循環(huán)冷卻水基礎(chǔ)知識

1、循 環(huán) 冷 卻 水 基 礎(chǔ) 知 識一.循環(huán)水工作原理因循環(huán)水生產(chǎn)的工藝特點決定，水在循環(huán)使用的過程中，會出現(xiàn)水溫升高、水體平衡 破壞以及結(jié)垢、腐蝕、微生物危害等問題。因此循環(huán)水處理需解決兩方面的問題：a.要使已升高的水溫降低，以保持較好的冷卻效果 -稱之為循環(huán)水冷卻。b.要防止因水體平衡破壞和系統(tǒng)特點導(dǎo)致的結(jié)垢物沉淀、水質(zhì)腐蝕及微生物繁殖的危 害，以保持整個循環(huán)水系統(tǒng)正常運行，針對這方面進行的水質(zhì)處理稱為循環(huán)水處理。二.循環(huán)水冷卻原理：本裝置采用的是敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水的冷卻主要在冷卻塔內(nèi)完成。循環(huán)水 經(jīng)過換熱設(shè)備升溫后返回至冷卻塔與空氣直接接觸，在蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散 熱三個過程的

2、共同作用下得到冷卻。(1)蒸發(fā)散熱水在冷卻設(shè)備中形成大小水滴或極薄的水膜，擴大其與空氣的接觸面積和延長接 觸時間，使部分水蒸發(fā)，水汽從水中帶走汽化所需的熱量，從而使水冷卻。(2)接觸傳熱水與空氣對流接觸時，如果空氣的溫度低于水的溫度，則水中的熱量會直接傳給 空氣，使空氣溫度升高，水溫降低。二者溫差越大，傳熱效果越好。(3)輻射傳熱輻射傳熱不需要傳熱介質(zhì)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(nèi)才起作用。在冷卻塔的傳熱中，輻射散熱可以忽略 不計。這三種散熱過程在水冷卻中所起的作用，隨空氣的物理性質(zhì)不同而異。春、夏、 秋三季內(nèi)，室外氣溫較高，因此以蒸發(fā)散熱為主，

3、最炎熱的夏季的蒸發(fā)散熱量可達(dá)總 熱量的90犯上。冬季空氣溫度較低，接觸散熱的作用增大，從夏季的10%-20%曾加到40%-50%嚴(yán)寒的天氣甚至可增加到 70%E右。冷卻塔一般由通風(fēng)筒、配水系統(tǒng)、淋水裝置、通風(fēng)設(shè)備、收水器和集水池組成， 其中淋水裝置也稱填料，是冷卻設(shè)備中的一個關(guān)鍵部分，其作用是將需要冷卻的熱水 多次濺散成水滴或形成水膜，以增加水和空氣的熱交換。冷卻塔中水的冷卻過程主要 是在淋水裝置中進行的。三.循環(huán)水處理基本概念循環(huán)水處理是用物理的或化學(xué)的方法使循環(huán)水即不產(chǎn)生結(jié)垢，也不發(fā)生腐蝕，同時 去除循環(huán)水中懸浮雜質(zhì)，殺滅循環(huán)水中微生物的過程。(1)阻垢處理針對水垢形成的原因，在循環(huán)水處理

4、工藝中，一方面通過排污或補加低硬度水降低 成垢離子的濃度，使其保持在允許的濃度范圍內(nèi)以避免結(jié)垢。另一方面，通過投加阻 垢劑，破壞結(jié)垢離子的結(jié)晶長大而達(dá)到阻垢的目的。(2)緩蝕處理在循環(huán)水系統(tǒng)中，主要是通過加緩蝕劑在金屬表面形成一層致密的保護膜以阻止電 化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的方法來控制腐蝕，系統(tǒng)開工初期都要投加高濃度的緩蝕劑進行預(yù)膜，正常運行后按要求連續(xù)投加進行補股。(3)懸浮物、濁度、微生物的控制循環(huán)水中懸浮物、濁度等可通過旁濾處理進行去除，同時利用阻垢劑來提高極限碳 酸鹽硬度，限制循環(huán)水中的CaCO勺析出。微生物可通過投加殺菌劑來得到控制，一般 要求是氧化性和非氧化性的殺菌劑混合使用。四.循環(huán)冷卻水

