循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

1、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)孫明峰孫明峰 一、冷卻水的分類 二、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的組成 三、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)特點 四、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生的問題 五、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)控制 六、水質(zhì)分析項目及含義目錄 原理：原理：冷水流過需要降溫的生產(chǎn)設(shè)備（常稱換熱設(shè)備，如換熱器、冷凝器、反應(yīng)器），使其降溫，而冷水溫度上升。 冷卻水按系統(tǒng)劃分為直流冷卻水和循環(huán)冷卻水。一、冷卻水的分類 1、直流冷卻水系統(tǒng)、直流冷卻水系統(tǒng) 在直流水系統(tǒng)中，冷卻水只經(jīng)換熱器一次利用后就被排掉了，所以直流水又稱為一次利用水，由于用水量很大，因此在水量豐富的地區(qū)也不提倡采用直流水系統(tǒng)。 2、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 在循環(huán)水系統(tǒng)中，冷卻水可以反復(fù)使

2、用，水經(jīng)換熱器后溫度升高，由冷卻塔或其他冷卻設(shè)備將水溫降低下來，再由泵將水送往用戶，水如此不斷的進行重復(fù)使用。 2.1 封閉式封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 冷卻水收回利用，循環(huán)不已，因此，水量損失很少。水中各種礦物質(zhì)和離子含量一般不發(fā)生變化，而水的再冷卻是在另一臺換熱設(shè)備中用其他冷卻介質(zhì)來進行冷卻的。 2.2 敞開式敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 冷卻水循環(huán)再用。水的再冷卻是通過冷卻塔來進行的。水中各種礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮增加。 補充水系統(tǒng) 旁濾水處理系統(tǒng) 管網(wǎng)系統(tǒng) 水冷卻設(shè)施二、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的組成 1、補充水系統(tǒng)、補充水系統(tǒng) 循環(huán)冷卻水在運行過程中，由于水的蒸發(fā)、系統(tǒng)的排

3、污、風(fēng)吹損失、滲漏等原因，水量會逐漸減少，為了保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)正常運行，必須向系統(tǒng)中補充水，此水可以是新鮮水，也可以是再生水。 1.1 循環(huán)循環(huán)水補充水的水質(zhì)水補充水的水質(zhì)要求要求 水溫要盡可能低一些 水的濁度要低 水質(zhì)不易結(jié)垢 水質(zhì)對金屬設(shè)備不易產(chǎn)生腐蝕 水質(zhì)不易滋生藻類 2、旁濾旁濾水系統(tǒng)水系統(tǒng) 旁濾水處理的目的是保持循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在一定條件下可靠穩(wěn)定、節(jié)水、經(jīng)濟地運行。 循環(huán)冷卻水在循環(huán)過程中，可能受到空氣帶入的灰塵、粉塵等懸浮固體物，換熱設(shè)備的滲漏而帶入的污染物及其他雜質(zhì)等污染，使水質(zhì)不斷惡化，另外由于循環(huán)冷卻水運行過程中的水質(zhì)濃縮而引起某一項或幾項成分超出允許

4、值。對系統(tǒng)分流出的旁濾水進行相應(yīng)處理，可以維持水質(zhì)指標(biāo)在允許范圍內(nèi)。 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的旁濾水量，應(yīng)考慮循環(huán)冷卻水中的物料平衡、水量平衡、運行環(huán)境以及運行經(jīng)驗等多方面因素，過濾水量宜為循環(huán)冷卻水循環(huán)量的1%-5%。 3、管網(wǎng)系統(tǒng)、管網(wǎng)系統(tǒng) 分區(qū)給水系統(tǒng) 分壓給水系統(tǒng) 分質(zhì)給水系統(tǒng) 4、水冷卻設(shè)施、水冷卻設(shè)施 風(fēng)筒式冷卻塔 鼓風(fēng)式冷卻塔 抽風(fēng)式冷卻塔 1 、循環(huán)、循環(huán)冷卻水四種水冷卻水四種水量損失：量損失： 蒸發(fā)損失 風(fēng)吹損失 滲漏損失 排污損失三、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)特點 2、循環(huán)、循環(huán)冷卻水中的冷卻水中的CO2散失和散失和O2的增加的增加 天然水中含有一定數(shù)量的重碳酸鹽和游離CO2，水在冷卻

