第四章 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物及其控制 ppt課件

1、第四章第四章 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的水垢及控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的水垢及控制第一節(jié)第一節(jié) 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的堆積物循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的堆積物一、堆積物的分類一、堆積物的分類 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會(huì)有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會(huì)有各種物質(zhì)堆積在換熱器的傳熱管外表，這些各種物質(zhì)堆積在換熱器的傳熱管外表，這些物質(zhì)統(tǒng)稱堆積物。它們主要是由水垢、淤泥、物質(zhì)統(tǒng)稱堆積物。它們主要是由水垢、淤泥、腐蝕產(chǎn)物和生物堆積物黏泥構(gòu)成。通常，腐蝕產(chǎn)物和生物堆積物黏泥構(gòu)成。通常，人們把淤泥、腐蝕產(chǎn)物和生物堆積物三者統(tǒng)人們把淤泥、腐蝕產(chǎn)物和生物堆積物三者統(tǒng)稱為污垢。稱為污垢。 一水垢一水垢 天然水中溶解有各種鹽類，如

2、重碳酸鹽、天然水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等。以溶解的重碳硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等。以溶解的重碳酸鹽如酸鹽如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2為最多，為最多，也最不穩(wěn)定，容易分解生成碳酸鹽。因此，也最不穩(wěn)定，容易分解生成碳酸鹽。因此，假設(shè)運(yùn)用含重碳酸鹽較多的水作為冷卻水，假設(shè)運(yùn)用含重碳酸鹽較多的水作為冷卻水，當(dāng)它經(jīng)過換熱器傳熱外表時(shí)，會(huì)受熱分解：當(dāng)它經(jīng)過換熱器傳熱外表時(shí)，會(huì)受熱分解： 冷卻水經(jīng)過冷卻塔相當(dāng)于一個(gè)曝氣過程，溶解在水中的冷卻水經(jīng)過冷卻塔相當(dāng)于一個(gè)曝氣過程，溶解在水中的CO2會(huì)逸出，因此，水的會(huì)逸出，因此，水的pH值會(huì)升高此時(shí)，重碳酸鹽在堿性條件下也值會(huì)

3、升高此時(shí)，重碳酸鹽在堿性條件下也會(huì)發(fā)生如下的反響：會(huì)發(fā)生如下的反響： 當(dāng)水中溶有大量氯化鈣時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生以下反響：當(dāng)水中溶有大量氯化鈣時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生以下反響： 如水中溶有適量的磷酸鹽時(shí)，磷酸根將與鈣離子生成磷酸鈣，如水中溶有適量的磷酸鹽時(shí)，磷酸根將與鈣離子生成磷酸鈣，其反響為；其反響為； 上述一系列反響中生成的碳酸鈣和磷酸鈣均屬微溶性鹽，它們上述一系列反響中生成的碳酸鈣和磷酸鈣均屬微溶性鹽，它們的溶解度比氯化鈣和重碳酸鈣要小得多，而且它們的溶解度隨著的溶解度比氯化鈣和重碳酸鈣要小得多，而且它們的溶解度隨著溫度的升高而降低。因此，在換熱器的傳熱外表上，這些微溶性溫度的升高而降低。因此，在換熱器的傳熱

4、外表上，這些微溶性鹽很容易到達(dá)過飽和形狀而從水中結(jié)晶析出。當(dāng)水流速度較小或鹽很容易到達(dá)過飽和形狀而從水中結(jié)晶析出。當(dāng)水流速度較小或傳熱面比較粗糙時(shí)，這些結(jié)晶堆積物就容易堆積在傳熱外表上。傳熱面比較粗糙時(shí)，這些結(jié)晶堆積物就容易堆積在傳熱外表上。 此外，水中溶解的硫酸鈣、硅酸鈣、硅酸鎂等，當(dāng)其此外，水中溶解的硫酸鈣、硅酸鈣、硅酸鎂等，當(dāng)其陰、陽(yáng)離子濃度的乘積超越其本身溶度積時(shí)，也會(huì)生成沉陰、陽(yáng)離子濃度的乘積超越其本身溶度積時(shí)，也會(huì)生成沉淀堆積在傳熱外表上，這類堆積物通常稱為水垢。淀堆積在傳熱外表上，這類堆積物通常稱為水垢。 由于這些水垢都是有無機(jī)鹽組成，故又稱為無機(jī)垢。由于這些水垢都是有無機(jī)鹽組成

5、，故又稱為無機(jī)垢。由于這些水垢結(jié)晶致密，比較鞏固，故又稱為硬垢。它們由于這些水垢結(jié)晶致密，比較鞏固，故又稱為硬垢。它們通常結(jié)實(shí)地附著在換熱外表上，不易被水沖洗掉。通常結(jié)實(shí)地附著在換熱外表上，不易被水沖洗掉。 大多數(shù)情況下?lián)Q熱器傳熱外表上構(gòu)成的水垢是以碳酸大多數(shù)情況下?lián)Q熱器傳熱外表上構(gòu)成的水垢是以碳酸鈣為主的。由于硫酸鈣的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳酸鈣。同時(shí)天鈣為主的。由于硫酸鈣的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳酸鈣。同時(shí)天然水中溶解的磷酸鹽較少，因此，除非向水中投加過量的然水中溶解的磷酸鹽較少，因此，除非向水中投加過量的磷酸鹽，否那么磷酸鈣水垢將較少出現(xiàn)。磷酸鹽，否那么磷酸鈣水垢將較少出現(xiàn)。(二二)污垢污垢 普通是由顆

6、粒細(xì)小的泥砂、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、膠普通是由顆粒細(xì)小的泥砂、塵土、不溶性鹽類的泥狀物、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粘性分泌物等組成。其粘性分泌物等組成。 水處置控制不當(dāng)，補(bǔ)充水濁度過高，細(xì)微泥砂、膠狀物質(zhì)等水處置控制不當(dāng)，補(bǔ)充水濁度過高，細(xì)微泥砂、膠狀物質(zhì)等帶入冷卻水系統(tǒng)，或菌藻殺滅不及時(shí)，或腐蝕嚴(yán)重、腐蝕產(chǎn)物多帶入冷卻水系統(tǒng)，或菌藻殺滅不及時(shí)，或腐蝕嚴(yán)重、腐蝕產(chǎn)物多以及操作不慎，油污、工藝產(chǎn)物等走漏入冷卻水中，都會(huì)加劇污以及操作不慎，油污、工藝產(chǎn)物等走漏入冷卻水中，都會(huì)加劇污垢的構(gòu)成。垢的構(gòu)成。 當(dāng)

7、這樣的水質(zhì)流經(jīng)換熱器外表時(shí)，容易構(gòu)成污垢堆積物，特當(dāng)這樣的水質(zhì)流經(jīng)換熱器外表時(shí)，容易構(gòu)成污垢堆積物，特別是當(dāng)水走殼程，流速較慢的部位污垢堆積更多。由于這種污垢別是當(dāng)水走殼程，流速較慢的部位污垢堆積更多。由于這種污垢體積較大、質(zhì)地疏松稀軟，故又稱為軟垢。它們是引起垢下腐蝕體積較大、質(zhì)地疏松稀軟，故又稱為軟垢。它們是引起垢下腐蝕的主要緣由，也是某些細(xì)菌如厭氧菌生存和繁衍的溫床。的主要緣由，也是某些細(xì)菌如厭氧菌生存和繁衍的溫床。 由于污垢的質(zhì)地松散稀軟，所以它們?cè)趥鳠嵬獗砩险掣讲挥捎谖酃傅馁|(zhì)地松散稀軟，所以它們?cè)趥鳠嵬獗砩险掣讲痪o，容易清洗，有時(shí)只需用水沖洗即可除去。但在運(yùn)轉(zhuǎn)緊，容易清洗，有時(shí)只需用

8、水沖洗即可除去。但在運(yùn)轉(zhuǎn)中，污垢和水垢一樣，也會(huì)影響換熱器的傳熱效率。中，污垢和水垢一樣，也會(huì)影響換熱器的傳熱效率。 當(dāng)防腐措施不當(dāng)時(shí)，換熱器的換熱管外表經(jīng)常會(huì)有當(dāng)防腐措施不當(dāng)時(shí)，換熱器的換熱管外表經(jīng)常會(huì)有銹瘤附著。其外殼鞏固，但內(nèi)部疏松多孔，而且分布不銹瘤附著。其外殼鞏固，但內(nèi)部疏松多孔，而且分布不均，它們常與水垢、微生物粘泥等一同堆積在換熱器的均，它們常與水垢、微生物粘泥等一同堆積在換熱器的傳熱外表。這類銹瘤狀腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成的堆積物，除了影傳熱外表。這類銹瘤狀腐蝕產(chǎn)物構(gòu)成的堆積物，除了影響傳熱外，更嚴(yán)重的是將助長(zhǎng)某些細(xì)菌如鐵細(xì)菌的繁衍，響傳熱外，更嚴(yán)重的是將助長(zhǎng)某些細(xì)菌如鐵細(xì)菌的繁衍，最終導(dǎo)

