循环冷却水系统

1、循环冷却水系统孙明峰孙明峰 一、冷却水的分类 二、循环冷却水系统的组成 三、循环冷却水的水质特点 四、循环冷却水系统产生的问题 五、循环冷却水的水质控制 六、水质分析项目及含义目录 原理：原理：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。一、冷却水的分类 1、直流冷却水系统、直流冷却水系统 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。 2、循环冷却水系统、循环冷却水系统 在循环水系统中，冷却水可以反复使

2、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。 2.1 封闭式封闭式循环冷却水系统循环冷却水系统 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。 2.2 敞开式敞开式循环冷却水系统循环冷却水系统 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。 补充水系统 旁滤水处理系统 管网系统 水冷却设施二、循环冷却水系统的组成 1、补充水系统、补充水系统 循环冷却水在运行过程中，由于水的蒸发、系统的排

3、污、风吹损失、渗漏等原因，水量会逐渐减少，为了保证循环冷却水系统正常运行，必须向系统中补充水，此水可以是新鲜水，也可以是再生水。 1.1 循环循环水补充水的水质水补充水的水质要求要求 水温要尽可能低一些 水的浊度要低 水质不易结垢 水质对金属设备不易产生腐蚀 水质不易滋生藻类 2、旁滤旁滤水系统水系统 旁滤水处理的目的是保持循环冷却水水质稳定，使循环冷却水系统在一定条件下可靠稳定、节水、经济地运行。 循环冷却水在循环过程中，可能受到空气带入的灰尘、粉尘等悬浮固体物，换热设备的渗漏而带入的污染物及其他杂质等污染，使水质不断恶化，另外由于循环冷却水运行过程中的水质浓缩而引起某一项或几项成分超出允许

4、值。对系统分流出的旁滤水进行相应处理，可以维持水质指标在允许范围内。 敞开式循环冷却水系统的旁滤水量，应考虑循环冷却水中的物料平衡、水量平衡、运行环境以及运行经验等多方面因素，过滤水量宜为循环冷却水循环量的1%-5%。 3、管网系统、管网系统 分区给水系统 分压给水系统 分质给水系统 4、水冷却设施、水冷却设施 风筒式冷却塔 鼓风式冷却塔 抽风式冷却塔 1 、循环、循环冷却水四种水冷却水四种水量损失：量损失： 蒸发损失 风吹损失 渗漏损失 排污损失三、循环冷却水的水质特点 2、循环、循环冷却水中的冷却水中的CO2散失和散失和O2的增加的增加 天然水中含有一定数量的重碳酸盐和游离CO2，水在冷却

5、塔淋洒过程中（相当于曝气）将使CO2散失和O2增加。 3、循环、循环冷却水的水质污染冷却水的水质污染 大气中杂物进入冷却系统； 冷却塔风机漏油及塔体的腐蚀剥落物进入冷却水中； 冷却水处理中加入药剂产生沉淀； 微生物繁殖及分泌物形成的粘性污垢。 1、水垢、水垢附着附着 碳酸钙沉淀在换热器表面即为结垢，影响换热器的效率，堵塞水流。四、循环冷却水系统产生的问题水浓缩后，成垢离子成倍增加。特别由于碳酸氢盐是很不稳定的盐类，它在换热器表面上受热会分解为碳酸盐和二氧化碳。碳酸钙的溶解度很低，在传热表面上结碳酸钙水垢的倾向增加，这是问题之一。 2、设备、设备腐蚀腐蚀 2.1 冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀

6、由于水与空气能充分地接触，因此水中溶解的O2 可达到饱和状态。当碳钢与溶有O2 的冷却水接触时，碳钢的表面会形成许多腐蚀微电池，其阳极区和阴极区会发生系列氧化还原反应。 阳极区 Fe = Fe2+ + 2e 阴极区 1/2O2 + H2O + 2e = 2OH- 水中 Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 上述反应使金属不断溶解而被腐蚀。 2.2 有害离子引起腐蚀 当Cl- 和SO42- 离子浓度增加时，会加速碳钢的腐蚀。Cl-和SO42- 会使金属上的保护膜的保护性能降低，尤其是Cl-的离子半径小，穿透力强，容易穿过膜层（Fe3O4），置换氧原子形成氯化

7、物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速。对不锈钢制成的换热器，一般要求Cl-的含量不超过50100mg/L。 3、微生物、微生物的滋生和粘泥的滋生和粘泥 冷却水的微生物一般是细菌和藻类。在循环水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，能使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起。这种沉积物有人称它为生物粘泥，也有人把它叫做软垢。 3.1 微生物的滋生和粘泥积附的危害性： 管道腐蚀 冷却水的流量减少 降低换热器的冷却效率 将管孔堵死，迫使停产清洗 1、水垢的控制、水垢的控制 (1) 离子交换树脂法：离子交换树脂法： 离子交换树脂