5、的任務(wù)循環(huán)水裝置的主要任務(wù)是供全廠系統(tǒng)生產(chǎn)冷卻用水。將自來水公司提供的新鮮水補充 入循環(huán)水池后，用循環(huán)水泵加壓送合成，尿素等系統(tǒng)做為冷卻水，為搞好安全生產(chǎn)，降低 系統(tǒng)腐蝕，結(jié)垢在最低程度，使用換熱器的換熱效果達(dá)到最佳狀態(tài)，必須控制循環(huán)水質(zhì)在 工藝指標(biāo)范圍內(nèi)。五.冷卻水平衡冷卻水在循環(huán)過程中水量的損失共有四部分水量損失：(1)蒸發(fā)水量E:冷卻過程中，從冷卻水中蒸發(fā)逸入大氣的水蒸汽量可由下式計算：E= a (R B) m3/h式中a一蒸發(fā)損失率，a=C (T1-T2) %R 系統(tǒng)中循環(huán)水量，nm/h B 排污水量，nVhE 蒸發(fā)水量，m/hTi, T2為循環(huán)水冷卻水進、出冷卻塔的溫度，C損失系數(shù)。

6、與季節(jié)有關(guān):夏季(2530C)為 0.150.16冬季(-15-10 C) 為 0.060.08春秋季(01OC) 為 0.100.12蒸發(fā)水量E在實際應(yīng)用中的粗略計算是以冷卻塔進、出水溫差5.5 C, E取總循環(huán)水量的1%(2)風(fēng)吹損失水量D由于空氣流，被空氣帶走部分水滴。對于強制通風(fēng)冷卻塔，風(fēng)吹損失D為總循環(huán)水量的0.1%。(3)排污水量B為了控制冷卻水循環(huán)過程中因蒸發(fā)損失而引起的濃縮過程，必須人為地排掉的水量。B=E/(N-1) -D式中 B排污水量，m3/hD風(fēng)吹損失量，m3/h ;N濃縮倍數(shù)。(4)滲漏損失F在管道和儲水系統(tǒng)中因滲漏而損失的水量。在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，為維持系統(tǒng)的水

7、量平衡，補充水量M應(yīng)是蒸發(fā)水量E、風(fēng)吹損失水量D排污水量B和滲漏損失F各項水量損失之和，如下圖3 1所示。I E I ID一,一一一匚m圖3 一 楣環(huán)水:大統(tǒng)水里平枷小思圖 1BM=E+D+B+F(5)濃縮倍數(shù)的計算濃縮倍數(shù)的含義是以循環(huán)水的含鹽量與補充含鹽量之比，是微量水穩(wěn)劑配方與生 產(chǎn)經(jīng)濟運行的重要指標(biāo)。六.冷卻水水質(zhì)處理原理冷卻水在循環(huán)使用過程中，水在冷卻塔內(nèi)和空氣充分接觸，使水中的溶解氧得到補充, 所以循環(huán)水中溶解氧總是飽和的。水中溶解氧是造成金屬電化學(xué)腐蝕的主要原因，這是冷 卻水循環(huán)使用后易帶來的問題之一。水在冷卻塔中蒸發(fā)，使循環(huán)水中含鹽量逐漸增加，加上水中二氧化碳在塔中解析逸散，

8、使水中碳酸鈣在傳熱面上結(jié)垢析出的傾向增加，這是問題之二。冷卻水和空氣接觸，吸收了空氣中大量的灰塵、泥沙、微生物及其抱子，使系統(tǒng)的污 泥增加。冷卻塔內(nèi)的光線、適宜的溫度、充足的氧和養(yǎng)分都有利于細(xì)菌和藻類的生長，從 而使系統(tǒng)粘泥增加，在換熱器內(nèi)沉積下來，造成了粘泥的危害，這是水循環(huán)使用后易帶來 的問題之三。循環(huán)水及補充水的水質(zhì)中各種的雜質(zhì)的最高最低允許含量，下表可提供參考雜質(zhì)名稱最高最低允許含量過量時的危害含鹽量（以電導(dǎo)率計）投加緩蝕阻垢劑時，一般不宜3000 S/cm腐蝕或結(jié)垢ca+(以CaC加)根據(jù)CaCOS和指數(shù)和磷酸鈣飽和指數(shù)進行控制：一M循環(huán)水中要求毋00嘩/L, >75mg/L;