5、塔淋灑過程中（相當(dāng)于曝氣）將使CO2散失和O2增加。 3、循環(huán)、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)污染冷卻水的水質(zhì)污染 大氣中雜物進入冷卻系統(tǒng)； 冷卻塔風(fēng)機漏油及塔體的腐蝕剝落物進入冷卻水中； 冷卻水處理中加入藥劑產(chǎn)生沉淀； 微生物繁殖及分泌物形成的粘性污垢。 1、水垢、水垢附著附著 碳酸鈣沉淀在換熱器表面即為結(jié)垢，影響換熱器的效率，堵塞水流。四、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生的問題水濃縮后，成垢離子成倍增加。特別由于碳酸氫鹽是很不穩(wěn)定的鹽類，它在換熱器表面上受熱會分解為碳酸鹽和二氧化碳。碳酸鈣的溶解度很低，在傳熱表面上結(jié)碳酸鈣水垢的傾向增加，這是問題之一。 2、設(shè)備、設(shè)備腐蝕腐蝕 2.1 冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕

6、由于水與空氣能充分地接觸，因此水中溶解的O2 可達到飽和狀態(tài)。當(dāng)碳鋼與溶有O2 的冷卻水接觸時，碳鋼的表面會形成許多腐蝕微電池，其陽極區(qū)和陰極區(qū)會發(fā)生系列氧化還原反應(yīng)。 陽極區(qū) Fe = Fe2+ + 2e 陰極區(qū) 1/2O2 + H2O + 2e = 2OH- 水中 Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 上述反應(yīng)使金屬不斷溶解而被腐蝕。 2.2 有害離子引起腐蝕 當(dāng)Cl- 和SO42- 離子濃度增加時，會加速碳鋼的腐蝕。Cl-和SO42- 會使金屬上的保護膜的保護性能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透力強，容易穿過膜層（Fe3O4），置換氧原子形成氯化

7、物，加速陽極過程的進行，使腐蝕加速。對不銹鋼制成的換熱器，一般要求Cl-的含量不超過50100mg/L。 3、微生物、微生物的滋生和粘泥的滋生和粘泥 冷卻水的微生物一般是細菌和藻類。在循環(huán)水中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫的升高和日光照射，給細菌和藻類創(chuàng)造了迅速繁殖的條件。大量細菌分泌出的粘液像粘合劑一樣，能使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等粘附在一起。這種沉積物有人稱它為生物粘泥，也有人把它叫做軟垢。 3.1 微生物的滋生和粘泥積附的危害性： 管道腐蝕 冷卻水的流量減少 降低換熱器的冷卻效率 將管孔堵死，迫使停產(chǎn)清洗 1、水垢的控制、水垢的控制 (1) 離子交換樹脂法：離子交換樹脂法： 離子交換樹脂

8、法就是讓水通過離子交換樹脂，將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結(jié)合在樹脂上，達到從水中除去Ca2+、Mg2+目的。用不同性質(zhì)的離子交換樹脂，可以很簡便的從硬水中除去Ca2+、Mg2+等離子，使水軟化。(Na型樹脂軟化法、氫型樹脂軟化、強酸型氫型樹脂軟化法、弱酸型氫型樹脂軟化法、氫鈉型樹脂軟化法）五、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)控制 (2) 石灰軟化法 補充水未進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)之前，在預(yù)處理時就投加適當(dāng)?shù)氖遥屗械奶妓釟溻}與石灰在澄清池中預(yù)先反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀析出，從而除去水中的Ca2+。 反應(yīng)式： Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O (3)投加阻垢劑 結(jié)晶動力

9、學(xué)觀點：鈣垢析出的過程就是微溶性鹽從溶液中結(jié)晶沉淀的過程。其首先要生成晶核，形成少量的微晶粒，這些微晶粒在溶液中通過熱運動發(fā)生相互碰撞和金屬器壁碰撞，小晶體變成大晶體，并在金屬器壁形成覆蓋傳熱面的垢層。 無機垢晶體在成長時，是按照一定晶格排列的，結(jié)晶致密，比較堅硬。當(dāng)水中含有聚羧酸等阻垢劑時，由于聚羧酸等有機酸基團具有對金屬離子的螯合能力，因而對無機垢的結(jié)晶形成了干擾，使晶格發(fā)生了歪曲,成為不規(guī)則的晶體。這個過程稱之為晶格畸變作用。 晶格畸變使硬垢變?yōu)闊o定型軟垢。這種垢的結(jié)晶長不大，垢層中有大量空隙，幾乎無粘結(jié)力，易被水流沖走排出。 聚磷酸鹽等藥劑在水中能奪取鈣鎂離子，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。這樣實

10、際上就降低了水中鈣鎂離子的濃度，減少了Ca2+與CO32-結(jié)合形成CaCO3機會。換言之，就是提高了循環(huán)水中鈣鎂離子的允許濃度，增大了鈣鎂鹽的溶解度。絡(luò)合增溶的作用可以使更多的碳酸鈣穩(wěn)定在水中不析出。 2、腐蝕的控制、腐蝕的控制 2.1 添加添加緩蝕劑緩蝕劑 (1) 緩蝕劑 定義：緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑。 使用特點：1）用量少；2）使用濃度低；3）不需特殊的附加設(shè)備；4）不需改變金屬設(shè)備或構(gòu)件的材質(zhì)或進行表面處理；5）經(jīng)濟效益高且適應(yīng)性強 (2)基本要求： 1) 在經(jīng)濟上是有利的； 2) 其飛濺、泄漏、排放及處理后的排放，在環(huán)保上是容許的； 3) 與冷卻水中存在的各種物

