻酸鹽、聚磷酸鹽、磷酸酯、有機磷酸鹽等)聯(lián)合使用時，它往往是相當有效的。污水綜合排放標準中對鋅鹽排放有較嚴格的規(guī)定(級標準：鋅含量2.0mg/L)。鋅鹽的優(yōu)點是：能迅速生成保護膜；成本低；與其他緩蝕劑聯(lián)合使用時的效果好。鋅鹽的缺點是：單獨使用時，緩蝕作用很差；對水生

39、生物有些毒性；在pH8.0時，若單獨使用鋅鹽，則鋅離子易從水中析出以致降低或失去緩蝕作用，為此，要同時使用能將鋅離子穩(wěn)定在水中的藥劑鋅離子的穩(wěn)定劑。6磷酸鹽磷酸鹽是一種陽極型緩蝕劑。在中性和堿性環(huán)境中，磷酸鹽對碳鋼的緩蝕作用主要是依靠水中的溶解氧。溶解氧與鋼反應，生成一層薄的-Fe2O3氧化膜：這種氧化膜的生長并不能迅速完成，而是需要相當長的時間。在這段時間內，在氧化膜的間隙處電化學腐蝕繼續(xù)進行。這些間隙既可被連續(xù)生長的氧化鐵所封閉，也可以由不溶性的磷酸鐵所堵塞，使碳鋼得到保護。由于磷酸鹽易與水中的鈣離子生成溶度積很小的磷酸鈣垢，所以過去很少單獨把磷酸鹽用作冷卻水緩蝕劑。同理，人們還把聚磷酸鹽

40、水解生成的正磷酸鹽作為需要嚴格控制的組分來對待，雖然它也有一定的緩蝕作用。近年來，由于開發(fā)出了一系列對磷酸鈣垢有較高抑制能力的共聚物，例如丙烯酸和丙烯酸羥丙酯的共聚物，人們才開始使用磷酸鹽作冷卻水緩蝕劑，但它需要與上述共聚物聯(lián)合使用。磷酸鹽的優(yōu)點是：沒有毒件；價格較便宜。它的缺點是：需要與專用的共聚物聯(lián)合使用；緩蝕作用不是太強；容易促進冷卻水中藻類的生長。7聚磷酸鹽聚磷酸鹽是目前使用最廣泛而且最經濟的冷卻水緩蝕劑之一。最常用的聚磷酸鹽是六偏磷酸鈉和三聚磷酸鈉。它們都是一些線性無機聚合物，其通式為工業(yè)用的聚磷酸鹽往往是一些n值在某一范圍內的聚磷酸鹽的混合物。要使聚磷酸鹽能有效地保護碳鋼，冷卻水中

41、既需要有溶解氧，又需要有適量的鈣離子。除了具有緩蝕作用外，聚磷酸鹽還有阻止冷卻水中碳酸鈣和硫酸鈣結垢的低濃度阻垢作用。使用聚磷酸鹽的關鍵是盡可能避免其水解成正磷酸鹽以及生成溶度積很小的磷酸鈣垢。單獨使用時，在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中聚磷酸鹽的使用濃度通常為2025mg /L，pH為6.57.0。為了提高其緩蝕效果，聚磷酸鹽通常與鉻酸鹽、鋅鹽、鉬酸鹽、有機膦酸鹽等緩蝕劑聯(lián)合使用。聚磷酸鹽的優(yōu)點是：緩蝕效果好；用量較小、成本較低；除有緩蝕作用外，還兼有阻垢作用；冷卻水中的還原件物質不影響其緩蝕效果；沒有毒性。它的缺點是：易于水解，水解后與水中的鈣離子生成磷酸鈣垢；易促進藻類的生長；對銅及銅合金有侵蝕

42、性。8有機膦酸有機磷酸是指分子中的磷酸基團直接與碳原于相連的化合物。其中最常用的有ATMP (氨基三亞甲基膦酸)、HEDP(羥基亞乙基二膦酸)、EDTMP(乙二胺四亞甲基膦酸)、PBTCA(2膦酸丁烷1，2，4三羧酸)和HPA(羥基膦?；宜?等。HPA的結構式則為 有機磷酸及其鹽類與聚磷酸鹽有許多方面是相似的。它們都有低濃度阻垢作用，對鋼鐵都有緩蝕作用。但是，有機膦酸及其鹽類并不像聚磷酸鹽那樣容易水解為正磷酸鹽，這是它們的一個很突出的優(yōu)點。現(xiàn)在有機膦酸及其鹽類已被成功地用于硬度、溫度和pH值較高的冷卻水系統(tǒng)的腐蝕和結垢的控制中，故有機膦酸是一類阻垢緩蝕劑。有機膦酸及其鹽類的優(yōu)點是：不易水解，