9、全有機系統(tǒng)150mg/L使用多元醇和木質(zhì)素磺酸鹽分散劑時01000mg/L結(jié)垢Mg+(以CaC皿)Mg+ (mg/L) XSiQ (mg/L) <15000產(chǎn)生類似蛇紋石組成、粘性很強的污垢鐵和鉆（總鐵量）補充水中（特別在預(yù)膜時）<0.2 mg/L 0.5 mg/L催化結(jié)晶過程，本身可成為 粘性很強的污垢，導(dǎo)致局部腐 蝕銅離了補充水中00.1 mg/L （碳剛設(shè)備）補充水中040用/L （鋁材）產(chǎn)生點腐蝕，導(dǎo)致局部腐蝕鋁離子補充水中01 mg/L3 mg/L起粘結(jié)作用，促進污泥沉積總堿度（以CaC加）根據(jù)CaCOS和指數(shù)進行控 制一般不宜超過500nig/L ,磷系需50nig/L

10、,全有機系需100mg/L一情況TF要求COY 5 mg/L、HCOc 15g200mg/L （低PH系統(tǒng)）HC3X300500mg/L （高效分散劑的系統(tǒng)）結(jié)垢CL在使用/、銹鋼較多的系統(tǒng)中要求0 300nig/L碳剛設(shè)備系統(tǒng)中01000mg/L強烈促進腐蝕反應(yīng)，加速" 部腐蝕，主要是隙縫腐蝕、點 蝕和應(yīng)力腐蝕開裂SO2-SO2+ CL < 1500m g/LCa+ (mg/L) XS(2-4 (mg/L)(都以 CaC創(chuàng))<150000PO3-根據(jù)磷酸鈣飽和指數(shù)進行控引起磷酸三鈣沉淀，在高溫制下會緩慢轉(zhuǎn)化成羥基磷灰石濁度（懸浮物）一般要求020mg/L ,使用板式、翅

11、片式和螺旋式換熱器官 10 mg/L污泥沉積SiO2（以SiQ計）W175mg/L, Mg （mg/L,以CaCM） xSiO（mg/L,以 SiO計）15000污泥沉積、硅垢油應(yīng)05 mg/L污泥沉積細(xì)菌總數(shù)（異養(yǎng)菌數(shù)）循環(huán)水中總菌數(shù)5X 105個 m/l污泥中的總菌數(shù) 10X 105個 m/l微生物繁殖七.腐蝕及影響因素由于和周圍介質(zhì)相互作用，使材質(zhì)（通常是金屬）遭受破壞或是材料性能惡化的過程稱之 為腐蝕。1、水中溶解氧對腐蝕的影響：在冷卻水中有較豐富的溶解氧，在通常情況下，水中含 Q 610mL/L。氧對鋼鐵的 腐蝕有兩個相反的作用：（1）參加陰極反應(yīng)，加速腐蝕；（2）在金屬表面形成氧化

12、物膜，抑制腐蝕。一般規(guī)律是在氧低濃度時起去極化作用，加速腐蝕，隨著氧濃度的增加腐蝕速度也增 加。但達(dá)到一定值后，腐蝕速度開始下降，這時的溶解氧濃度稱之為臨界點值。腐蝕速度減小的原因是由于氧使碳鋼表面生成氧化膜所致。溶解氧的臨界點值與水的PH值有關(guān)，當(dāng)水白PH值為6時，一般不會形成氧化膜。所以溶解氧越多，腐蝕越快。當(dāng)水的PH值為7左右時，溶解氧的臨界點濃度為 20m g/L, PH值升高到8時，其臨界點濃度為16m g/ Lo因此，碳鋼在中性或微堿性水中時，腐蝕速度起先隨溶解氧的濃度增加而增加，但過 了臨界點，腐蝕速度隨溶解氧的濃度升高而降低，這也是碳剛在堿性水中腐蝕速度比在酸 性水中要低的原因