9、致管壁腐蝕穿孔而走漏。最終導(dǎo)致管壁腐蝕穿孔而走漏。二、水垢析出的判別二、水垢析出的判別()碳酸鈣析出的判別碳酸鈣析出的判別1飽和指數(shù)飽和指數(shù)(L.S.I.) 碳酸鹽溶解在水中到達(dá)飽和形狀時(shí)，存在著以下動(dòng)平碳酸鹽溶解在水中到達(dá)飽和形狀時(shí)，存在著以下動(dòng)平衡關(guān)系衡關(guān)系 1936年朗格利爾年朗格利爾(Langelier)根據(jù)上述平衡關(guān)系，提根據(jù)上述平衡關(guān)系，提出了飽和出了飽和pH和飽和指數(shù)的概念，以判別碳酸鈣在水中能和飽和指數(shù)的概念，以判別碳酸鈣在水中能否會(huì)析出水垢，并據(jù)此提出用加酸或用加堿預(yù)處置的方法否會(huì)析出水垢，并據(jù)此提出用加酸或用加堿預(yù)處置的方法來控制水垢的析出。來控制水垢的析出。 從反響式從反

10、響式(4-2)相相(4-3)可以看出，如往水中加堿，那么可以看出，如往水中加堿，那么H+被被中和，水的中和，水的pH值升高，反響值升高，反響(4-2)向右方進(jìn)展，反響向右方進(jìn)展，反響(4-3)向左方向左方進(jìn)展，碳酸鈣易析出。假設(shè)碳酸鈣在水中呈飽和形狀，那么反響進(jìn)展，碳酸鈣易析出。假設(shè)碳酸鈣在水中呈飽和形狀，那么反響(4-1)、(4-2)和和(4-3)處于平衡形狀，重碳酸鈣既不分解成碳酸鈣，處于平衡形狀，重碳酸鈣既不分解成碳酸鈣，碳酸鈣也不會(huì)繼續(xù)溶解。此時(shí)水的碳酸鈣也不會(huì)繼續(xù)溶解。此時(shí)水的pH值稱為該水的飽和值稱為該水的飽和pH值，值，以以pHs表示之。郎格利爾推導(dǎo)出了計(jì)算表示之。郎格利爾推導(dǎo)出

11、了計(jì)算pHs的公式，并以水的實(shí)的公式，并以水的實(shí)踐踐pH與其與其pHs的差值來判別水垢的析出。此差值稱為飽和指數(shù)，的差值來判別水垢的析出。此差值稱為飽和指數(shù)，以以L.S.I.表示。表示。 早期水處置任務(wù)者曾有意讓冷卻水在換熱器傳熱外表上結(jié)一早期水處置任務(wù)者曾有意讓冷卻水在換熱器傳熱外表上結(jié)一層薄薄的致密的碳酸鈣水垢，這樣既不影響傳熱效率，又可防止層薄薄的致密的碳酸鈣水垢，這樣既不影響傳熱效率，又可防止水對(duì)碳鋼的腐蝕。因此，郎格利爾提出：水對(duì)碳鋼的腐蝕。因此，郎格利爾提出： L.S.I. 0時(shí)，碳酸鈣時(shí)，碳酸鈣垢會(huì)析出，這種水屬結(jié)垢型水；當(dāng)垢會(huì)析出，這種水屬結(jié)垢型水；當(dāng)L.S.I. 0時(shí)，那么原

12、來附在傳時(shí)，那么原來附在傳熱面上的碳酸鈣垢層會(huì)被溶解掉，使碳鋼外表裸露在水中而遭到熱面上的碳酸鈣垢層會(huì)被溶解掉，使碳鋼外表裸露在水中而遭到腐腐蝕。這種水稱作腐蝕型水；當(dāng)蝕。這種水稱作腐蝕型水；當(dāng)L.S.I. 0時(shí)，碳酸鈣垢不時(shí)，碳酸鈣垢不析出，原有碳酸鈣垢層也不會(huì)被溶解掉，這種水屬于穩(wěn)定析出，原有碳酸鈣垢層也不會(huì)被溶解掉，這種水屬于穩(wěn)定型水。如以式表之，那么可寫成：型水。如以式表之，那么可寫成： (1)計(jì)算飽和pH(pHs)的公式 根據(jù)電中性原那么和質(zhì)量作用定律，中性碳酸鹽水溶液中，存在著以下關(guān)系：式中 M-堿度以甲基橙為指示劑所測(cè)定的總堿度 KS碳酸鈣的溶度積； K2碳酸的二級(jí)電離常數(shù)。 由

13、于循環(huán)冷卻水在pH6.59.5的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)水中的OH-和H+ 與其它三種離子相比都很小，可以略去，故(4-4)式可簡(jiǎn)化為又從式又從式(4-6)得得代入上式并整理得：代入上式并整理得： 將式將式(4-7)代入式代入式(4-5)，并用活度系數(shù)和離子強(qiáng)度的概，并用活度系數(shù)和離子強(qiáng)度的概念對(duì)公式進(jìn)展校正，取對(duì)數(shù)，經(jīng)整理得下式：念對(duì)公式進(jìn)展校正，取對(duì)數(shù)，經(jīng)整理得下式：式中式中 K2、Ks以活度表示的碳酸的二級(jí)電離常數(shù)和碳酸以活度表示的碳酸的二級(jí)電離常數(shù)和碳酸鈣的溶度積鈣的溶度積; 離子強(qiáng)度。離子強(qiáng)度。(見教材見教材P50式式2-6)(2)計(jì)算飽和計(jì)算飽和pH的簡(jiǎn)化方法的簡(jiǎn)化方法 用上述公式計(jì)算飽和

14、用上述公式計(jì)算飽和pH比較費(fèi)事，為簡(jiǎn)便起見，將上比較費(fèi)事，為簡(jiǎn)便起見，將上式進(jìn)展簡(jiǎn)化，根據(jù)原水的式進(jìn)展簡(jiǎn)化，根據(jù)原水的pH值、值、M-堿度、鈣硬度以及總?cè)軌A度、鈣硬度以及總?cè)芙夤腆w的化學(xué)分析值和水溫，利用表解固體的化學(xué)分析值和水溫，利用表4-1和下式即可計(jì)算出和下式即可計(jì)算出pHs值。值。 式中：式中：A總?cè)芙夤腆w系數(shù)總?cè)芙夤腆w系數(shù) B溫度系數(shù)；溫度系數(shù)； C鈣硬度系數(shù)；鈣硬度系數(shù)； DM堿度系數(shù)。堿度系數(shù)。例題例題 知某水的水質(zhì)分析值如下知某水的水質(zhì)分析值如下試計(jì)算該水質(zhì)的試計(jì)算該水質(zhì)的pHs值。值。解解 根據(jù)表根據(jù)表4-1和知的水質(zhì)分析值，查得和知的水質(zhì)分析值，查得 A0.16 B1.16

15、 C2.0 D2.30 故故 pHs(9.7+A+B)- (C+D) (9.7+0.16+1.16)-(2.0+2.3) 6.72(3)飽和指數(shù)的運(yùn)用飽和指數(shù)的運(yùn)用 通常設(shè)計(jì)部門對(duì)水質(zhì)處置進(jìn)展設(shè)計(jì)和確定藥劑配方時(shí)，通常設(shè)計(jì)部門對(duì)水質(zhì)處置進(jìn)展設(shè)計(jì)和確定藥劑配方時(shí)，往往根據(jù)水質(zhì)資料首先計(jì)算飽和指數(shù)，以判別水質(zhì)是屬于往往根據(jù)水質(zhì)資料首先計(jì)算飽和指數(shù)，以判別水質(zhì)是屬于什么類型的，然后再思索處置方案。例如我國(guó)引進(jìn)法國(guó)赫什么類型的，然后再思索處置方案。例如我國(guó)引進(jìn)法國(guó)赫爾蒂公司爾蒂公司30萬(wàn)噸合成氨安裝時(shí)，曾向法方提供以下水質(zhì)條萬(wàn)噸合成氨安裝時(shí)，曾向法方提供以下水質(zhì)條件：件： 法方根據(jù)該水質(zhì)條件并思索濃縮