8、法就是让水通过离子交换树脂，将Ca2+、Mg2+从水中置换出来并结合在树脂上，达到从水中除去Ca2+、Mg2+目的。用不同性质的离子交换树脂，可以很简便的从硬水中除去Ca2+、Mg2+等离子，使水软化。(Na型树脂软化法、氢型树脂软化、强酸型氢型树脂软化法、弱酸型氢型树脂软化法、氢钠型树脂软化法）五、循环冷却水的水质控制 (2) 石灰软化法 补充水未进入循环冷却水系统之前，在预处理时就投加适当的石灰，让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中的Ca2+。 反应式： Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O (3)投加阻垢剂 结晶动力

9、学观点：钙垢析出的过程就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的过程。其首先要生成晶核，形成少量的微晶粒，这些微晶粒在溶液中通过热运动发生相互碰撞和金属器壁碰撞，小晶体变成大晶体，并在金属器壁形成覆盖传热面的垢层。 无机垢晶体在成长时，是按照一定晶格排列的，结晶致密，比较坚硬。当水中含有聚羧酸等阻垢剂时，由于聚羧酸等有机酸基团具有对金属离子的螯合能力，因而对无机垢的结晶形成了干扰，使晶格发生了歪曲,成为不规则的晶体。这个过程称之为晶格畸变作用。 晶格畸变使硬垢变为无定型软垢。这种垢的结晶长不大，垢层中有大量空隙，几乎无粘结力，易被水流冲走排出。 聚磷酸盐等药剂在水中能夺取钙镁离子，形成稳定的络合物。这样实

10、际上就降低了水中钙镁离子的浓度，减少了Ca2+与CO32-结合形成CaCO3机会。换言之，就是提高了循环水中钙镁离子的允许浓度，增大了钙镁盐的溶解度。络合增溶的作用可以使更多的碳酸钙稳定在水中不析出。 2、腐蚀的控制、腐蚀的控制 2.1 添加添加缓蚀剂缓蚀剂 (1) 缓蚀剂 定义：缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂。 使用特点：1）用量少；2）使用浓度低；3）不需特殊的附加设备；4）不需改变金属设备或构件的材质或进行表面处理；5）经济效益高且适应性强 (2)基本要求： 1) 在经济上是有利的； 2) 其飞溅、泄漏、排放及处理后的排放，在环保上是容许的； 3) 与冷却水中存在的各种物

11、质及加入的阻垢剂等药剂是相容的，甚至有协同作用； 4) 对系统中各种金属的缓蚀效果都是可以接受的； 5) 不会造成换热金属表面传热系数降低； 6) 在冷却水运行的pH值范围内，有较好的缓蚀作用。 (3)常用的冷却水缓蚀剂 1、铬酸盐；2、亚硝酸盐 铬酸盐的优点：铬酸盐的优点： 不仅钢铁，而且对铜、锌、铝及其合金都能给予良好的保护； 适用的pH值范围很宽( pH 6-11)； 缓蚀效果特别好。 铬酸盐的缺点：铬酸盐的缺点： 毒性大，有严格的排放要求； 容易被还原而失效，不宜用于有还原性物质泄漏的冷却水系统中。 2.2 适当适当提高冷却水的提高冷却水的pH值值 (1)适当提高运行pH值可以降低碳钢

12、的腐蚀速度 铁的氧化物溶于酸性环境，低碳钢在低pH值条件下腐蚀速度快，在高pH值下腐蚀速度减慢，一般保持pH在8-9.5之间。 (2)适当提高pH值的方法 曝气：吹脱CO2，就可提高水中pH值。 少量加酸：也是将水中的重碳酸根离子变为二氧化碳，加以曝气，把二氧化碳吹脱掉，就可适当提高水中的pH值，但一定要注意控制酸的投加量。 2.3 使用使用耐蚀材料换热器耐蚀材料换热器 采用耐蚀金属材料为原料来制作换热器：传统耐蚀材料如铜合金、不锈钢、石墨、玻璃等，新型耐蚀材料钛合金、铝镁合金、氟塑料、聚丙稀等材料。 根据工艺介质的腐蚀性能来决定换热器的腐蚀性能。 2.4 涂料涂料覆盖法覆盖法 在碳钢换热器的

13、传热表面涂上防腐材料，形成一层连续的牢固附着的薄膜，使金属与冷却水隔绝，避免受到腐蚀。 目前国内广泛使用的是以环氧三聚氰胺甲醛树脂为基料的防腐涂料（简称为CH-784涂料）。 2.5 阴极保护阴极保护法法 电化学腐蚀反应中，阳极的金属受到腐蚀，而阴极上的金属并未受到腐蚀。因此，如果改变设备外部条件，使其整个变成一个大的阴极，则设备就会被保护不被腐蚀。这种方法即称为阴极保护法。 护护屏保护：屏保护：在需要保护的碳钢或铜换热器上，用电位较低的锌、镁或其合金作为阳极，使换热器受到保护，这种方法称之为护屏保护。 外加电流保护外加电流保护：将需要保护的碳钢设备接到直流电源的负极上，在正极上接上辅助阳极如