13、。一般來說，循環(huán)冷卻水在30c左右時，溶解氧89mg/L,往往不會超過臨界點值， 所以溶解氧常是加速腐蝕的主要因素。在熱交換器中，當(dāng)水不能充滿整個熱交換器時在水 線附近特別容易發(fā)生水線腐蝕，這是因為在熱交換器中，水溫升高，溶解氧逸到上部空間， 在水線附近產(chǎn)生氧的濃差電池，導(dǎo)致加速這種局部腐蝕。2、水中溶解鹽類的濃度對腐蝕的影響：水中溶解鹽類的濃度對腐蝕的影響，綜合起來有以下三個方面：(1)水中溶解鹽類的濃度很高時，將使水的導(dǎo)電性增大，容易發(fā)生電化學(xué)作用，增大 腐蝕電流使腐蝕增加。(2)影響Fe (OH 2的膠體狀沉淀物的穩(wěn)定度，使保護膜質(zhì)量變差，增大腐蝕。(3)可使氧的溶解度下降，陰極過程減弱

14、，腐蝕速度變小。上面綜合作用的結(jié)果，一般來說是使腐蝕增加。關(guān)于水中不同離子與腐蝕的關(guān)系，一般有以下原則性認(rèn)識:2(1)水中Cl、SO等離子的含量圖時，會增加水的腐蝕性。Cl不僅對不銹鋼容易造成應(yīng)力腐蝕，而且還容易破壞金屬上的氧化膜，因此，Cl-也是使碳剛產(chǎn)生點蝕的主要原因。(2)水中的PO3-、CrO2-、WO-等離子能鈍化鋼鐵或生成難溶沉淀物覆蓋金屬表面，起 到抑制腐蝕的作用。(3) Ca2 Zn2+、Fe2+等離子由于能與陰極產(chǎn)物 OH&成難溶的沉淀沉積于金屬表面，起 到防腐蝕作用。而Cl、Fe2+等具有氧化性的陽離子，由于能促進陰極去極化作用，因而是 有害的。3、水的溫度對腐蝕的

15、影響：象大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)一樣，腐蝕的速率隨水溫的升高而成比例地增加。一般情況下，水 溫每升高10C,鋼鐵的腐蝕速率約增加30%這是由于當(dāng)溫度升高時：(1)氧擴散系數(shù)增 大，使得溶解氧更容易達(dá)到陰極表面而發(fā)生去極化作用；(2)溶液電導(dǎo)增加，腐蝕電流增大；(3)水的粘度減小，有利于陽極和陰極反應(yīng)的去極化作用。所有這些將使腐蝕速度加 大。但是另一方面，水溫度的提高可使水中溶解氧濃度減小。因此，以上多方面的因素對 實際裝置表現(xiàn)也不一樣。在開放系統(tǒng)中，起先隨溫度的上升腐蝕率變大，到80c時，腐蝕率最大。以后即隨溫度的升高而急劇下降，這是因為溫度升高所引起的反應(yīng)速率的增大不如溶解氧濃度減小所 引起的反應(yīng)速率

16、的下降來得大。 冷卻水中如含有侵蝕性離子 Cl-時，則隨溫度增加對奧氏體 不銹鋼的腐蝕性急劇增大，應(yīng)力腐蝕開裂的可能性大大增加。4、水的PH值對腐蝕的影響：在自然界，正常溫度下，水的 PH值一般在4.310.0之間，碳剛在這樣的水溶液中， 它的表面常常形成Fe (OH 2覆蓋膜。此時碳鋼腐蝕速度主要決定于氧的擴散速度而幾乎與PH值無關(guān)，在PH值為410之間，腐蝕率幾乎是不變的。PH在10以上時，鐵表面被鈍化， 腐蝕速度繼續(xù)下降。當(dāng)PH低于4.0時，鐵表面保護膜被溶解，水中H+離子濃度因而發(fā)生析 氫反應(yīng)腐蝕速度將急劇增加。實際上，由于水中鈣硬的存在，碳鋼表面常有一層CaCO護膜，當(dāng)PH值偏酸性時