16、倍數(shù)為法方根據(jù)該水質(zhì)條件并思索濃縮倍數(shù)為3的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，計(jì)算了該水質(zhì)的飽和指數(shù)。計(jì)算了該水質(zhì)的飽和指數(shù)。 從實(shí)際上思索，水中各離子濃度是按濃縮倍數(shù)成比例從實(shí)際上思索，水中各離子濃度是按濃縮倍數(shù)成比例添加，故添加，故3倍運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水質(zhì)條件可以為是：倍運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)水質(zhì)條件可以為是： Ca2+ 102mg/L M-堿度堿度 12.21mg/L 總?cè)芙夤腆w總?cè)芙夤腆w 1140mg/L 循環(huán)水的循環(huán)水的pH 8.3估計(jì)估計(jì)冷卻塔出口溫度；冷卻塔進(jìn)口溫度；換熱設(shè)備管壁最高溫度；冷卻塔出口溫度；冷卻塔進(jìn)口溫度；換熱設(shè)備管壁最高溫度；飽和指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表飽和指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4-2。溫度溫度原水原水三倍水三倍水

17、pHsL.S.I.傾向傾向pHsL.S.I.傾向傾向3242807.167.006.480.480.641.16稍結(jié)垢稍結(jié)垢稍結(jié)垢稍結(jié)垢結(jié)垢結(jié)垢6.236.075.552.072.232.85結(jié)垢較重結(jié)垢較重結(jié)垢重結(jié)垢重嚴(yán)重結(jié)垢嚴(yán)重結(jié)垢表表4-2 飽和指數(shù)計(jì)算結(jié)果飽和指數(shù)計(jì)算結(jié)果 由表由表4-2看出，當(dāng)看出，當(dāng)3倍運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不同溫度的飽和指倍運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不同溫度的飽和指數(shù)均大大地超越零。預(yù)示出水質(zhì)結(jié)垢嚴(yán)重，因此法方據(jù)數(shù)均大大地超越零。預(yù)示出水質(zhì)結(jié)垢嚴(yán)重，因此法方據(jù)此提供了只投加阻垢劑的單一配方。此提供了只投加阻垢劑的單一配方。 2穩(wěn)定指數(shù)(R.S.I.) 1946年雷茲納(Ryznar)指出，飽和指

18、數(shù)在預(yù)測(cè)水質(zhì)性能時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤判別。如對(duì)某些水，其飽和指數(shù)雖然是正值，但是水的腐蝕性卻很強(qiáng)。他提出以下兩種假設(shè)的水(a)種水，75 時(shí)，pHs=6.0，實(shí)踐pH6.5，飽和指數(shù)+0.5(b)種水，75時(shí)，pHs10.0，實(shí)踐pH=10.5，飽和指數(shù)+0.5 從飽和指數(shù)看，兩種水都是結(jié)垢型的，但實(shí)踐上(a)種水是結(jié)垢型的，而(b)種水那么是強(qiáng)腐蝕型的。因此，他提出用閱歷式2pHs-pH來替代飽和指數(shù)預(yù)測(cè)水質(zhì)性能，并把2pHs-pH的差值稱做穩(wěn)定指數(shù)。假設(shè)(a)、(b)兩種水用穩(wěn)定指數(shù)來預(yù)示，并與飽和指數(shù)進(jìn)展對(duì)比: (a)種水 (b)種水飽和指數(shù) +0.5 +0.5穩(wěn)定指數(shù) +5.5 +9.5 從

19、飽和指數(shù)看，(a)、(b)兩種水是一樣的，都是屬于結(jié)垢型的；但是從穩(wěn)定指數(shù)看，兩種水卻不一樣，(a)種水屬結(jié)垢型而(b)種水屬腐蝕型。雷茲納經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，提出了閱歷的穩(wěn)定指數(shù)(R.S.I.)來進(jìn)展判別：3結(jié)垢指數(shù)結(jié)垢指數(shù)(P.S.I) 1979年帕科拉茲年帕科拉茲(Puckorius)以為水的總堿度比水的實(shí)踐以為水的總堿度比水的實(shí)踐測(cè)定測(cè)定pH能更正確地反映冷卻水的腐蝕與結(jié)垢傾向。經(jīng)過對(duì)能更正確地反映冷卻水的腐蝕與結(jié)垢傾向。經(jīng)過對(duì)幾百個(gè)冷卻水系統(tǒng)作了研討之后，他以為將穩(wěn)定指數(shù)中水的幾百個(gè)冷卻水系統(tǒng)作了研討之后，他以為將穩(wěn)定指數(shù)中水的實(shí)踐測(cè)定實(shí)踐測(cè)定pH改為平衡改為平衡pH(pHeq)將更切合實(shí)踐消

20、費(fèi)，而平衡將更切合實(shí)踐消費(fèi)，而平衡pH與總堿度可按以下關(guān)系式算出或由表與總堿度可按以下關(guān)系式算出或由表4-3查出：查出： pHeq=1.465lgM-堿度堿度+4.54 式中式中 M-堿度堿度系統(tǒng)中水的總堿度以系統(tǒng)中水的總堿度以CaCO3計(jì)計(jì)mg/L 并指出結(jié)垢指數(shù)為：并指出結(jié)垢指數(shù)為： P.S.I.=2pHs-pHeq6 腐蝕腐蝕 P.S.I.=2pHs-pHeq=6 穩(wěn)定穩(wěn)定 P.S.I.=2pHs-pHeq6 結(jié)垢結(jié)垢帕科拉茲以為帕科拉茲以為P.S.I比比.L.S.I.和和R.S.I.在判別水質(zhì)上更接近實(shí)踐。在判別水質(zhì)上更接近實(shí)踐。表表4-3 由總堿度查平衡由總堿度查平衡pH值值總堿度的

21、百位總堿度的百位數(shù)數(shù)(CaCO3計(jì)計(jì))/(mg/L)總堿度的十位數(shù)總堿度的十位數(shù)(CaCO3計(jì)計(jì)/(mg/L)010203040506070809001002003004005006007008009007.477.918.178.358.498.618.718.798.876.007.357.948.198.378.518.628.728.808.886.457.597.978.218.388.528.638.738.818.886.707.648.008.238.408.538.648.748.828.896.897.688.038.258.418.548.658.748.828.907.

22、037.738.058.278.438.568.668.758.838.907.147.778.088.298.448.578.678.768.848.917.247.818.108.308.468.588.688.778.858.927.337.848.138.328.478.598.698.788.858.927.407.888.158.348.488.608.708.798.868.934、臨界、臨界pH結(jié)垢指數(shù)結(jié)垢指數(shù) 晶體生長(zhǎng)實(shí)際以為，對(duì)微溶性鹽如碳酸鈣，必需出現(xiàn)一晶體生長(zhǎng)實(shí)際以為，對(duì)微溶性鹽如碳酸鈣，必需出現(xiàn)一定的過飽和度才干出現(xiàn)沉淀。沉淀析出時(shí)，與過飽和度相應(yīng)定的過飽和度才干出現(xiàn)

23、沉淀。沉淀析出時(shí)，與過飽和度相應(yīng)的的pH值稱臨界值稱臨界pH值，以值，以pHc表示。表示。 1972年法特諾年法特諾(Feitler)提出：當(dāng)水的實(shí)踐提出：當(dāng)水的實(shí)踐pH值大于值大于pHc就會(huì)結(jié)垢，小于就會(huì)結(jié)垢，小于pHc那么不結(jié)垢。那么不結(jié)垢。pHc是實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，各種是實(shí)驗(yàn)測(cè)定值，各種影響要素都包括進(jìn)去了，比影響要素都包括進(jìn)去了，比pHs值高。值高。 普通普通pHc=pHs+(1.72.0) 上述四種指數(shù)均是針對(duì)碳鋼材制，所謂腐蝕的實(shí)踐含義上述四種指數(shù)均是針對(duì)碳鋼材制，所謂腐蝕的實(shí)踐含義并不是直接預(yù)測(cè)水的腐蝕性，而是指做維護(hù)層用的碳酸鈣垢并不是直接預(yù)測(cè)水的腐蝕性，而是指做維護(hù)層用的碳酸鈣垢溶

