華北理工水質(zhì)工程學(xué)Ⅰ課件24循環(huán)冷卻水水質(zhì)（穩(wěn)定）處理

1、第二十四章 循環(huán)冷卻水水質(zhì)（穩(wěn)定）處理水質(zhì)穩(wěn)定處理24-1循環(huán)冷卻水的特點及處理要求 直流式：用后直接排放（水量大） 密閉式：完全封閉，與大氣僅有熱 量傳遞，無水量傳質(zhì)散熱。冷卻水系統(tǒng) 損失水量小， 水質(zhì)處理單純。 問題：腐蝕。 敝開式：水質(zhì)處理最復(fù)雜，應(yīng)用的 最多(主要講敝開式系統(tǒng)水處理)一、循環(huán)水的處理特點和任務(wù)1、水垢：原因：CaCO3，Mg(OH)2 危害：交換器熱交換效率下降， 管道過水?dāng)嗝鏈p小，增加管阻，耗能。 造成事故。 2、腐蝕：防止水對金屬管道及器件的腐蝕。 3、污垢： 懸浮物，有機或無機物質(zhì)產(chǎn)生泥垢。 微生物及其分秘物粘垢。 任務(wù)：防止或減輕水垢、防止或減輕水對設(shè)備及管系統(tǒng)

2、的腐蝕、防止或減輕系統(tǒng)中產(chǎn)生的污垢。 二.循環(huán)冷卻水的基本水質(zhì)要求:常用腐蝕和沉積物控制要求基本水質(zhì)指標。 表中要求條件：1、年污垢熱阻 m2h/kJ 2、腐蝕率：mm/a 并且總堿度：以C( 1/2 Ca2+)計，是極限碳酸鹽硬度。 （一）腐蝕率：每年平均腐蝕深度（mm/a）CL由實驗確定。 P0，P腐蝕前后金屬重量；g 金屬密度；g/cm3 F試件表面積；m2 t試驗（腐蝕作用）時間。h 1、點蝕系數(shù)：金屬最大腐蝕深度與平均腐蝕深度之比。 反映的是點蝕危害程度。 2、緩蝕率：處理后的水質(zhì)腐蝕率降低的效果。 C0，CL循環(huán)水未處理和處理后的腐蝕率。 （二）污垢熱阻： 1、熱阻：傳熱系數(shù)（K）

3、的倒數(shù)。 2、污垢熱阻： （Rt）由于結(jié)垢和污垢沉積使熱交換器熱阻增加的量稱為污垢熱阻。（m2h/KJ） K0未結(jié)垢所測總傳熱系數(shù)；kJ /m2h Kt運行 t 時間（結(jié)垢了）所測總傳熱系數(shù) ； t（普西）積垢后傳熱效率降低百分數(shù)。 可作 tRt 的變化曲線，工作中應(yīng)用，可做控制指標。二、循環(huán)冷卻水的積垢和腐蝕（一）水質(zhì)影響因素： 1、循環(huán)水的水質(zhì)污染： （1）補充水帶來污染：懸浮物，溶解鹽，有機物，微生物。 （2）水處理引起的污染：藥劑帶入雜質(zhì)，冷卻時，大氣帶進雜質(zhì)：塵埃，雜草，樹葉，有機物。 （3）工藝流體的漏入。 （4）系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的污染：金屬，砼受腐蝕脫落產(chǎn)物，藻類脫落物。 2、循環(huán)水

4、脫CO2作用：在冷卻塔中有一定量的CO2進入空氣。 Ca(HCO3)CaCO3+CO2+H2O 由于CO2進入空氣中，使反應(yīng)產(chǎn)生水垢。 3、循環(huán)水的濃縮作用： 補充水量=損失水量=P=P1+P2+P3+P4 設(shè)補充水含鹽量SB、循環(huán)水含鹽量S，補充水帶進鹽： SB（P1+P2+P3+P4） 風(fēng)吹、排污滲漏及生產(chǎn)耗水帶走的鹽量： S（P2+P3+P4） 系統(tǒng)運行一定時間后， 帶進鹽帶走鹽 系統(tǒng)中的含鹽量趨于一個穩(wěn)定值，用SP表示， 即： SB（P1+P2+P3+P4 ）=SP（P2+P3+P4） 令其為： K濃縮倍數(shù)。 由于有P1 K大于1SPSB系統(tǒng)有可能結(jié)垢。 4、溶解度與溫度的關(guān)系： 單位