11、質(zhì)及加入的阻垢劑等藥劑是相容的，甚至有協(xié)同作用； 4) 對系統(tǒng)中各種金屬的緩蝕效果都是可以接受的； 5) 不會造成換熱金屬表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低； 6) 在冷卻水運行的pH值范圍內(nèi)，有較好的緩蝕作用。 (3)常用的冷卻水緩蝕劑 1、鉻酸鹽；2、亞硝酸鹽 鉻酸鹽的優(yōu)點：鉻酸鹽的優(yōu)點： 不僅鋼鐵，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( pH 6-11)； 緩蝕效果特別好。 鉻酸鹽的缺點：鉻酸鹽的缺點： 毒性大，有嚴格的排放要求； 容易被還原而失效，不宜用于有還原性物質(zhì)泄漏的冷卻水系統(tǒng)中。 2.2 適當(dāng)適當(dāng)提高冷卻水的提高冷卻水的pH值值 (1)適當(dāng)提高運行pH值可以降低碳鋼

12、的腐蝕速度 鐵的氧化物溶于酸性環(huán)境，低碳鋼在低pH值條件下腐蝕速度快，在高pH值下腐蝕速度減慢，一般保持pH在8-9.5之間。 (2)適當(dāng)提高pH值的方法 曝氣：吹脫CO2，就可提高水中pH值。 少量加酸：也是將水中的重碳酸根離子變?yōu)槎趸?，加以曝氣，把二氧化碳吹脫掉，就可適當(dāng)提高水中的pH值，但一定要注意控制酸的投加量。 2.3 使用使用耐蝕材料換熱器耐蝕材料換熱器 采用耐蝕金屬材料為原料來制作換熱器：傳統(tǒng)耐蝕材料如銅合金、不銹鋼、石墨、玻璃等，新型耐蝕材料鈦合金、鋁鎂合金、氟塑料、聚丙稀等材料。 根據(jù)工藝介質(zhì)的腐蝕性能來決定換熱器的腐蝕性能。 2.4 涂料涂料覆蓋法覆蓋法 在碳鋼換熱器的

13、傳熱表面涂上防腐材料，形成一層連續(xù)的牢固附著的薄膜，使金屬與冷卻水隔絕，避免受到腐蝕。 目前國內(nèi)廣泛使用的是以環(huán)氧三聚氰胺甲醛樹脂為基料的防腐涂料（簡稱為CH-784涂料）。 2.5 陰極保護陰極保護法法 電化學(xué)腐蝕反應(yīng)中，陽極的金屬受到腐蝕，而陰極上的金屬并未受到腐蝕。因此，如果改變設(shè)備外部條件，使其整個變成一個大的陰極，則設(shè)備就會被保護不被腐蝕。這種方法即稱為陰極保護法。 護護屏保護：屏保護：在需要保護的碳鋼或銅換熱器上，用電位較低的鋅、鎂或其合金作為陽極，使換熱器受到保護，這種方法稱之為護屏保護。 外加電流保護外加電流保護：將需要保護的碳鋼設(shè)備接到直流電源的負極上，在正極上接上輔助陽極如

14、石墨、炭精等，使碳鋼設(shè)備在外加電流的作用下變成陰極而受到保護。 3、微生物的控制、微生物的控制 3.1 選用耐蝕材料選用耐蝕材料 在換熱器等關(guān)鍵部位或因工藝要求金屬器壁較薄的地方，可選用耐微生物腐蝕的金屬。幾種常用金屬耐微生物腐蝕的性能排列如下： 鈦不銹鋼黃銅純銅硬鋁碳鋼 這是在一般情況下的大致排列，在一些特殊環(huán)境中則應(yīng)具體分析，選用材料。例如在合成氨廠，大氣中氨含量較高，則銅的腐蝕速度很快。 3.2 控制水質(zhì)控制水質(zhì) 控制冷卻水中的氧含量、pH、懸浮物和微生物的養(yǎng)料（油類、氨等）對于在含塵量較大的環(huán)境中的冷卻水系統(tǒng)，最好加裝旁濾設(shè)備。 3.3 采用采用殺生涂料殺生涂料 在采用防腐涂料保護金屬