24、解后，碳鋼直接裸露在水中，由電化學(xué)作用引起的腐蝕。溶解后，碳鋼直接裸露在水中，由電化學(xué)作用引起的腐蝕。闡明闡明 前三種指數(shù)是從熱力學(xué)角度出發(fā)推導(dǎo)的，在實(shí)踐前三種指數(shù)是從熱力學(xué)角度出發(fā)推導(dǎo)的，在實(shí)踐工程運(yùn)用中有很大的局限性，尤其是投加了各種化學(xué)工程運(yùn)用中有很大的局限性，尤其是投加了各種化學(xué)藥劑的冷卻水，有時(shí)就失去了預(yù)測(cè)作用，對(duì)未加水質(zhì)藥劑的冷卻水，有時(shí)就失去了預(yù)測(cè)作用，對(duì)未加水質(zhì)穩(wěn)定劑的原水作初步判別仍是可取的。穩(wěn)定劑的原水作初步判別仍是可取的。 而臨界而臨界pH結(jié)垢指數(shù)完全用實(shí)驗(yàn)值預(yù)測(cè)，其實(shí)意圖結(jié)垢指數(shù)完全用實(shí)驗(yàn)值預(yù)測(cè)，其實(shí)意圖義比前三種好，國(guó)內(nèi)外已有以此方法研制成結(jié)垢儀投義比前三種好，國(guó)內(nèi)外

25、已有以此方法研制成結(jié)垢儀投入實(shí)踐運(yùn)用。入實(shí)踐運(yùn)用。二磷酸鈣垢析出的判別二磷酸鈣垢析出的判別 在許多水質(zhì)處置方案中，常在循環(huán)冷卻水中投加聚磷酸在許多水質(zhì)處置方案中，常在循環(huán)冷卻水中投加聚磷酸鹽作為緩蝕劑或阻垢劑，而聚磷酸鹽在水中會(huì)水解成為正磷鹽作為緩蝕劑或阻垢劑，而聚磷酸鹽在水中會(huì)水解成為正磷酸鹽，使水中有磷酸根離子存在。磷酸根與鈣離子結(jié)合會(huì)生酸鹽，使水中有磷酸根離子存在。磷酸根與鈣離子結(jié)合會(huì)生成溶解度很小的磷酸鈣沉淀，如附著在傳熱外表上，就構(gòu)成成溶解度很小的磷酸鈣沉淀，如附著在傳熱外表上，就構(gòu)成磷酸鈣水垢。因此，在投加有聚磷酸鹽藥劑的循環(huán)冷卻水系磷酸鈣水垢。因此，在投加有聚磷酸鹽藥劑的循環(huán)冷卻

26、水系統(tǒng)中，必需求留意磷酸鈣水垢生成的能夠性。統(tǒng)中，必需求留意磷酸鈣水垢生成的能夠性。 為了能事先預(yù)測(cè)磷酸鈣水垢析出與否，有人提出磷酸鈣為了能事先預(yù)測(cè)磷酸鈣水垢析出與否，有人提出磷酸鈣飽和飽和pH值。其原理是根據(jù)磷酸三鈣在水中存在著以下平衡關(guān)值。其原理是根據(jù)磷酸三鈣在水中存在著以下平衡關(guān)系：系：根據(jù)溶度積原理和質(zhì)量作用定律，從上述平衡關(guān)系可得根據(jù)溶度積原理和質(zhì)量作用定律，從上述平衡關(guān)系可得式中式中 Ks磷酸三鈣的溶度積；磷酸三鈣的溶度積； K1、K2、K3磷酸的一、二、三級(jí)電離常數(shù)。磷酸的一、二、三級(jí)電離常數(shù)。令令 將式將式(4-9)、(4-10)、(4-11)、(4-12)等代入式等代入式(4

27、-8)得得將上式兩邊取對(duì)數(shù)，并經(jīng)整理得將上式兩邊取對(duì)數(shù)，并經(jīng)整理得 式式(4-13)左邊二項(xiàng)之和統(tǒng)稱為左邊二項(xiàng)之和統(tǒng)稱為pH溫度要素，右邊二項(xiàng)那溫度要素，右邊二項(xiàng)那么分別稱為鈣要素和磷酸鹽要素，該式就是計(jì)算磷酸三鈣飽么分別稱為鈣要素和磷酸鹽要素，該式就是計(jì)算磷酸三鈣飽和和pH的計(jì)算式，為計(jì)算方便，通常將有關(guān)數(shù)據(jù)繪制成計(jì)算圖，的計(jì)算式，為計(jì)算方便，通常將有關(guān)數(shù)據(jù)繪制成計(jì)算圖，直接讀取磷酸鈣的飽和直接讀取磷酸鈣的飽和pH。見教材。見教材p57圖圖2-4 當(dāng)水的實(shí)踐當(dāng)水的實(shí)踐pH值大于磷酸三鈣飽和值大于磷酸三鈣飽和pH值時(shí)，預(yù)示磷酸值時(shí)，預(yù)示磷酸三鈣有沉淀的能夠，反之磷酸三鈣有溶解的傾向。三鈣有沉淀

28、的能夠，反之磷酸三鈣有溶解的傾向。例題例題 知某水質(zhì)中：知某水質(zhì)中： 24mg/L 6mg/L計(jì)算該水質(zhì)的磷酸鈣飽和計(jì)算該水質(zhì)的磷酸鈣飽和pH。解解 由圖由圖2-4查得鈣要素為查得鈣要素為9.7，磷酸鹽要素為，磷酸鹽要素為8.3。二者相加，即。二者相加，即9.7+8.318.0，由，由18.0向下引垂線與向下引垂線與40線相交，查得線相交，查得pH6.9，此即為磷酸鈣飽和此即為磷酸鈣飽和pH。此時(shí)此時(shí) 水的實(shí)踐水的實(shí)踐pH - 磷酸鈣飽和磷酸鈣飽和pH8.0-6.91.1由此預(yù)示該水中磷酸鈣有沉淀析出的能夠。但根據(jù)實(shí)踐操作閱歷，由此預(yù)示該水中磷酸鈣有沉淀析出的能夠。但根據(jù)實(shí)踐操作閱歷，其差值到

29、達(dá)其差值到達(dá)1.5時(shí)，往往仍無磷酸鈣沉淀析出，因此實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，時(shí)，往往仍無磷酸鈣沉淀析出，因此實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，常控制其差值在?？刂破洳钪翟?.5以下。為什么有這樣大的差別呢以下。為什么有這樣大的差別呢?這是由于：這是由于：在計(jì)算中，假設(shè)在計(jì)算中，假設(shè)PO43-與與Ca2+生成的磷酸鹽是生成的磷酸鹽是Ca3(PO4)2，但實(shí)踐上還能夠有其他鹽的存在；，但實(shí)踐上還能夠有其他鹽的存在；計(jì)算是根據(jù)平衡思索的，而沒有思索到達(dá)平衡的速計(jì)算是根據(jù)平衡思索的，而沒有思索到達(dá)平衡的速度和固相的物理特性；度和固相的物理特性；計(jì)算用的溫度和實(shí)踐析出磷酸鈣的溫度有差別；計(jì)算用的溫度和實(shí)踐析出磷酸鈣的溫度有差別；援用的常數(shù)

30、值與實(shí)踐情況不完全相符。援用的常數(shù)值與實(shí)踐情況不完全相符。(三三)硅酸鹽垢析出的判別硅酸鹽垢析出的判別 循環(huán)冷卻水中，硅酸循環(huán)冷卻水中，硅酸(以以SiO2計(jì)計(jì))含量過高，加上水的硬含量過高，加上水的硬度較大時(shí)，度較大時(shí)，SiO2易與水中易與水中Ca2+或或Mg2+生成傳熱系數(shù)很低的生成傳熱系數(shù)很低的硅酸鈣或硅酸鎂水垢。這類水垢不能用普通的化學(xué)酸洗法去硅酸鈣或硅酸鎂水垢。這類水垢不能用普通的化學(xué)酸洗法去清洗，而要用酸、堿交替清洗的方法。如硅酸鈣清洗，而要用酸、堿交替清洗的方法。如硅酸鈣(或鎂或鎂)垢中垢中含有含有Al3+或或Fe2+等金屬離子時(shí)，清洗就更為困難。等金屬離子時(shí)，清洗就更為困難。 為

31、防止硅酸鹽垢的生成，通常限制冷卻水中為防止硅酸鹽垢的生成，通常限制冷卻水中SiO2含量，含量，普通以不超越普通以不超越175mg/L為宜。為宜。 當(dāng)鎂的含量大于當(dāng)鎂的含量大于40mg/L，與濃度極高的鈣共存時(shí)，即，與濃度極高的鈣共存時(shí)，即使使SiO2含量低于含量低于150mg/L從，仍會(huì)生成硅酸鎂水垢。有人提從，仍會(huì)生成硅酸鎂水垢。有人提出用控制硅酸鎂濃度積的方法來控制硅酸鎂水垢，硅酸鎂濃出用控制硅酸鎂濃度積的方法來控制硅酸鎂水垢，硅酸鎂濃度積應(yīng)大致限制在下述范圍：度積應(yīng)大致限制在下述范圍：式中式中 Mg2+鎂離子的濃度鎂離子的濃度(以以CaCO3計(jì)計(jì))，mg/L SiO2硅酸濃度硅酸濃度(以

