章冷却水及水处理PPT课件

1、冷却水系统 直流式 循环式混合式工业生产过程中产热设备和产品温度升高须及时冷却保证生产和产品质量水水吸收和传热的介质吸收和传热的介质水温问题水温问题第1页/共44页循环水在使用过程中发生 少量水在冷却塔中蒸发损失盐类浓缩而形成盐垢或称结垢水中悬浮物发生浓缩循环水可能受到填料物的污染还有杂质如有机物、微生物、藻类等进入系统结垢、污垢、腐蚀和淤塞冷却构筑物降低水温水质处理控制结垢、污垢、腐蚀解决措施解决措施水质问题水质问题循环水系统经常出现循环水系统经常出现第2页/共44页冷却构筑物类型冷却塔工艺构造冷却塔工作原理主要内容主要内容第3页/共44页湿球温度（）代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低

2、温度，即冷却出水温度的理论极限值。一般冷却后水温t t2 2比高3535。常见类型干湿式( (混合式）：热水与空气经干式冷却后，再湿式冷却。按水与空气触方式分为 冷却构筑物类型水面冷却池 喷水冷却池冷却塔用一般温度计用一般温度计测得的气温测得的气温湿式( (敞开式) )：水与空气直接接触，传热和传质同时，冷却极限为空气的湿球温度。干式( (密闭式) )：水与空气不直接接触，冷却介质为空气，空气对流带走热量，单纯传热，冷却极限为空气的干球温度。第4页/共44页密闭式（干式）冷却冷凝水循环利用冷凝水循环利用水与空气不直接接触敞开式（湿式）冷却水与空气直接接触第5页/共44页 冷却塔的工艺构造配水系

3、统配水系统淋水填料淋水填料热水分配装置热水分配装置通风及空气通风及空气分配装置分配装置进风口进风口风机风机通风筒通风筒均匀配水均匀配水增加接触面积增加接触面积抽吸空气与水接触抽吸空气与水接触其它装置其它装置除水器除水器集水池集水池挡风墙挡风墙化冰器化冰器进水管进水管湿热空气与水分分湿热空气与水分分离离回流回流第6页/共44页冷却塔及零部件第7页/共44页 冷却塔工作原理蒸发传热: 以蒸气压差（PV”-PV）为推动力塔顶部PV”- PV 0 带走水的蒸发潜热以温度差（ti-t）为推动力对流传热：ti”- t 0 热量（显热）从水传入空气夏、春、秋？冬？最不利条件？入塔空气是未饱和浓度差且温度较水

4、温低温度差含湿量塔底部循环水降温热水喷淋在填料层上，沿填料表面或间隙下落，与空气流充分接触。填料将水多次溅散成水滴或水膜，以增加水气两相的接触表面和接触时间。蒸发传热占80-90%。水、气传热过程第8页/共44页 影响循环冷却水水质的因素 循环冷却水水质特点与水处理任务 循环冷却水的基本水质要求 循环冷却水稳定性控制指标 循环冷却水处理第第1010章章 循环冷却水水质处理循环冷却水水质处理第9页/共44页 影响循环冷却水水质的因素水质污染补充水水质不良（溶解盐、溶解气体、有机物）外来的污染（尘土、树叶、填料等）系统内部（藻类、微生物等）循环水的脱CO2作用 空气中CO2少，其分压力低；水在塔中

5、与空气接触:2HCO3- = CO2 + CO32- + H2O + Ca2+ = CaCO3(固)CO2逸出破坏了碳酸平衡和碳酸钙的溶解平衡水垢污垢或粘垢第10页/共44页循环水的浓缩作用水量损失P 蒸发损失P1 盐分留存风吹损失P2渗漏损失P3 带走盐分排污损失P4需要补充新鲜水补充水的含盐量SB 1浓缩倍数水的导电性腐蚀加快盐分超过饱和度结垢第11页/共44页水温变化水温升高Ca2+、Mg2+、CO2易析出或逸出提高了平衡CO2的需要量水温降低水中平衡CO2的需要量降低且低于水中CO2的量换热器中冷却塔中水腐蚀水结垢冷却系统中高温区结垢，低温区腐蚀第12页/共44页循环冷却水水质特点产生