5、：mg/L水溫變化的影響： （1）熱交換器中： t 升高，Ca2+、Mg2+的鹽類溶解度降低。 當(dāng)Ca2+、Mg2+及HCO3 、OH含量高于溶 解度時。水失去穩(wěn)定性（可能）產(chǎn)生結(jié)垢。 （2）冷卻塔： t下降； Ca2+、Mg2+的鹽類溶解度升高。 即有 HCO3 水顯酸性產(chǎn)生腐蝕。 t020406080100CaCO3956539262015Mg(OH)210986.55.75.2 （3）系統(tǒng)由溫度引發(fā)的： 低溫區(qū)（設(shè)備冷水進口）腐蝕 高溫區(qū)（設(shè)備熱水出口）結(jié)垢（二）金屬化學(xué)腐蝕：化學(xué)已學(xué)過：是電位差使電子遷移的過程。1、電池陽極： 鐵失去了2個電子： Fe2e-Fe2+2、電池陰極：電子沿

6、鐵中電阻小的途徑達到陰極部位。（1）酸性水或中性水：H+ 2H+2e- H2 而 Fe2+2OH-Fe(OH)2 Fe(OH)2致密層，保護鐵不再被氧化。 由H2和Fe(OH)2的生成而引起電位差的變化稱為極化。極化的作用抑制金屬腐蝕。(阻蘭；烤蘭)（2）當(dāng)水中有溶解氧時O2 陰極繼續(xù)： Fe（OH）3鐵銹，起去極化作用， 繼續(xù)腐蝕金屬。 （3）堿性水中：陰極直接產(chǎn)生OH 3、凡是金屬表面的兩部位間存在差異（電位差），就會發(fā)生腐蝕。 電位低的成為陽極，受腐蝕。 電位高的成為陰極，產(chǎn)生沉積物。4、形成差異的原因： pH值（H+，OH-）；溶解氧；溶解鹽；懸浮物；沉積物微生物等。(金屬中的雜質(zhì)等合

7、金)（三）循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定的判別： 1、極限碳酸鹽硬度法： Hjz 水中CO2與碳酸鹽硬度應(yīng)保持平衡關(guān)系，保持不結(jié)垢的碳酸鹽硬度極限碳酸鹽硬度Hjz，經(jīng)驗公式：條件 t=3065耗氧量25mg/l O補充水的耗氧量；mg/l Hy補充水的非碳酸鹽硬度; t循環(huán)水的最高水溫。當(dāng) t40時，仍以40計。 濃度平衡時，碳酸鹽硬度HC=KHB。 HB補充水的碳酸鹽硬度。 K濃縮倍數(shù)。（1）當(dāng)HC=KHB Hjz水質(zhì)不結(jié)垢（不結(jié)垢，但要排污） （2）當(dāng)HC=KHB Hjz產(chǎn)生水垢應(yīng)處理。 Hjz僅判定是否結(jié)垢，不能判定腐蝕， 2、水質(zhì)穩(wěn)定性指標：飽和指數(shù)IL，穩(wěn)定指數(shù)IR （1）飽和指數(shù)：（Langeli

8、r Saturation Index） IL= pH0pHs (書：LSI=pH0pHs ) pH0水的pH值。 pHs水的CaCO3飽和pH值 當(dāng)IL0時，CaCO3處于過飽和，有結(jié)垢的傾向。 當(dāng)IL0時，CaCO3未飽和而CO2過量，水有腐蝕性。 當(dāng)IL=0時，水質(zhì)穩(wěn)定。 工程控制：IL=（0.250.30）范圍內(nèi)。 （2）、穩(wěn)定指數(shù)：IR（Rgznar） 經(jīng)驗式： IR=2pHSpH。 IR=4.05.0 水有嚴重結(jié)垢傾向； IR=5.06.0 水有輕微結(jié)垢傾向； IR=6.07.0 水有輕微結(jié)垢或腐蝕傾向； IR=7.07.5 腐蝕顯著； IR=7.59.0 時，嚴重腐蝕 。 它不能提