32、以SiO2計(jì)計(jì))，mg/L。 實(shí)際閱歷指出，有時(shí)即使循環(huán)冷卻水中硅酸鎂的濃度積實(shí)際閱歷指出，有時(shí)即使循環(huán)冷卻水中硅酸鎂的濃度積小于小于15000仍會(huì)生成硅酸鎂，這闡明生成硅酸鎂的條件還與換仍會(huì)生成硅酸鎂，這闡明生成硅酸鎂的條件還與換熱器管壁溫度、循環(huán)冷卻水的熱器管壁溫度、循環(huán)冷卻水的pH值以及能否存在其他離子有值以及能否存在其他離子有關(guān)。關(guān)。 第二節(jié) 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中堆積物的控制一、水垢的控制 由于碳酸鈣垢最易生成，故主要討論碳酸鈣垢的控制。大致有以下幾類： (一)從冷卻水中除去成垢的鈣離子 它是構(gòu)成碳酸鈣垢的主要緣由，如能從水中除去，使水軟化，那么碳酸鈣就無法結(jié)晶析出，也就形不成水垢。從水中

33、除去鈣離子的方法主要有以下兩種。 1離子交換樹脂法 就是讓水經(jīng)過離子交換樹脂，將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結(jié)合在樹脂上，到達(dá)從水中除去鈣鎂的目的。其主要的操作流程如圖4-5所示。圖圖4-5 離于交換樹脂法軟化水的工藝流程表示圖離于交換樹脂法軟化水的工藝流程表示圖 軟化時(shí)采用鈉型陽(yáng)離子交換樹脂。硬水經(jīng)過樹脂，其中的軟化時(shí)采用鈉型陽(yáng)離子交換樹脂。硬水經(jīng)過樹脂，其中的Ca2+、Mg2+等與等與Na+交換，并與樹脂結(jié)合，從而從水中除去，交換，并與樹脂結(jié)合，從而從水中除去，使水軟化。當(dāng)樹脂失去交換才干時(shí)，就要停頓軟化，并通進(jìn)食鹽使水軟化。當(dāng)樹脂失去交換才干時(shí)，就要停頓軟化，并通進(jìn)食鹽水，使結(jié)合在

34、樹脂上的水，使結(jié)合在樹脂上的Ca2+、Mg2+與食鹽水中的與食鹽水中的Na+進(jìn)展交換，進(jìn)展交換，讓讓Na+重新結(jié)合在樹脂上，原先結(jié)合在樹指上的重新結(jié)合在樹脂上，原先結(jié)合在樹指上的Ca2+、Mg2+經(jīng)經(jīng)交換后進(jìn)入水中，隨再生廢水被排走。這個(gè)過程稱再生。如此軟交換后進(jìn)入水中，隨再生廢水被排走。這個(gè)過程稱再生。如此軟化、再生交替進(jìn)展，就能簡(jiǎn)便地得到軟水。其軟化、再生反響如化、再生交替進(jìn)展，就能簡(jiǎn)便地得到軟水。其軟化、再生反響如下：下： 用離子交換法軟化補(bǔ)充水，本錢較高，因此只需補(bǔ)充水量小用離子交換法軟化補(bǔ)充水，本錢較高，因此只需補(bǔ)充水量小的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)間或采用。的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)間或采用。 2藥劑軟

35、化法 原理在第二章已講述 對(duì)硬度高、堿度高的水采用石灰軟化法； 對(duì)硬度高、堿度低的水采用石灰-純堿軟化法； 對(duì)硬度低、堿度高的負(fù)硬水那么采用石灰-石膏處置法。(二二)加酸或通加酸或通CO2氣，降低氣，降低pH，穩(wěn)定重碳酸鹽，穩(wěn)定重碳酸鹽 1加酸加酸 通常是加硫酸。由于加鹽酸會(huì)帶入通常是加硫酸。由于加鹽酸會(huì)帶入Cl-、添加水的腐、添加水的腐蝕性，加硝酸那么會(huì)帶入硝酸根，有利硝化細(xì)菌的繁衍。蝕性，加硝酸那么會(huì)帶入硝酸根，有利硝化細(xì)菌的繁衍。由于重碳酸鹽在水中常呈以下平衡：由于重碳酸鹽在水中常呈以下平衡： 所以加酸帶入的所以加酸帶入的H+，可促使反響向左進(jìn)展，使重碳酸，可促使反響向左進(jìn)展，使重碳酸鹽

36、穩(wěn)定。加酸法目前仍有運(yùn)用，由于硫酸參與后，循環(huán)水鹽穩(wěn)定。加酸法目前仍有運(yùn)用，由于硫酸參與后，循環(huán)水pH會(huì)下降，如不留意控制而加酸過多，那么會(huì)加速設(shè)備的會(huì)下降，如不留意控制而加酸過多，那么會(huì)加速設(shè)備的腐蝕。在操作中假設(shè)依托人工分析循環(huán)水腐蝕。在操作中假設(shè)依托人工分析循環(huán)水pH來控制加酸量，來控制加酸量，那么有取樣點(diǎn)能否有代表性以及調(diào)理那么有取樣點(diǎn)能否有代表性以及調(diào)理pH滯后等問題。因此，滯后等問題。因此，假設(shè)采用加酸法，最好配有自動(dòng)加酸、調(diào)理假設(shè)采用加酸法，最好配有自動(dòng)加酸、調(diào)理pH的設(shè)備和儀的設(shè)備和儀表。表。 2通CO2氣 有些化肥廠在消費(fèi)過程中常有多余的CO2氣，而有些化工廠的煙道氣中也含有

37、相當(dāng)多的CO2氣。假設(shè)將CO2氣或煙道氣通入水中，那么可使以下平衡向左進(jìn)展，從而穩(wěn)定了重碳酸鹽： 但此法常因冷卻水經(jīng)過冷卻塔時(shí)，CO2氣易從水中逸出，因此在冷卻塔中析出碳酸鈣，堵塞冷卻塔中填料之間的孔隙。這種景象稱鈣垢轉(zhuǎn)移，因此采用有困難。根據(jù)近年來實(shí)際的閱歷。只需在涼水塔中適當(dāng)留意補(bǔ)充一些CO2氣，并控制好冷卻水的pH值，就可減少或消除鈣垢轉(zhuǎn)移的危害，故此法對(duì)某些化肥廠或化工廠、電廠等仍有推行運(yùn)用的價(jià)值。三投加阻垢劑三投加阻垢劑 從水中析出碳酸鈣等水垢的過程，就是微溶性鹽從從水中析出碳酸鈣等水垢的過程，就是微溶性鹽從溶液中結(jié)晶沉淀的一種過程。按結(jié)晶動(dòng)力學(xué)觀念，結(jié)晶溶液中結(jié)晶沉淀的一種過程。按

38、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)觀念，結(jié)晶的過程首先是生成晶核，構(gòu)成少量的微晶粒，然后這種的過程首先是生成晶核，構(gòu)成少量的微晶粒，然后這種微小的晶體在溶液中由于熱運(yùn)動(dòng)微小的晶體在溶液中由于熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng)布朗運(yùn)動(dòng))不斷地相互碰不斷地相互碰撞，和金屬器壁也不斷地進(jìn)展碰撞，碰撞的結(jié)果就提供撞，和金屬器壁也不斷地進(jìn)展碰撞，碰撞的結(jié)果就提供了晶體生長(zhǎng)的時(shí)機(jī)，使小晶體不斷地變成了大晶體、也了晶體生長(zhǎng)的時(shí)機(jī)，使小晶體不斷地變成了大晶體、也就是說構(gòu)成了覆蓋傳熱面的垢層，如圖就是說構(gòu)成了覆蓋傳熱面的垢層，如圖46所示所示 從CaCO3的結(jié)晶過程看，如能投加某些藥劑而破壞其結(jié)晶增長(zhǎng)，就可到達(dá)控制水垢構(gòu)成的目的。目前運(yùn)用的各種阻垢劑有