43、特別適用于高硬度、高pH值和高溫下運行的冷卻水系統(tǒng)；同時只有緩蝕作用和阻垢作用；能使鋅鹽穩(wěn)定在水中。它的缺點是：對銅及其合金有較強的侵蝕性；價格較貴。9巰基苯并噻唑巰基苯并噻唑(MBT)的結構式為巰基苯并噻唑的英文名稱是Mercaptobenzothiazole，故簡寫為MBT。 對于銅和銅合金，巰基苯并噻唑是一種特別有效的緩蝕劑。在冷卻水系統(tǒng)中，很低濃度(例如2mg/L)的巰基苯并噻唑就可以使銅及其合金的腐蝕速度降得很低。在有銅合金冷卻設備的直流冷卻水系統(tǒng)中，由于使用量大和成本高，故人們較少使用巰基苯并噻唑或苯并三唑作銅緩蝕劑。 巰基苯并噻唑在冷卻水中能被氯或氯胺所氧化(破壞)。極化曲線的測

44、量表明，巰基苯并噻唑在低濃度時是一種陽極型緩蝕劑。巰基苯并噻唑的優(yōu)點是：對銅和銅合金的腐蝕控制比較有效；用量少。它的缺點是對氯和氯胺很敏感，容易被它們氧化而破壞。10苯并三唑和甲基苯并三唑苯并三唑(BTA)的結構式為甲基苯并三唑(TTA)的結構式為苯并三唑的英文名稱是Benzotriazole,故簡寫為BTA：甲基苯并三唑的英文名稱是Tolyltriazole，故簡寫為TTA。苯并三唑是一種很有效的銅和銅合金緩蝕劑。它不但能抑制金屬基體上的銅溶解進入水中，而且還能使進入水中的銅離子鈍化，防止銅在銅、鋁、鋅及鍍鋅鐵等金屬上的沉積和黃銅的脫鋅。此外，苯并三唑對鐵、鎘、鋅、錫也有緩蝕作用。苯并三唑和

45、甲基苯并三唑在pH610之間的緩蝕率最高。苯并三唑有耐氧化作用。冷卻水中有游離氯存在時它的緩蝕性能被破壞，但在游離氯消耗完后，它的緩蝕作用又會恢復。苯并三唑和甲基苯并三唑的優(yōu)點是：對銅和銅合金的緩蝕效果好；更能耐受氯的氧化作用。它的缺點是價格較高。11.硫酸亞鐵硫酸亞鐵是目前發(fā)電廠銅管凝汽器的冷卻水系中廣泛采用的一種緩蝕劑。加有硫酸亞鐵的冷卻水通過凝汽器銅管時，使銅管內壁生成一層含有鐵化合物的保護膜，從而防止冷卻水對銅管的侵蝕。人們把它稱為硫酸亞鐵造膜處理。在大多數(shù)情況下，硫酸亞鐵造膜處理對于防止凝汽器銅管的沖刷腐蝕、脫鋅腐蝕和應力腐蝕均有明顯的效果，而且對已發(fā)生腐蝕的銅管，也有一定的保護作用

46、和堵漏作用。但也有的廠的凝汽器銅管經硫酸亞鐵造膜處理后仍然腐蝕，所以目前尚有待于進一步深入研究。據(jù)統(tǒng)計，作冷卻水的清潔河水經硫酸亞鐵造膜處理后，可使銅管的事故率從每年的5.68降低到0.32。日前，國內外各發(fā)電廠采用膠球清洗與硫酸亞鐵造膜處理相結合的方式來防止冷卻水對凝汽器銅管的腐蝕。 硫酸亞鐵造膜處理可以分為一次造膜處理和運行中添加處理兩種情況。(1)一次造膜處理 凝汽器的新銅管投人運行前，先通冷卻水，流速為12ms。然后用膠球進行清洗，使銅管表面保持清潔。最后加入硫酸亞鐵使冷卻水中Fe2+濃度維持在23mg/L，連續(xù)處理96150小時。處理過程中，每隔68h進行一次膠球清洗，每次30min

47、。(2)運行中硫酸亞鐵處理 凝汽器正常運行后，每天或每兩天住冷卻水中加一次硫酸亞鐵，每次3060 min。硫酸亞鐵加人濃度(以Fe2+計)為l2 mg/L。用硫酸亞鐵造成的膜呈棕色或黑色膜的形成過程還不完全清楚。經較長時間添加硫酸亞鐵后，激汽器銅管上保護膜的金相斷面是雙層的。以Fe2O3為主的氧化鐵保護膜緊密地結合在Cu2O保護膜上，從而防止了銅管的脫鋅和沖刷腐蝕。硫酸亞鐵的優(yōu)點是：價格便宜，用量??；污染較輕。它的缺點是：造膜技術較為復雜；冷卻水中含有硫化氫或還原性物質，且污染很嚴重時，硫酸亞鐵造膜無效。 復合冷卻水緩蝕劑單一品種的冷卻水緩蝕劑的效果往往不夠理想，因此，人們常常把兩種或兩種以上

