循环冷却水系统及其水处理.docx

循环冷却水系统及其水处理冷却水的分类：冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器、反应器），使其降温，而冷水温度上升。冷却水按系统划分为直流冷却水和循环冷却水。直流水系统的定义：在直流水系统中，冷却水只经换热器一次利用后就被排掉了，所以直流水又称为一次利用水，由于用水量很大，因此在水量丰富的地区也不提倡采用直流水系统。循环水系统的定义：在循环水系统中，冷却水可以反复使用，水经换热器后温度升高，由冷却塔或其他冷却设备将水温降低下来，再由泵将水送往用户，水如此不断的进行重复使用。循环冷却水系统：1.封闭式循环冷却水系统冷却水收回利用，循环不已，因此，水量损失很少。水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化，而水的再冷却是在另一台换热设备中用其他冷却介质来进行冷却的。2.敞开式循环冷却水系统冷却水循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的。水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。3.循环冷却水系统的组成：补充水系统、旁滤水处理系统、管网系统、水冷却设施。敞开式循环冷却水的水质特点：1、循环冷却水四种水量损失：(1)蒸发损失；(2)风吹损失；(3)渗漏损失；(4)排污损失。2、循环冷却水中的C02散失和02的增加天然水中含有一定数量的重碳酸盐和游离CO水在冷却塔淋洒过程中(相当于曝气)将使C02散失和02增加。3、循环冷却水的水质污染(1)大气中杂物进入冷却系统；(2)冷却塔风机漏油及塔体的腐蚀剥落物进入冷却水中；(3)冷却水处理中加入药剂产生沉淀；(4)微生物繁殖及分泌物形成的粘性污垢。循环冷却水泵系统中产生的问题：冷却水在循环系统中不断循环使用，由于水的温度升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。我们把它们归结为三类：1、循环冷却水系统中的沉积物2、循环冷却水系统中金属的腐蚀3、循环冷却水系统中的微生物这些问题不加以解决与控制，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产，甚至造成经济损失，因此不能掉以轻心，所以我们必须要选择一种实用的循环冷却水处理方案，是上述问题得以解决或改善。我们下面对循环冷却水系统中所产生的三类问题逐一进行分析。循环冷却水系统中的沉积物及其控制：一、循环冷却水系统中的沉积物循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。通常，人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢。所以我们可以把循环冷却水系统中的沉积物分成两类：一、污垢；二、水垢。污垢：污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分泌物等组成。水处理控制不当，补充水浊度过高，细微泥砂、胶状物质等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，或腐蚀严重、腐蚀产物多等都会加剧污垢的形成。由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢。当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是当水走壳层，流速较慢的部位污垢沉积物更多。大量的污垢沉积会引起垢下腐蚀，同时又是某些细菌（厌氧菌）生存和繁殖的温床。水垢：天然水中溶解有各种盐类，其中又以溶解的重碳酸盐如Ca(HCo3)2、Mg(HCO3)2为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解：冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的C02会逸出，因此，水的PH值会升高。碳酸钙和磷酸钙均属于微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。此外，碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同，它们不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器的传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时，这些结晶沉积物就容易在传热表面上。此外，水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子溶度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上。以上所述的此类沉积物通称为水垢。因这些水垢都是由无机盐组成，故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢。它们通常牢固地附着在换热表面上，不易被水冲洗掉。大多数情况下，换热器传热表面上形成的水垢是以碳酸垢为主的。水垢的控制：冷却水中如无过量的P043-或SiO则磷酸钙垢和硅酸盐垢是不容易生成的。循环冷却水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，在此谈沉积物控制主要是指如何防止碳酸盐水垢的析出。控制水垢析出的方法，大致有下图中的几类：污垢的控制：污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水垢、腐蚀产物等构成。因此，欲控制好污垢，必须做到下图几点：循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制：一、循环冷却水中金属腐蚀的机理工业循环冷却水系统中大多数的换热器是由碳钢制造的，又因为种种原因，碳钢的金属表面并不是均匀的。当他与冷却水接触时，会形成许多微小的腐蚀电池(微电池)。其中活泼的部位成为阳极，腐蚀学上称为阳极区；而不活泼的部位则成为阴极，腐蚀学上称为阴极区。在阳极区，碳钢氧化生成亚铁离子进入水中，并在碳钢的金属基体上留下两个电子。