39、聚磷酸鹽、有機(jī)多元膦酸、有機(jī)磷酸酯、聚丙烯酸鹽等。二、污垢的控制二、污垢的控制 污垢主要是由塵土、雜物碎屑、菌藻尸體及其分泌物和污垢主要是由塵土、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，須做到以細(xì)微水垢、腐蝕產(chǎn)物等構(gòu)成。因此欲控制好污垢，須做到以下幾點(diǎn)。下幾點(diǎn)。(一一)降低補(bǔ)充水濁度降低補(bǔ)充水濁度 天然水中的泥砂、腐植質(zhì)以及各種懸浮物和膠體物構(gòu)成了天然水中的泥砂、腐植質(zhì)以及各種懸浮物和膠體物構(gòu)成了水的濁度。作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，其濁度愈低，帶入系水的濁度。作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)中可構(gòu)成污垢的雜質(zhì)就愈少。干凈的循環(huán)水不易構(gòu)成污垢。統(tǒng)中可構(gòu)

40、成污垢的雜質(zhì)就愈少。干凈的循環(huán)水不易構(gòu)成污垢。當(dāng)補(bǔ)充水濁度低于當(dāng)補(bǔ)充水濁度低于5mg/L，如城鎮(zhèn)自來水、井水等，可以不，如城鎮(zhèn)自來水、井水等，可以不作預(yù)處置直接進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)補(bǔ)充水濁度高時(shí)，必需進(jìn)展預(yù)處作預(yù)處置直接進(jìn)入系統(tǒng)。當(dāng)補(bǔ)充水濁度高時(shí)，必需進(jìn)展預(yù)處置，使其濁度降低。為此置，使其濁度降低。為此中規(guī)定，循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度中規(guī)定，循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度不宜大于不宜大于20mg/L。當(dāng)換熱器的型式為板式、翅片管式和螺。當(dāng)換熱器的型式為板式、翅片管式和螺旋板式時(shí)，不宜大于旋板式時(shí)，不宜大于10mg/L。 (二)做好循環(huán)冷卻水水質(zhì)處置 冷卻水在循環(huán)運(yùn)用過程中，如不進(jìn)展水質(zhì)處置，必然會(huì)產(chǎn)生水垢或?qū)υO(shè)

41、備腐蝕，生成腐蝕產(chǎn)物。同時(shí)必然會(huì)有大量菌藻繁殖，從而構(gòu)成污垢。假設(shè)循環(huán)水進(jìn)展了水質(zhì)處置，但處置得不太好時(shí)，就會(huì)使原來構(gòu)成的水垢因阻垢劑的參與而變得松軟，再加上腐蝕產(chǎn)物和茵藻繁衍分泌的粘性物，它們就會(huì)粘合在一同，構(gòu)成污垢。因此，做好水質(zhì)處置，是減少系統(tǒng)產(chǎn)生污垢的好方法。(三)投加分散劑 在進(jìn)展阻垢、防腐和殺生水質(zhì)處置時(shí)，投加一定量的分散劑，也是控制污垢的好方法。分散劑能將粘合在一同的泥團(tuán)雜質(zhì)等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著水流流動(dòng)而不堆積在傳熱外表上，從而減少污垢對(duì)傳熱的影響，同時(shí)部分懸浮物還可隨排污水排出循環(huán)水系統(tǒng)。(四四)添加旁濾設(shè)備添加旁濾設(shè)備 即使在水質(zhì)處置較好、補(bǔ)充水濁度也較低的情況下

42、，循即使在水質(zhì)處置較好、補(bǔ)充水濁度也較低的情況下，循環(huán)水系統(tǒng)中的濁度仍會(huì)不斷升高，從而加重污垢的構(gòu)成。環(huán)水系統(tǒng)中的濁度仍會(huì)不斷升高，從而加重污垢的構(gòu)成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作情況下濁度會(huì)升高的緣由是：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作情況下濁度會(huì)升高的緣由是： a、空氣中小于、空氣中小于0.01mm的塵埃顆粒洗滌進(jìn)入水中；的塵埃顆粒洗滌進(jìn)入水中； b、水中某些有機(jī)物的聚集或脫穩(wěn)，腐蝕產(chǎn)物、微生物的、水中某些有機(jī)物的聚集或脫穩(wěn)，腐蝕產(chǎn)物、微生物的新陳代謝物；新陳代謝物； c、走漏的工藝介質(zhì)等；、走漏的工藝介質(zhì)等； 循環(huán)水的濁度隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延伸而添加。循環(huán)水的濁度隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延伸而添加。 當(dāng)循環(huán)冷當(dāng)循

43、環(huán)冷卻水的濁度是處于動(dòng)態(tài)平衡形狀時(shí)，其瞬時(shí)濁度的變化可卻水的濁度是處于動(dòng)態(tài)平衡形狀時(shí)，其瞬時(shí)濁度的變化可以以為是以下各項(xiàng)變化的總和。以以為是以下各項(xiàng)變化的總和。(1)循環(huán)冷卻水濁度瞬時(shí)增減量循環(huán)冷卻水濁度瞬時(shí)增減量 設(shè)循環(huán)冷卻水在管道換熱器和冷水池等設(shè)備中的總貯水量為設(shè)循環(huán)冷卻水在管道換熱器和冷水池等設(shè)備中的總貯水量為Vm3，其瞬時(shí)濁度為，其瞬時(shí)濁度為c mg/L，那么循環(huán)冷卻水濁度瞬時(shí)增減量為，那么循環(huán)冷卻水濁度瞬時(shí)增減量為d(Vc)g。(2)補(bǔ)充水瞬時(shí)引入的濁度量補(bǔ)充水瞬時(shí)引入的濁度量 設(shè)補(bǔ)充水量為設(shè)補(bǔ)充水量為M m3/h，補(bǔ)充水的濁度為，補(bǔ)充水的濁度為cM mg/L，那么補(bǔ)，那么補(bǔ)充水每

44、小時(shí)引入的濁度量為充水每小時(shí)引入的濁度量為McM g/h。故補(bǔ)充水瞬時(shí)引入的濁度。故補(bǔ)充水瞬時(shí)引入的濁度量為量為McMdt g。(3)空氣中灰塵瞬時(shí)引入的濁度量空氣中灰塵瞬時(shí)引入的濁度量 空氣進(jìn)入冷卻塔，其帶入的灰塵一部分被洗入冷卻水中，使空氣進(jìn)入冷卻塔，其帶入的灰塵一部分被洗入冷卻水中，使冷卻水的濁度添加，其添加量與時(shí)間成正比關(guān)系。設(shè)每小時(shí)從空冷卻水的濁度添加，其添加量與時(shí)間成正比關(guān)系。設(shè)每小時(shí)從空氣中引入冷卻水的灰塵量為氣中引入冷卻水的灰塵量為W1g/h，那么空氣中灰塵瞬時(shí)引入的，那么空氣中灰塵瞬時(shí)引入的濁度量為濁度量為W1dt g。(4)循環(huán)冷卻水本身瞬時(shí)產(chǎn)生的濁度量循環(huán)冷卻水本身瞬時(shí)產(chǎn)

45、生的濁度量 由于水質(zhì)處置不夠理想，構(gòu)成的結(jié)垢產(chǎn)物、腐蝕產(chǎn)物和菌由于水質(zhì)處置不夠理想，構(gòu)成的結(jié)垢產(chǎn)物、腐蝕產(chǎn)物和菌藻繁殖的產(chǎn)物如堆積不下來，那么必然會(huì)使循環(huán)水的濁度變大。藻繁殖的產(chǎn)物如堆積不下來，那么必然會(huì)使循環(huán)水的濁度變大。設(shè)設(shè)W2g/h為每小時(shí)循環(huán)冷卻水中本身所產(chǎn)生的濁度量，那么循為每小時(shí)循環(huán)冷卻水中本身所產(chǎn)生的濁度量，那么循環(huán)冷卻水本身瞬時(shí)產(chǎn)生的濁度量為環(huán)冷卻水本身瞬時(shí)產(chǎn)生的濁度量為W2dt g。(5)循環(huán)冷卻水濁度沉降瞬時(shí)析出量循環(huán)冷卻水濁度沉降瞬時(shí)析出量 循環(huán)冷卻水中懸浮固體的顆粒增長(zhǎng)至一定程度時(shí)，或水流循環(huán)冷卻水中懸浮固體的顆粒增長(zhǎng)至一定程度時(shí)，或水流速度降低時(shí)，都會(huì)遵照斯托克斯定律

46、而沉降析出，或堆積在換速度降低時(shí)，都會(huì)遵照斯托克斯定律而沉降析出，或堆積在換熱器傳熱管外表，或管道中，或水池中，由此而使循環(huán)冷卻水熱器傳熱管外表，或管道中，或水池中，由此而使循環(huán)冷卻水的濁度降低。設(shè)循環(huán)冷卻水每小時(shí)沉降析出懸浮固體為的濁度降低。設(shè)循環(huán)冷卻水每小時(shí)沉降析出懸浮固體為W3 g/h,那么循環(huán)冷卻水瞬時(shí)沉降析出的濁度量為那么循環(huán)冷卻水瞬時(shí)沉降析出的濁度量為W3dt g。(6)排污水瞬時(shí)排出的懸浮固體量排污水瞬時(shí)排出的懸浮固體量 設(shè)每小時(shí)排污量為設(shè)每小時(shí)排污量為B m3/h，循環(huán)冷卻水的瞬時(shí)濁度，循環(huán)冷卻水的瞬時(shí)濁度c mg/L,那么排污水瞬時(shí)排出的懸浮固體量為那么排污水瞬時(shí)排出的懸浮固