17、，則碳剛表面不易形成有保護性的致密的 CaCO©層，故PH值低時，其腐蝕率要比PH值偏堿 性時高些。5、水流速度對腐蝕的影響碳鋼在冷卻水中被腐蝕的主要原因是氧的去極化作用，而決定腐蝕速度的又與氧的擴 散速度有關(guān)。流速的增加使金屬壁和介質(zhì)接觸面的層流層變薄而有利于溶解氧擴散到金屬 表面。同時流速較大時，可沖去沉積在金屬表面的腐蝕、結(jié)垢等生成物，使溶解氧更易向 金屬表面擴散，導(dǎo)致腐蝕加速，所以碳剛的腐蝕速度是隨水流速度的升高而加大。隨著流 速進一步的升高，腐蝕速度會降低，這是因流速過大，向金屬表面提供氧量已達(dá)到足使金 屬表面形成氧化膜，起到緩蝕的作用。如果水流速度繼續(xù)增加，則會破壞氧化膜

18、，使腐蝕 速度再次增大。當(dāng)流速很高時（大于 20m/s）,腐蝕類型將轉(zhuǎn)變?yōu)橐云茐臑橹鞯臎_蝕。一般來說，水流速度在0.61m/s時，腐蝕速度最小。當(dāng)然水流速度的選擇不能只從腐 蝕角度出發(fā)，還要考慮到傳熱的要求，流速過低會使傳熱效率降低和出現(xiàn)沉積，故水走管 程的換熱器的冷卻水流速不宜小于 0.9m/s。水走殼程時，流速無法達(dá)到上述要求，故宜盡 量避免采用殼程換熱器。如工藝必須采用殼程時，流速不應(yīng)小于 0.3m/s。當(dāng)條件限制不能 達(dá)到上述流速時，應(yīng)采取防腐涂層、反向沖洗等措施。八.防腐、添加緩蝕劑原理緩蝕劑又叫腐蝕抑制劑。凡是添加到腐蝕介質(zhì)中能干擾腐蝕電化學(xué)作用，阻止或降低 金屬腐蝕速度的一類物質(zhì)

19、都稱為緩蝕劑。其作用均是通過金屬表面上形成保護膜來防腐蝕緩蝕劑種類很多，通常有以下三種方法：(1)、按藥劑的化學(xué)組成分，可分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑兩大類。(2)、按藥劑對電化學(xué)腐蝕過程的作用不同來分，可分陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑以及陰 陽極緩蝕劑三種。(3)、按藥劑在金屬表面形成各種不同的膜來分，則可分氧化膜型、沉淀膜型、和吸附 膜型。九.結(jié)垢原理1 、冷卻水系統(tǒng)中的水垢和污垢形成的原因在循環(huán)水系統(tǒng)中，水垢是由過飽和的水溶性組分形成的。水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等，其中以溶解的重碳酸鹽如Ca (HCQ 2、Mg(HCQ 2最不穩(wěn)定，極易分解生成碳酸鹽。因此，

20、當(dāng)冷卻水中溶解的重碳酸鹽較多時，水流通過換熱器表面，特別是溫度較高的表面，就會受熱分解，其反應(yīng)如下：Ca (HC。2 CaCO 3, +HO+C6當(dāng)循環(huán)水通過冷卻塔，溶解在水中的 CO會逸出，水中的PH值升高，此時，重碳酸鹽 在堿性條件下也會發(fā)生如下的反應(yīng)：Ca (HCQ 2+2OH-PaCO 3； +HO+CO如水中溶有適量的磷酸鹽與鈣離子時，也將產(chǎn)生磷酸鈣的沉淀:2PO3-+3Ca2Ca （PO） 2；上述系列反應(yīng)中生成的CaCOf口 Ca （PO） 2等均屬微溶性鹽，它們的溶解度比起 Ca （ HCO 2來要小得多。同時，它們的溶解度與一般的鹽類還不同，其溶解度不是隨著溫度的升高而 加大