48、的藥劑組合成復合冷卻水緩蝕劑，以便能取長補短，提高其緩蝕效果，并簡稱為復合緩蝕劑。1協(xié)同作用和增效作用當一種腐蝕性介質中同時加入兩種或兩種以上的緩蝕劑，且其緩蝕效果比單獨一種緩蝕劑的效果好，人們把這種作用稱為協(xié)同作用。人們把兩種或兩種以上的緩蝕劑復配以后有協(xié)同作用的緩蝕劑稱為協(xié)同復合緩蝕劑，其中一種主要的緩蝕劑稱為主緩蝕劑。當一種腐蝕性介質中同時加入兩種或兩種以上的藥劑（其中一種是主緩蝕劑，其他的藥劑不一定是緩蝕劑），其緩蝕效果比一種主緩蝕劑好，我們把這種作用稱為增效作用或廣義的協(xié)同作用，把這樣復配而成的緩蝕劑稱為增效復合緩蝕劑或廣義的協(xié)同復合緩蝕劑。2復合冷卻水緩蝕劑的分類隨著新型藥劑的不斷

49、出現(xiàn)，復合冷卻水緩蝕劑的品種正在不斷增加。為了更好地了解和使用這些復合緩蝕劑，在介紹一些具體的復合緩蝕劑之前，討論一下它們的分類是有益的。復合冷卻水緩蝕劑的分類方法有多種： 按其中是否含有重金屬化合物(例如：鉻酸鹽、鋅鹽)，可以分為： a含重金屬的復合緩蝕劑；b不含重金屬的復合緩蝕劑。按其對金屬腐蝕反應中陽極過程或陰極過程的抑制情況，可以分為： a. 陽極型復合緩蝕劑； b陰極型復合緩蝕劑；c混合型復合緩蝕劑。 按其中的主緩蝕劑分類，則可分為： a鉻酸鹽系(鉻系)復合緩蝕劑； b磷酸鹽系(磷系)復合緩蝕劑； c鋅系復合緩蝕劑； d鉬酸鹽系(鉬系)復合緩蝕劑； e硅酸鹽系(硅系)復合緩蝕劑； f

50、全有機系復合緩蝕劑等等。按各種功能組分的組合方式，則可以大致分為： a主緩蝕劑 + 協(xié)同緩蝕劑； b一種金屬用的緩蝕劑 + 另一種(或另外幾種)金屬用的緩蝕劑； c緩蝕劑+阻垢緩蝕劑； d緩蝕劑+分散阻垢劑； e緩蝕劑+緩蝕劑的穩(wěn)定劑等。3復合冷卻水緩蝕劑的實例（1）鉻酸鹽鋅鹽和鉻酸鹽鋅鹽膦酸鹽鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑是敞開式循環(huán)冷卻水中較有效的復合緩蝕劑之一。對鋼鐵進行保護時，鉻酸根或鋅的百分組成在5時，就有明顯的增效作用。但鉻酸根或鋅的百分組成在2080時的增效作用較佳。具體的情況如圖3-6所示。圖中的實線代表碳鋼的腐蝕速率隨CrO42-含量()的變化情況，水平虛線則代表工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設

51、計規(guī)范中碳鋼管壁腐蝕速率容許值的上限：0.125mm/a。從圖36中可見，鉻酸鹽與鋅鹽以適當?shù)谋壤M成復合緩蝕劑后，碳鋼的腐蝕速率可以大大低于0.125mm/a這一上限。圖3-24 CrO42+與Zn2+的濃度比對碳鋼腐蝕速率的影響（7.8mg/L CrO42+，pH 6.5）碳鋼管壁腐蝕速率容許的上限在水溶液中，鉻酸根離子和鋅離子分別以獨立的形式存在，彼此并不生成特殊的化合物或中間產物。把鋅鹽(510mg/LZn2+)加入低劑量(20mg/L CrO42-)的鉻酸鹽溶液中，它們之間就有明顯的增效作用，并能大大降低鋼的局部腐蝕。這種復合緩蝕劑對于冷卻水中的多金屬系統(tǒng)有著廣泛的適用性。除了能保護