15、換熱器的冷卻水一側(cè)時，所用涂料應(yīng)能耐受冷卻水中微生物的破壞。涂料中添加能抑制微生物生長的殺生劑(例如偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等)是人們常采用的一些控制微生物生長、破壞涂料和引起腐蝕的有效措施。 用由改性水破璃、氧化亞銅、氧化鋅和填料等制成的無機防藻涂料涂刷在冷卻塔和水池的內(nèi)壁上，則不但可以控制冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔、水池內(nèi)壁、抽風(fēng)筒、收水器等處藻類的生長，而且還可以抑制冷卻水中異養(yǎng)菌的生長。 3.4 陰極保護陰極保護 采用外加電流保護法或犧牲陽極保護法，可控制陰極金屬上硫酸鹽還原菌的繁殖。 3.5 清洗清洗 用物理或化學(xué)清洗的方法去除微生物粘泥，可去除大部分的微生物，并破壞了微生物

16、賴以生存的環(huán)境，微生物繁殖的速度受挫。 清洗后剩下來的微生物暴露在外，更易于被殺生劑殺死。 對于一個已經(jīng)被微生物嚴重污染的冷卻水系統(tǒng)來說，清洗是一個十分有效的措施。 3.6 防止防止陽光照射陽光照射 采用各種方式防止或減少陽光直接照射冷卻水，可大幅減小藻類繁殖的速度。 3.7 添加殺生劑添加殺生劑 往冷卻水系統(tǒng)中添加殺生劑（也稱殺菌滅藻劑）是控制微生物繁殖的最有效、最常用的方法之一。只要選藥得當(dāng)，方法合適，添加殺生劑能有效控制微生物的繁殖。 3.8 旁旁流過濾流過濾 在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中設(shè)計安裝用砂子或無煙煤等為濾料的旁濾池過濾冷卻水是一種控制微生物生長的有效措施。通過旁流過濾，可以在不影響冷卻

17、水系統(tǒng)正常運行的情況下除去水中大部分微生物。 3.9 混混凝沉淀凝沉淀 在補充水的前處理或循環(huán)冷卻水的旁流處理中，常用鋁鹽、鐵鹽等混凝劑或高分子絮凝劑。這些藥劑能在絮凝沉淀過程中將水中的微生物隨生成的絮凝體一起沉淀下來，從而把它們除去。此法除去的微生物可占水體中微生物的80%左右。 3.10 噬菌體噬菌體法法 噬菌體是一種能夠吃掉細菌的微生物，稱為細菌病毒。它與動物病毒、植物病毒不同，只對細菌的細胞發(fā)生作用，故是一種很小的但非常有用的病毒。 噬菌體靠寄生在“宿主”的細菌體內(nèi)進行繁殖，結(jié)果將宿主吃掉，該過程叫溶菌作用。這是防止和消除冷卻水中生物黏泥的一種有前途的生物方法。實驗發(fā)現(xiàn)，該法對防止電站

18、的海水冷卻水系統(tǒng)和造紙廠的工業(yè)水系統(tǒng)中的黏泥非常有效。 1、電導(dǎo)率電導(dǎo)率 電阻率的倒數(shù)稱為電導(dǎo)率，單位是s/cm 電導(dǎo)率僅決定于水中離子的多少和性質(zhì)。代表了水中的含鹽量,因此電導(dǎo)率越高水中含鹽量越高。六、水質(zhì)分析項目及含義 2、酸度、酸度 指水中能與強堿發(fā)生中和作用的物質(zhì)的總量，包括無機酸、有機酸、強酸弱堿鹽等。 酸度的數(shù)值越大說明溶液酸性越強。 3、堿度、堿度 指水中能與強酸發(fā)生中和反應(yīng)物質(zhì)的總量。 一般水中堿度由氫氧化物、碳酸鹽、重碳酸鹽組成，稱為總堿度。 總堿度在甲基橙指示劑變色的等當(dāng)點時所需的酸量 HCO3- + CO32- + OH- M堿度 堿度只存在于pH=4.3以上 4、pH

19、pH是水中氫離子濃度的負對數(shù) pH = - log10(H+ mol/l) 5、硬度、硬度 一般將水中鈣、鎂離子稱作硬度，鈣離子叫鈣硬度，鈣、鎂離子總量叫總硬度。 硬度分為碳酸鹽硬度(暫時硬度)和非碳酸鹽硬度(永久硬度)。 碳酸鹽硬度：碳酸鹽硬度：主要是由鈣、鎂的碳酸氫鹽Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2所形成的硬度，還有少量的碳酸鹽硬度。碳酸氫鹽硬度經(jīng)加熱之后分解成沉淀物從水中除去，故亦稱為暫時硬度。 非碳酸鹽硬度：非碳酸鹽硬度：主要是由鈣鎂的硫酸鹽、氯化物和硝酸鹽等鹽類所形成的硬度。這類硬度不能用加熱分解的方法除去，故也稱為永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等