9、供計算數(shù)據(jù)，僅能判斷水的結(jié)垢和腐蝕的傾向。 3、結(jié)垢控制指標：（1）其它影響因素：（對結(jié)垢有影響的因素） 懸浮物及溶解的有機物濃度。 水溫。（換熱器水溫升高） 處理藥劑。（主要是緩垢劑） （2）經(jīng)驗控制指標:pHsCaCO3 飽和時的pH值。 pHP Ca3(PO4)2 飽和時的pH值。pH0 循環(huán)水的實際pH值。SiO2 SiO3以SiO2計。結(jié)垢物質(zhì)控制參數(shù)控制指標CaCO3 CaSO4Ca3(PO4)2MgSiO3pHs溶解度pHP溶解度pH0 pHs+（0.52.5）Ca2+SO42500000pH0 pHp+1.5 Mg2+SiO23500 實際工程中所考慮的一些指標： （1）腐蝕率

10、：CL實驗定，講了。（2）腐蝕深度：用總蝕系數(shù)，講了。 （3）緩蝕率： 講過了。 （4）污垢熱阻：Rt 講了。 24-2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)防垢， 防腐處理 水質(zhì)穩(wěn)定內(nèi)容：（1）防止循環(huán)水結(jié)水垢；（2）防止循環(huán)水結(jié)污垢；（3）防止循環(huán)水對設(shè)備腐蝕。對水的處理，對三者均有影響。所以應(yīng)用綜合處理。 一、防腐蝕處理：主要方法：膜保護，在金屬表面生成一層保護膜。 形成：金屬氧化物膜（一）氧化膜型緩沖劑： 形成：金屬氫氧化物膜1、鉻酸鹽：Na2CrO4（鉻酸鈉） K2CrO4（鉻酸鉀） Na2Cr2O4（重鉻酸鈉） K2Cr2O4（重鉻酸鉀） 高濃度時：具有陽極和陰極緩蝕鉻酸鹽具有： 劑的雙重作用。 低濃度時

11、：僅起陰極極化作用。 反應(yīng)： 6FeO+2CrO42+2H2O=Cr2O3+6Fe2O3+4HO 膜物質(zhì) 有重金屬有污染，使用受限制 2、亞硝酸鹽及硝酸鹽： NaNO2 NaNO3 使陽極極化， 反應(yīng)： 4Fe+3NO2+3H+=2Fe2O3+NH3+N2 膜物質(zhì) （二）、水中離子沉淀膜型緩蝕劑： 難溶鹽防蝕薄膜 形成 絡(luò)合物防蝕膜 膜孔多、較厚、松散、密合性差，熱阻提高。 1、 聚磷酸鹽： EDTMP（聚磷酸鈉） 緩蝕用量1015mg/L (以PO43計) n=1416是陰極緩蝕劑，與Ca2+、Mg2+、Zn2+離子形成絡(luò)合鹽保護膜。 2、正磷酸鹽：陽極緩蝕劑。 形成FePO4、Fe2O3保

12、護膜。 3、鋅鹽：陰極緩蝕劑。 產(chǎn)生Zn(OH)2保護膜。 藥劑：ZnCl2、ZnSO4、ZnNO3 對環(huán)境有污染，使用受限制。 （三）金屬離子沉淀膜型緩蝕劑： 機理：緩蝕劑使金屬離子活化溶解，在金屬離子濃度高的部位與緩蝕劑形成沉積，形成保護膜。 1、巰基苯并噻唑: (MBT) 是銅的陽極緩蝕劑。 用量：12mg/L2、苯并三唑：（BZT） 是銅的陽極緩蝕劑 。 鰲合機理不明確。 （四）吸附膜型緩蝕劑： 疏水基 機理：有機緩蝕劑，分子具有 親水基親水基吸附在潔凈的金屬表面，疏水基朝向水中，由疏水作用來阻礙水和溶解氧向金屬遷移，來隔絕金屬的腐蝕。 （1）極性基（親水基）： 如有機胺（胺取代金屬吸

13、附的水） H H H H M O + NRM NR+ O H H H H（2）疏水基R：直鏈脂肪胺C8C18缺點：分析方法復(fù)雜，濃度難控制，價格貴。二、防垢處理：（一）防結(jié)垢處理： 1、用排污法減小濃縮倍數(shù)： 排污量P4 SB補充水含鹽量， S循環(huán)水含鹽量， P1蒸發(fā)水量百分比，(與循環(huán)總水量的百分比) P2 P3風(fēng)吹和滲漏損失百分比。 P435% 僅適用于SB遠小于S， 且新鮮水源充足。 2、降低補充水的碳酸鹽硬度。 降低補充水的碳酸鹽硬度，進而使SB降低。 適用在補充水水質(zhì)很差或需提高濃縮倍數(shù)的情況采用。 酸化法： 水中加酸 使碳酸鹽硬度 非碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化 3、加阻垢劑：（提高冷卻水中允許