52、鋼以外，它還能保護銅合金(其中包括海軍黃銅)、鋁合金和鍍鋅鋼材。鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑可以降低多金屬系統(tǒng)的均勻腐蝕和電偶腐蝕(其中包括由較不活潑金屬的離子被還原為金屬并沉積在較活潑的基體金屬上后引起的電偶腐蝕)。它能在較高的溫度下使用。在敞開式循環(huán)冷卻水中，鉻酸鹽和鋅鹽的正常使用濃度大致各為10mg/L。鉻酸鹽和鋅鹽復合緩蝕劑對溫度在正常范圍內的變化和水的腐蝕性的變化并不敏感。使用這種復合緩蝕劑時，敞開式循環(huán)冷卻水運行的pH范圍可以從5.5到7.5，但通常采用pH 7。即使冷卻水系統(tǒng)的pH經歷了大的變動，鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑仍能迅速修復金屬表面的保護膜。雖然有些人認為，鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑

53、是最接近于理想的冷卻水緩蝕劑，但是它還存在不少缺點。例如：a它對碳酸鈣和硫酸鈣等水垢沒有低濃度阻垢作用(threshold effect)。b它對與冷卻水接觸的金屬表面沒有清洗作用。然而，循環(huán)冷卻水中的緩蝕劑又必須在被保護的金屬表面上沒有沉積物(水垢和污垢)時，才能到達金屬的表面，并與之作用后才能發(fā)揮其緩蝕作用的。 c當pH>7.5時，復合緩蝕劑中的鋅離子將轉變?yōu)椴蝗苄缘膲A式鋅鹽沉淀。d鉻酸鹽和鋅鹽的排放給環(huán)境保護帶來困難。這是鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑最大的問題。前三個缺點可以通過在鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑中加入有機多元膦酸鹽，例如ATMP(氨基三甲叉膦酸鹽)來克服。膦酸鹽能抑制敞開式循環(huán)冷

54、卻水中碳酸鈣和硫酸鈣垢的生長，能提高冷卻水中鋅離子的穩(wěn)定性，從而使冷卻水運行的pH范圍擴展到pH 9。膦酸鹽還有清洗作用，它可以使循環(huán)冷卻水中的金屬表面處于清潔狀態(tài)。鉻酸鹽-鋅鹽并不是冷卻水中微生物生長的營養(yǎng)劑，所以使用鉻酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑可以減輕微生物引起的腐蝕。添加ATMP后，在高pH時鋅離子可以穩(wěn)定在水中。與此同時，鋅離子則可以提高ATMP抵抗冷卻水中氯引起的降解的能力。（2）聚磷酸鹽鋅鹽鋅鹽加到聚磷酸鹽中基本上不改變聚磷酸鹽的一般性質。這種復合緩蝕劑對冷卻水中電解質濃度的變化不敏感，對碳酸鈣和硫酸鈣垢有低濃度阻垢作用，對被保護金屬表面具有清洗作用。它既能保護鋼鐵，又能保護有色金屬。鋅

55、鹽與聚磷酸鹽之間也有增效作用，故聚磷酸鹽-鋅鹽作復合緩蝕劑時的使用濃度比單獨用聚磷酸鹽作緩蝕劑時的使用濃度要低。聚磷酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑是一種陰極型緩蝕劑，其緩蝕作用與含鈣冷卻水中聚磷酸鹽的作用相同。鋅離子能加速保護膜的形成，抑制腐蝕，直到金屬表面上生成一層致密和耐久的保護性薄膜為止。圖3-25 Zn2+與聚磷酸鹽的濃度比對碳鋼腐蝕速率的影響（8mg/L ；pH 6.8；41）碳鋼管壁腐蝕速率容許的上限在聚磷酸鹽-鋅鹽復合緩蝕劑中，鋅的含量通常為1020，以產生增效作用。含量大于20，則增效作用略有增加。圖3-25中示出了Zn2+與聚磷酸鹽的濃度比對碳鋼腐蝕速率的影響。聚磷酸鹽鋅鹽復合緩蝕劑的使用濃度(以聚磷酸鹽計)通常為10mg/L。較好的做法是，先在一個短時間內(通常小于一個星期)用正常使用濃度的23倍的濃度對敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行預處理。冷卻水的pH應控制在6872。冷卻水在這個pH范圍內運行，可以防止它對銅基合金的腐蝕。這種復合緩蝕劑對冷卻水水體溫度的變化并不敏感。（3）鋅鹽膦酸鹽與單獨使用膦酸鹽相比，鋅鹽與膦酸鹽復配后可以提高膦酸鹽對碳鋼的緩蝕作用。添加鋅鹽后產生增效作用的情況如圖3-26所示。 由圖3-26中可見，當復合緩蝕劑中鋅的含量在2070范圍內變化時，碳鋼的腐蝕可以得到良好的控制，但鋅的含量在3060時，則增效作用最佳。此時，碳鋼的腐蝕速率可低于