14、石墨、炭精等，使碳钢设备在外加电流的作用下变成阴极而受到保护。 3、微生物的控制、微生物的控制 3.1 选用耐蚀材料选用耐蚀材料 在换热器等关键部位或因工艺要求金属器壁较薄的地方，可选用耐微生物腐蚀的金属。几种常用金属耐微生物腐蚀的性能排列如下： 钛不锈钢黄铜纯铜硬铝碳钢 这是在一般情况下的大致排列，在一些特殊环境中则应具体分析，选用材料。例如在合成氨厂，大气中氨含量较高，则铜的腐蚀速度很快。 3.2 控制水质控制水质 控制冷却水中的氧含量、pH、悬浮物和微生物的养料（油类、氨等）对于在含尘量较大的环境中的冷却水系统，最好加装旁滤设备。 3.3 采用采用杀生涂料杀生涂料 在采用防腐涂料保护金属

15、换热器的冷却水一侧时，所用涂料应能耐受冷却水中微生物的破坏。涂料中添加能抑制微生物生长的杀生剂(例如偏硼酸钡、氧化亚铜、氧化锌、三丁基氧化锡等)是人们常采用的一些控制微生物生长、破坏涂料和引起腐蚀的有效措施。 用由改性水破璃、氧化亚铜、氧化锌和填料等制成的无机防藻涂料涂刷在冷却塔和水池的内壁上，则不但可以控制冷却水系统中冷却塔、水池内壁、抽风筒、收水器等处藻类的生长，而且还可以抑制冷却水中异养菌的生长。 3.4 阴极保护阴极保护 采用外加电流保护法或牺牲阳极保护法，可控制阴极金属上硫酸盐还原菌的繁殖。 3.5 清洗清洗 用物理或化学清洗的方法去除微生物粘泥，可去除大部分的微生物，并破坏了微生物

16、赖以生存的环境，微生物繁殖的速度受挫。 清洗后剩下来的微生物暴露在外，更易于被杀生剂杀死。 对于一个已经被微生物严重污染的冷却水系统来说，清洗是一个十分有效的措施。 3.6 防止防止阳光照射阳光照射 采用各种方式防止或减少阳光直接照射冷却水，可大幅减小藻类繁殖的速度。 3.7 添加杀生剂添加杀生剂 往冷却水系统中添加杀生剂（也称杀菌灭藻剂）是控制微生物繁殖的最有效、最常用的方法之一。只要选药得当，方法合适，添加杀生剂能有效控制微生物的繁殖。 3.8 旁旁流过滤流过滤 在循环冷却水系统中设计安装用砂子或无烟煤等为滤料的旁滤池过滤冷却水是一种控制微生物生长的有效措施。通过旁流过滤，可以在不影响冷却

17、水系统正常运行的情况下除去水中大部分微生物。 3.9 混混凝沉淀凝沉淀 在补充水的前处理或循环冷却水的旁流处理中，常用铝盐、铁盐等混凝剂或高分子絮凝剂。这些药剂能在絮凝沉淀过程中将水中的微生物随生成的絮凝体一起沉淀下来，从而把它们除去。此法除去的微生物可占水体中微生物的80%左右。 3.10 噬菌体噬菌体法法 噬菌体是一种能够吃掉细菌的微生物，称为细菌病毒。它与动物病毒、植物病毒不同，只对细菌的细胞发生作用，故是一种很小的但非常有用的病毒。 噬菌体靠寄生在“宿主”的细菌体内进行繁殖，结果将宿主吃掉，该过程叫溶菌作用。这是防止和消除冷却水中生物黏泥的一种有前途的生物方法。实验发现，该法对防止电站

18、的海水冷却水系统和造纸厂的工业水系统中的黏泥非常有效。 1、电导率电导率 电阻率的倒数称为电导率，单位是s/cm 电导率仅决定于水中离子的多少和性质。代表了水中的含盐量,因此电导率越高水中含盐量越高。六、水质分析项目及含义 2、酸度、酸度 指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量，包括无机酸、有机酸、强酸弱碱盐等。 酸度的数值越大说明溶液酸性越强。 3、碱度、碱度 指水中能与强酸发生中和反应物质的总量。 一般水中碱度由氢氧化物、碳酸盐、重碳酸盐组成，称为总碱度。 总碱度在甲基橙指示剂变色的等当点时所需的酸量 HCO3- + CO32- + OH- M碱度 碱度只存在于pH=4.3以上 4、pH

19、pH是水中氢离子浓度的负对数 pH = - log10(H+ mol/l) 5、硬度、硬度 一般将水中钙、镁离子称作硬度，钙离子叫钙硬度，钙、镁离子总量叫总硬度。 硬度分为碳酸盐硬度(暂时硬度)和非碳酸盐硬度(永久硬度)。 碳酸盐硬度：碳酸盐硬度：主要是由钙、镁的碳酸氢盐Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2所形成的硬度，还有少量的碳酸盐硬度。碳酸氢盐硬度经加热之后分解成沉淀物从水中除去，故亦称为暂时硬度。 非碳酸盐硬度：非碳酸盐硬度：主要是由钙镁的硫酸盐、氯化物和硝酸盐等盐类所形成的硬度。这类硬度不能用加热分解的方法除去，故也称为永久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等