21、，而是隨著溫度的升高而降低。因此，在換熱器傳熱表面上，這些微溶性鹽很容易達(dá) 到過飽和狀態(tài)而從水中結(jié)晶析出，尤其當(dāng)水流速度小或傳熱面較粗糙時，這些結(jié)晶沉淀物 就會沉積在傳熱表面上，形成了通常所稱的水垢。由于這些水垢結(jié)晶致密，比較堅硬，又 稱為硬垢。常見的水垢組成為：碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、鎂鹽、硅酸鹽。污垢是包括水垢在內(nèi)的固形物的集合體。常見的污垢有：（1）泥渣及粉塵；（2）沙粒;（3）腐蝕產(chǎn)物；（4）天然有機物；（5）微生物群體；（6） 一般碎屑；（7）氧化鋁；（8）磷 酸鋁；（9）磷酸鐵。冷卻水中的污垢來自幾個方面：（1）來自補充水的污垢冷卻水系統(tǒng)補充水中難溶或微溶鹽類易于生成碳酸鈣、硫酸鈣

22、、硅酸鈣和硅酸鎂水垢。此外，各種懸浮物、沙子、淤泥、粘土、微生物、甚至油都可以帶入系統(tǒng)。（2）來自空氣的污垢隨空氣帶入敞開式冷卻水系統(tǒng)中的污泥、沙子、粘泥、粘土和微生物系統(tǒng)中產(chǎn)生沉積 物，空氣中的氨和硫化氫的引入會導(dǎo)致系統(tǒng)中銅及銅合金、碳剛設(shè)備的腐蝕，腐蝕產(chǎn)物的 沉積又形成污垢。（3）來自系統(tǒng)本身的污垢由系統(tǒng)本身產(chǎn)生的污垢主要有：系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)物；補充水使用凝聚劑后引入的 鋁鹽和鐵鹽；使用水處理劑后可能產(chǎn)生的鋅鹽和磷酸鹽污垢；介質(zhì)的滲漏，特別是漏 油或某些有機物將導(dǎo)致污泥的積聚；系統(tǒng)中微生物繁殖所形成的粘泥。2、防止結(jié)水垢的方法一般采用以下幾種辦法：(1)根據(jù)所選用的處理方案和濃縮倍數(shù)的要求，

23、控制成垢物質(zhì)進入冷卻水中的量，把 補充水軟化到一定程度，控制水中鈣離子的含量；(2)在循環(huán)水中加酸或二氧化碳降低 PH值，以控制碳酸根離子；(3)使用阻垢劑破壞CaCO?鹽類的結(jié)晶增長過程，達(dá)到控制水垢形成的目的。3、阻垢劑及其阻垢機理、選擇原則凡能控制產(chǎn)生泥垢和水垢的藥劑稱之為阻垢劑。采用的阻垢劑有合成聚合物(聚丙烯 酸、聚甲基丙烯酸、聚馬來酸及丙烯酸、馬來酸的共聚物)；無機聚合物(三聚磷酸鈉、六 偏磷酸鈉等)、瞬酸鹽(HEDP ATMP EDTMH磷酸酯(多元醇磷酸酯、單元醇磷酸酯等) 磷竣酸等。阻垢劑的機理可以分為下列三種類型：(1)用陰離子型或非離子型的聚合物把膠體顆粒包圍起來，使它們穩(wěn)定在分散狀態(tài)， 這類藥劑稱為分散劑。(2)把金屬離子變成一種螯合離子或絡(luò)合離子，這就抑制了它們和陰離子結(jié)合產(chǎn)生沉 淀物，這類藥劑稱為螯合劑和絡(luò)合劑。(3)利用高分子混凝劑的凝聚架橋作用，把膠體顆粒結(jié)成磯花，懸浮在水中，當(dāng)流經(jīng) 旁濾池或排污被除去。選擇阻垢劑應(yīng)注意下列幾點：(1)阻垢效果好，在水中含 Cf、Mg、SiO32-等量較大時仍有較好的阻垢效果；(2)化學(xué)穩(wěn)定性好，在高濃縮倍數(shù)和高溫情況下，以及與緩蝕劑、殺生劑并用時，阻 垢效果也不明顯下降；(3)與緩蝕劑、殺生劑并用時，不得影響緩蝕效果和殺菌滅藻效果；(4)無毒或低毒，容易被生物降解；(5