14、的極限碳酸鹽硬度） 機理：（1）螯合作用： （增溶Solubiligation） 螯合劑將CaCO3螯合在一起在水中呈懸浮狀態(tài)。（絮凝作用） （2）分散作用： （dispersion分散） 分散劑具有表面活性，吸附在CaCO3微小晶坯的表面上，以小晶坯的形式存在于水中，防止結(jié)垢。 （3）使結(jié)晶改良:（crystal晶體modificatim改良） （使晶格歪曲作用）使形成的CaCO3結(jié)晶松散，不堅硬，易去除。 阻垢劑： 六偏磷酸鈉 （1）聚磷酸鹽 三聚磷酸鈉 膦酸鹽，代表為乙二胺四甲叉（2）有機磷酸鹽 膦酸鹽，簡稱EDTMP 二膦酸鹽，代表為羥基乙叉 二磷酸鹽，簡稱HEDP。（3）聚羧酸類阻垢

15、劑： 聚丙烯酸鈉及 聚甲基丙烯酸 聚丙烯酸的衍生物 聚丙烯酰胺（絮凝劑） 三種藥劑多為復(fù)合使用。 4、煙氣處理法：CO2、SO2 機理：抑制重碳酸鹽分解。 降低循環(huán)冷卻水中的碳酸鹽硬度。 提高允許的極限碳酸鹽硬度。 Ca(HCO3)2+SO2+H2OCaSO3+2H2O+2CO2 2CaSO3+O22CaSO4 （二）微生物的控制及防污垢: 1、化學(xué)藥劑處理： （1）氧化型殺菌劑：液Cl、ClO2 。 次氯酸鹽。 Na、Ca。 （2）非氧化型殺菌劑： 硫酸銅CuSO4。一般不單獨使用， CuSO4有腐蝕性，與螯合劑聯(lián)合作用（EDTA）。 為了使Cu2+滲入藻類內(nèi)部， 加表面活性劑脂肪胺（碳原子

16、數(shù)為1216的脂肪胺）。 氯酚殺菌劑五氯酚鈉，C6Cl5ONa 三氯酚鈉，也可用。 （3）表面活性劑殺菌劑： 三甲基氯化銨ATM季銨鹽類化合物 二甲基烷氯酸銨DBA 十二烷基二甲基芐基氯化銨DBL 芐 基： 2、旁濾： 使系統(tǒng)中一部分水分流進行處理，再返回系統(tǒng)中。（不排污） 并聯(lián)：（旁濾）水量為流量15%旁兩種形式： 濾水量也可按懸浮物的動平衡 計算確定。 串聯(lián)： 過濾：去除懸浮物（螯合的CaSO3） 三、綜合處理 :即防腐，又防垢。（一）、系統(tǒng)預(yù)處理清洗與預(yù)膜。1、清洗：（1）目的：為了有效地預(yù)膜。 物理：洗刷（2）清洗分類： 化學(xué)：藥劑 （3）清洗劑與助劑 ： 主 劑 無機酸 鹽酸、氨基磺酸、磷酸、氫氟酸、硝酸、硫酸。 有機酸 檸檬酸、乙醇酸、甲酸、蘋果酸、草酸、葡萄糖酸 。螯合劑 EDTA 堿 劑 氨、氫、氧化鈉、碳酸鈉、磷酸鈉、聯(lián)氨。 助 劑 緩蝕劑、還原劑、溶解促進劑、濕潤劑 。 二、綜合處理與復(fù)方穩(wěn)定劑 水對系統(tǒng)即有結(jié)垢作用，又有腐蝕作用。要求綜合處理(阻垢、緩蝕、殺菌)，多采用復(fù)合配方。（一）復(fù)合緩蝕劑配方：1聚磷酸鹽: 六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉；2有機磷酸鹽: 主要有EDTMP或HEDP，3聚羧酸鹽：如聚丙烯酸鈉。添加劑：巰基苯并噻唑。腐蝕率一般小于0.05mma連續(xù)運行 3個月未發(fā)現(xiàn)點蝕，污垢熱阻小于 0.2 1