与此同时，水中的溶解氧则在阴极区接受从阳极区流过来的两个电子，还原为0H。两个去可以表示为：在阳极区：Fe:Fe2+2e在阴极区：½02+H20+2e20H-当亚铁离子和氢氧根离子在水中相遇时，就会生成Fe(OH)2沉淀：Fe2+20H-=Fe(OH)2二、冷却水中金属腐蚀的形态在冷却水系统的正常运行过程中以及化学清洗过程中，金属常常会发生不同形态的腐蚀。现将发生的金属腐蚀形态归纳为以下几种：三、循环冷却水中金属腐蚀的影响因素冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多，概括起来可以分为化学因素、物理因素和微生物因素。先仅讨论其中的一些化学因素和物理因素，微生物方面待在谈微生物时再详细讨论。四、循环冷却水中金属腐蚀的控制指标工业冷却水系统中的金属设备有各种换热器（水冷器、冷凝器、凝汽器等）、泵、管道、阀门等。由于换热器腐蚀后更换的费用较大，更重要的是由于换热器管壁腐蚀穿孔和泄漏造成的经济损失更大，因此冷却水系统中的腐蚀控制主要是各种换热器或换热设备的腐蚀控制。工业循环冷却水处理设计规范（GB50050-2007）中对循环冷却水系统中腐蚀控制指标规定：碳钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于O.125mma;铜、铜合金和不锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.005mmao由此可见，对冷却水系统中金属的腐蚀控制不是要求金属绝对不发生（即腐蚀速度为零），而是要求把金属的腐蚀速度控制在一定范围，从而把换热器的使用寿命控制在一定的范围之内。五、循环冷却水中金属腐蚀的控制方法循环冷却水系统中金属腐蚀的控制放法甚多。常用的主要有以下四种：循环冷却水系统中的微生物及其控制：在敞开式循环冷却水系统中，人们经常可以看到微生物大量生长的情景。含有微生物的补充水不断进入循环冷却水系统，以此同时，冷却塔中从上面喷淋下来的冷却水又从逆流相遇的空气中捕集了大量的微生物进入冷却水系统。冷却水系统中充沛的水量为这些进入的微生物的生长提供了可靠的保障。冷却水的水温通常被设计在3242。C之间，这一温度范围又特别有利于某些微生物的生长。冷却水在冷却塔内的喷淋曝气过程中溶入了大量的氧气，为好氧性微生物提供了必要的条件；而冷却水悬浮物形成的淤泥又为厌氧性微生物提供了庇护所，冷却水中的硫酸盐则成为厌氧性微生物一硫酸盐还原菌所需能量的来源。因此，有些冷却水系统成了一些微生物的一个巨大的捕集器和培养器。一、冷却水系统中引起故障的微生物冷却水系统中并不是所有的微生物都会引起故障，但在工业冷却水系统运行时，常会遇到一些引起故障的微生物。它们是细菌、真菌和藻类。先分别对它们作一扼要的介绍：1-1细菌：与藻类和霉菌相比，细菌显得微小。除非有大的菌落存在，否则就需要借助显微镜才能察见或鉴别。1-2真菌：冷却水系统中的真菌包括霉菌和酵母两类。真菌破坏木材中的纤维素，使冷却塔的木质构件朽蚀。真菌对冷却水系统中的金属并没有直接的腐蚀性，但它们产生的粘状沉积物会在金属表面建立差异腐蚀电池而引起金属的腐蚀。粘状沉积物覆盖在金属表面，使冷却水中的缓蚀剂不能到那里去发挥它的防护作用。l-3藻类冷却水中的藻类主要有蓝藻、绿藻和硅藻。藻类的生长需要阳光，所以它们常常停留在阳光和水分充足的地方。死亡的藻类团块进入换热器中后，会堵塞换热器中的管路，降低冷却水的流量，从而降低其冷却作用。藻类本身并不直接引起腐蚀，但它们生成的沉积物所覆盖的金属表面则由于形成差异腐蚀电池而常会发生沉积物下腐蚀。二、冷却水系统中金属的微生物腐蚀冷却水系统中金属微生物腐蚀的形态可以是严重的均匀腐蚀，也可以是缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂，但主要是点蚀。微生物粘泥（简称粘泥）是指由于水中溶解的营养源而引起细菌、丝状菌（霉菌）、藻类等微生物群的增殖，并以这些微生物为主体，混有泥砂、无机物和尘土等，形成附着的或堆积的软泥性沉积物。冷却水系统中的微生物粘泥不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用、恶化水质，而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定剂的缓蚀、阻垢和杀生作用。微生物粘泥的组成：以微生物菌体及其粘结在一起的粘性物质（多糖类、蛋白质等）为主体组成。3-1粘泥微生物的种类和特点在决定粘泥的处理方法时，必须了解构成粘泥的微生物种类、性质和特点：3-3影响微生物和粘泥的环境因素影响微生物和粘泥的环境因素很多，下表逐一列出：3-4冷却水系统中微生物的控制指标冷却水系统中微生物的控制主要是通过对微生物生长的控制来实现的，即通过控制冷却水中的微生物的数量来实现。循环冷却水系统中微生物控制的指标及监测频率3-5冷却水系统中微生物的控制方法冷却水系统中微生物引起的腐蚀、粘泥及其生长的控制方法主要有以下一些：循环冷却水系统的日常运行：运行过程中水质的变化：循环冷却水在其运行过程中，补充水不断进入冷却水系统。此时，补充水中的一部分水被蒸发进入大气，另一部分则留在冷却水中而被浓缩，并发生以下一系列的变化。2-1日常运行过程中需要控制的指标2-2、日常运行过程中的监测与控制项目介绍循环冷却水系统中的腐蚀、结垢和微生物生长与冷却水的水质一水的化学组成和物理化学性质有着密切的关系。循环冷却水系统在正常运行时使用的水处理药剂是否能发挥其最佳的作用也与冷却水的水质有着十分密切的关系。因此，在日常运行过程中需要对冷却水系统的补充水和循环水的化学组成和化学性质进行监测和控制。冷却水系统中的现场监测：实验室的模拟条件比较单纯和稳定，而现场生产中的条件则比较复杂和多变。因此，需要在冷却水系统的日常运行期间对其中的腐蚀、沉积物和微生物的情况进行现场监测。一、设计规范的要求工业循环冷却水处理设计规范规定：(1)敞开式循环冷却水系统中换热设备的碳钢管壁的腐蚀速度宜小于O.125mmao(2)敞开式循环冷却水系统中换热设备的水侧管壁的年污垢热阻值宜为1.72×10-4-3.44×10-4m2KWo(3)敞开式循环冷却水中的异养菌数宜小于5X105个m1.,粘泥量宜小于4m1.m3o本次我们仅对日常运行期间的腐蚀与微生物的现场监测做介绍。二、腐蚀的现场监测冷却水系统中常用的腐蚀监测方法有：试片法、旁路试验管法、线性极化法