47、體量為Bcdt g。綜上所述，根據(jù)物料平衡的概念，有：綜上所述，根據(jù)物料平衡的概念，有： 設(shè)循環(huán)水的起始濃度為設(shè)循環(huán)水的起始濃度為c0，經(jīng)，經(jīng)t0到到t時(shí)間后變?yōu)闀r(shí)間后變?yōu)閏，那么，那么將上式積分并整理，可寫成將上式積分并整理，可寫成此式即為循環(huán)水濁度變化的通用公式。此式即為循環(huán)水濁度變化的通用公式。當(dāng)當(dāng)tt0，c=c0，即為循環(huán)水的起始濁度，即為循環(huán)水的起始濁度 由上式可知，循環(huán)水最終濁度不僅與補(bǔ)充水濁度由上式可知，循環(huán)水最終濁度不僅與補(bǔ)充水濁度cM、濃縮倍、濃縮倍數(shù)數(shù)K有關(guān)，而且與運(yùn)轉(zhuǎn)中的有關(guān)，而且與運(yùn)轉(zhuǎn)中的W1、W2、W3有關(guān)。假設(shè)操作在理想有關(guān)。假設(shè)操作在理想條件下進(jìn)展，即條件下進(jìn)展，

48、即W1=W2=W3=0，那么，那么c=KcM。然而當(dāng)空氣中灰。然而當(dāng)空氣中灰塵多，水質(zhì)處置又不夠理想時(shí)，循環(huán)水的濁度必然會(huì)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)塵多，水質(zhì)處置又不夠理想時(shí)，循環(huán)水的濁度必然會(huì)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延伸而添加。間的延伸而添加。降低水中濁度的方法降低水中濁度的方法 a、排污、排污 特點(diǎn)：加大排污的結(jié)果降低了運(yùn)轉(zhuǎn)的濃縮倍率，添加了水特點(diǎn)：加大排污的結(jié)果降低了運(yùn)轉(zhuǎn)的濃縮倍率，添加了水和水處置藥劑的耗費(fèi)。和水處置藥劑的耗費(fèi)。 b、過濾、過濾 特點(diǎn)：對(duì)全部循環(huán)水實(shí)行過濾，無論是工程投資還是運(yùn)轉(zhuǎn)特點(diǎn)：對(duì)全部循環(huán)水實(shí)行過濾，無論是工程投資還是運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力耗費(fèi)都是不能接受的。動(dòng)力耗費(fèi)都是不能接受的。 c、旁濾技術(shù)、旁濾

49、技術(shù) 通常在循環(huán)水系統(tǒng)的管路上引出一部分水進(jìn)展過濾，通常在循環(huán)水系統(tǒng)的管路上引出一部分水進(jìn)展過濾，過濾后的清水前往循環(huán)水系統(tǒng)，截留的濁度組成物質(zhì)排出過濾后的清水前往循環(huán)水系統(tǒng)，截留的濁度組成物質(zhì)排出循環(huán)水系統(tǒng)外，這一過程稱為旁濾技術(shù)。循環(huán)水系統(tǒng)外，這一過程稱為旁濾技術(shù)。 假設(shè)在系統(tǒng)中增設(shè)旁濾設(shè)備，只需控制旁流量和進(jìn)、出旁流設(shè)備的濁度，就可保證系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)下濁度也不會(huì)添加、維持在控制的目的內(nèi)，從而減少污垢的生成。 旁流量普通閱歷是取15的循環(huán)水量，也可根據(jù)下式進(jìn)展較準(zhǔn)確的計(jì)算：式中式中 s旁流量，旁流量，m3/h； M補(bǔ)充水量，補(bǔ)充水量， m3/h ； cM補(bǔ)充水中濁度，補(bǔ)充水中濁度，mg/

50、L； c增設(shè)旁濾設(shè)備后循環(huán)水的最終濁度，增設(shè)旁濾設(shè)備后循環(huán)水的最終濁度， mg/L； cS經(jīng)過旁流后，旁濾設(shè)備出口的濁度，經(jīng)過旁流后，旁濾設(shè)備出口的濁度，mg/L ； n參數(shù)，可自創(chuàng)該廠附近沒有添加旁流設(shè)備的老廠數(shù)據(jù)，參數(shù)，可自創(chuàng)該廠附近沒有添加旁流設(shè)備的老廠數(shù)據(jù)，按按nc/(KcM)-1求出，其中求出，其中c為老廠中循環(huán)水的濁度，為老廠中循環(huán)水的濁度，K為該系統(tǒng)濃為該系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，縮倍數(shù)，cM為該系統(tǒng)補(bǔ)充水的濁度。為該系統(tǒng)補(bǔ)充水的濁度。 第三節(jié) 阻垢劑及分散劑一、聚磷酸鹽 常用的有長(zhǎng)鏈狀陰離子的三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉。三聚磷酸鈉分子式為Na5P3O10，六偏磷酸鈉其鏈較長(zhǎng)，約含20100個(gè)P

51、O3-單位，其構(gòu)造式如下： 六偏磷酸鈉沒有固定的熔點(diǎn)，在水中溶解度很大，但不恒六偏磷酸鈉沒有固定的熔點(diǎn)，在水中溶解度很大，但不恒定。溶于水時(shí)，生成水解產(chǎn)物多磷酸根陰離子聚結(jié)體。其水溶定。溶于水時(shí)，生成水解產(chǎn)物多磷酸根陰離子聚結(jié)體。其水溶液有很大的粘度，液有很大的粘度，pH在在5.56.4之間。之間。 哈萊赫哈萊赫(Halih)曾進(jìn)展過如下的實(shí)驗(yàn)：在含有的曾進(jìn)展過如下的實(shí)驗(yàn)：在含有的600mg/L的的重碳酸鈣溶液中，投加不同量的六偏磷酸鈉重碳酸鈣溶液中，投加不同量的六偏磷酸鈉(指直鏈狀，下同指直鏈狀，下同)，并在并在80 時(shí)加熱時(shí)加熱1h，分析沉淀的碳酸鈣量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加，分析沉淀的碳酸鈣量。

52、結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加2mg/L六偏磷酸鈉時(shí)，對(duì)防止碳酸鈣析出有最好的效果，如添六偏磷酸鈉時(shí)，對(duì)防止碳酸鈣析出有最好的效果，如添加用量，效果那么不顯著，如圖加用量，效果那么不顯著，如圖4-7所示。另外如采用所示。另外如采用2mg/L的的添加量，在添加量，在50 及及80溫度下分別進(jìn)展溫度下分別進(jìn)展1小時(shí)的加熱實(shí)驗(yàn)，那小時(shí)的加熱實(shí)驗(yàn)，那么溫度么溫度80 時(shí)，六偏磷酸鈉防止時(shí)，六偏磷酸鈉防止CaCO3析出的效果有所降低，析出的效果有所降低，如圖如圖4-8所示。所示。圖圖4-7 六偏磷酸鈉防六偏磷酸鈉防止碳酸鈣析出的效果止碳酸鈣析出的效果圖圖4-8投加六偏磷酸鈉在不同投加六偏磷酸鈉在不同溫度時(shí)防止碳酸鈣析出

53、的效果溫度時(shí)防止碳酸鈣析出的效果 從實(shí)驗(yàn)可知，幾從實(shí)驗(yàn)可知，幾mg/L的聚磷酸鹽就能防止幾百的聚磷酸鹽就能防止幾百mg/L的的碳酸鈣沉淀析出。其作用機(jī)理，據(jù)以為是聚磷酸鹽在水中生碳酸鈣沉淀析出。其作用機(jī)理，據(jù)以為是聚磷酸鹽在水中生成的長(zhǎng)鏈的陰離子容易吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，同時(shí)這成的長(zhǎng)鏈的陰離子容易吸附在微小的碳酸鈣晶粒上，同時(shí)這種陰離子易于和種陰離子易于和CO32-置換，這種置換發(fā)生在分散于水中的置換，這種置換發(fā)生在分散于水中的全部鈣離子層上，從而防止了碳酸鈣的析出。也有人以為，全部鈣離子層上，從而防止了碳酸鈣的析出。也有人以為，微量聚磷酸鹽抑制和干擾了碳酸鈣晶體的正常生長(zhǎng)，使晶體微量聚磷

54、酸鹽抑制和干擾了碳酸鈣晶體的正常生長(zhǎng)，使晶體在生長(zhǎng)過程中被歪扭，從而使晶體長(zhǎng)不大，不能堆積構(gòu)成水在生長(zhǎng)過程中被歪扭，從而使晶體長(zhǎng)不大，不能堆積構(gòu)成水垢而分散于水溶液中。還有人以為，參與少量的聚磷酸鹽之垢而分散于水溶液中。還有人以為，參與少量的聚磷酸鹽之所以能有效地阻止碳酸鈣等的沉淀，是由于有效地控制晶核所以能有效地阻止碳酸鈣等的沉淀，是由于有效地控制晶核構(gòu)成的速度。除此以外，聚磷酸鹽還能鰲合構(gòu)成的速度。除此以外，聚磷酸鹽還能鰲合Ca2+、Mg2+等等離子，構(gòu)成單環(huán)鰲合物或雙環(huán)鰲合物，其構(gòu)造如下所示：離子，構(gòu)成單環(huán)鰲合物或雙環(huán)鰲合物，其構(gòu)造如下所示： 金屬離子和聚磷酸鹽的鰲合程度也隨鏈長(zhǎng)而迅速加

55、強(qiáng)。聚金屬離子和聚磷酸鹽的鰲合程度也隨鏈長(zhǎng)而迅速加強(qiáng)。聚磷酸鹽還可以和管壁上的鈣、鎂離子等構(gòu)成鰲合物，再借布朗運(yùn)磷酸鹽還可以和管壁上的鈣、鎂離子等構(gòu)成鰲合物，再借布朗運(yùn)動(dòng)或水流作用，重新把管壁上的這些物質(zhì)分散到水中。動(dòng)或水流作用，重新把管壁上的這些物質(zhì)分散到水中。 總之，微量聚磷酸鹽參與水中，破壞了碳酸鈣等晶體的正?？傊?，微量聚磷酸鹽參與水中，破壞了碳酸鈣等晶體的正常生長(zhǎng)過程，從而阻止碳酸鈣水垢的構(gòu)成。這種利用微量聚磷酸鹽生長(zhǎng)過程，從而阻止碳酸鈣水垢的構(gòu)成。這種利用微量聚磷酸鹽防止水垢析出的方法，稱之為防止水垢析出的方法，稱之為“臨界值或臨界值或“閾值、閾值、“檻值、檻值、“低濃度處置。低濃度

56、處置。 聚磷酸鹽在水中會(huì)發(fā)生水解，生成正磷酸鹽。以三聚磷酸為聚磷酸鹽在水中會(huì)發(fā)生水解，生成正磷酸鹽。以三聚磷酸為例：例： 其水解速率隨濃度和溫度的升高而加快；其水解速率隨濃度和溫度的升高而加快；pH7.5或或pH6.5時(shí)，水解速率也會(huì)加快；此外，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物分泌的時(shí)，水解速率也會(huì)加快；此外，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物分泌的磷酸酶也會(huì)促使聚磷酸鹽迅速水解。磷酸酶也會(huì)促使聚磷酸鹽迅速水解。 水解生成的正磷酸鹽容易和鈣離子生成磷酸鈣水垢。同水解生成的正磷酸鹽容易和鈣離子生成磷酸鈣水垢。同時(shí)，正磷酸鹽又是菌藻的營(yíng)養(yǎng)物。所以，長(zhǎng)期運(yùn)用聚磷酸鹽，時(shí)，正磷酸鹽又是菌藻的營(yíng)養(yǎng)物。所以，長(zhǎng)期運(yùn)用聚磷酸鹽，

57、對(duì)殺菌滅藻又不采取有效措施的話，必然會(huì)促進(jìn)系統(tǒng)中菌藻對(duì)殺菌滅藻又不采取有效措施的話，必然會(huì)促進(jìn)系統(tǒng)中菌藻的繁衍。而且，硬垢處理了，軟垢又會(huì)發(fā)生。因此，單純用的繁衍。而且，硬垢處理了，軟垢又會(huì)發(fā)生。因此，單純用聚磷酸鹽作阻垢劑已逐漸被淘汰，取而代之的是復(fù)合磷酸鹽聚磷酸鹽作阻垢劑已逐漸被淘汰，取而代之的是復(fù)合磷酸鹽配方。配方。二、有機(jī)磷酸二、有機(jī)磷酸一種類和性質(zhì)一種類和性質(zhì) 種類很多，分子構(gòu)造中都含有與碳原子直接相連的膦酸基種類很多，分子構(gòu)造中都含有與碳原子直接相連的膦酸基團(tuán)，并且分子中還能夠含有團(tuán)，并且分子中還能夠含有OH、CH2、COOH等。等。 按分子中膦酸基團(tuán)的數(shù)目分為：二膦酸、三膦酸、四

58、膦酸、按分子中膦酸基團(tuán)的數(shù)目分為：二膦酸、三膦酸、四膦酸、五膦酸等；五膦酸等； 按分子構(gòu)造可分為：亞甲基舊稱甲叉膦酸型、同碳二按分子構(gòu)造可分為：亞甲基舊稱甲叉膦酸型、同碳二膦酸型、羧酸膦酸型、含有其他原子膦酸型。膦酸型、羧酸膦酸型、含有其他原子膦酸型。 有機(jī)膦酸是有機(jī)膦酸是20世紀(jì)世紀(jì)60年代開發(fā)的新產(chǎn)品，但年代開發(fā)的新產(chǎn)品，但70年代就得到年代就得到廣泛運(yùn)用，是由于具有以下優(yōu)點(diǎn)：廣泛運(yùn)用，是由于具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、分子中含的、分子中含的CP鍵比聚磷酸鹽中的鍵比聚磷酸鹽中的POP鍵結(jié)實(shí)的多，鍵結(jié)實(shí)的多，故化學(xué)穩(wěn)定性好，不宜水解，耐高溫，運(yùn)用中不會(huì)因水解導(dǎo)故化學(xué)穩(wěn)定性好，不宜水解，耐高溫，運(yùn)用中不

59、會(huì)因水解導(dǎo)致菌藻過度繁衍。致菌藻過度繁衍。2、具有臨界值效應(yīng)。即只需幾、具有臨界值效應(yīng)。即只需幾mg/L的有機(jī)膦酸就可阻止幾的有機(jī)膦酸就可阻止幾百百mg/L的碳酸鈣發(fā)生沉淀。且阻垢性能比聚磷酸鹽好。的碳酸鈣發(fā)生沉淀。且阻垢性能比聚磷酸鹽好。3、具有良好的協(xié)同效應(yīng)。即在總劑量不變的情況下，藥劑、具有良好的協(xié)同效應(yīng)。即在總劑量不變的情況下，藥劑單獨(dú)運(yùn)用，其效果不如二者混合在一同運(yùn)用的效果好。尤其單獨(dú)運(yùn)用，其效果不如二者混合在一同運(yùn)用的效果好。尤其是有機(jī)膦酸與聚磷酸鹽混合運(yùn)用效果最正確。因此實(shí)踐運(yùn)用是有機(jī)膦酸與聚磷酸鹽混合運(yùn)用效果最正確。因此實(shí)踐運(yùn)用中人們常擇其有最正確協(xié)同效應(yīng)的復(fù)合配方。中人們常擇

60、其有最正確協(xié)同效應(yīng)的復(fù)合配方。4、還具有良好的緩蝕性能，且無毒或極低毒，因此不用擔(dān)、還具有良好的緩蝕性能，且無毒或極低毒，因此不用擔(dān)憂環(huán)境污染問題。憂環(huán)境污染問題。 (二)常用的有機(jī)磷酸1、ATMP 化學(xué)稱號(hào)為氨基三亞甲基膦酸，ATMP系其英文稱號(hào)的縮寫。其分子構(gòu)造式為 是由氯化銨、甲醛和三氯化磷為原料一步合成的。 ATMP具有穩(wěn)定的CP鍵，是有機(jī)膦酸中最常用的藥劑之一，對(duì)抑制碳酸鈣垢特別適用，且根本上無毒。2、EDTMP 化學(xué)稱號(hào)為乙二胺四亞甲基膦酸，其分子構(gòu)造式為化學(xué)稱號(hào)為乙二胺四亞甲基膦酸，其分子構(gòu)造式為 是由乙二胺、甲醛和三氯化磷一步合成的。它能與多價(jià)離子Ca2+、Mg2+、Fe2+、