6、沉积物具有腐蚀性微生物繁殖水垢、污垢或粘垢第13页/共44页 循环冷却水水质处理任务防止和减轻水垢（CaCO3)在换热器和设备表面：传热效率下降过水断面减少防止和减轻腐蚀防止和减轻污垢或粘垢（有机物、微生物）在系统中、在补充水中：传热效率下降过水断面减少腐蚀设备与管道设施等损坏调节水中CO2 、a(HCO3)2和aCO3的平衡调节水中CO2 、a(HCO3)2和aCO3的平衡控制污染、微生物第14页/共44页年污垢热阻R：结垢沉积使热交换器热阻增加的量。KoKtR11传热系数的倒数T时刻t0时刻0腐蚀率L：金属每年平均腐蚀深度（mm/a)。gFTPPoCL76. 8P0-P 腐蚀前后金属重量差

7、F 接触面积T 腐蚀作用时间缓蚀率：经处理，腐蚀率降低的效果。%10000LLLCCCCL0 处理前腐蚀率CL 处理前腐蚀率循环冷却水的基本水质要求(表24-1)微生物繁微生物繁殖的影响殖的影响第15页/共44页对水的腐蚀性和沉积物的控制要求对水的腐蚀性和沉积物的控制要求腐蚀率腐蚀率年污垢热阻年污垢热阻第16页/共44页循环冷却水稳定性控制指标稳定性判别水质稳定的水无侵蚀性、不发生碳酸盐沉积结垢的水水质不稳定的水有侵蚀性、发生碳酸盐沉积结垢的水水质稳定处理基于碳酸平衡原理，控制结垢与腐蚀。水质稳定处理机理调整水中CO2、Ca(HCO3)2、CaCO3的平衡当水中碳酸钙浓度 其饱和浓度时，碳酸钙

8、沉淀结垢；当水中碳酸钙含量 0: CaCO3处于过饱和状态，有结垢倾向；LSI 0: CaCO3 未饱和，有腐蚀倾向；LSI = 0: 水质稳定。循环水的实际pH值循环水为CaCO3平衡时的pH值第18页/共44页结垢控制指标：基于水质稳定，又参照循环冷却水运行经验。实际运行中，影响结垢与腐蚀的其他主要因实际运行中，影响结垢与腐蚀的其他主要因素素悬浮固体与有机物浓度高水温高水处理药剂（控制结垢药剂）仅按水质稳定概念仅按水质稳定概念解决结垢和腐蚀问解决结垢和腐蚀问题不合适题不合适第19页/共44页循环水结垢控制指标循环水结垢控制指标结垢结垢控制参数控制参数控制指标控制指标CaCO3CaSO4Ca

9、(PO4)2MgSiO2pHs溶解度溶解度pHp溶解度溶解度pH0 pHs + (0.52.5)Ca2+ SO42- 500000pH0 pHp + 1.5Mg2+ SiO2 Cl-的浓度。4Fe + 3NO2- + 3H+ = 2Fe2O3 + NH3 + N2 问题？注意保护膜在阳极部位？第23页/共44页锌盐：在阴极部位形成Zn（OH）2沉淀，起保护膜作用；但对环境有污染，应用受限。 l沉淀型缓蚀剂作用原理：与水中溶解离子形成难溶盐或络合物，沉积在金属表面形成保护膜。聚磷酸盐系列：如聚磷酸钠与水中的钙、铁离子形成聚磷酸钙等，向阴极沉积成膜。要足够问题？多孔、松散。为提高氧的扩散作用，过量

10、投药剂，膜增厚，防腐好，但影响传热。MBT（巯基苯并噻唑）：使金属活化溶解，并与之形成沉积致密保护膜铜的阳极缓蚀剂。第24页/共44页l吸附型缓蚀剂作用原理：利用有机缓蚀剂分子的亲水基和疏水基形成抑制腐蚀层。亲水基吸附在金属表面，而疏水基朝向水，形成叠壁，阻止水与水中溶解氧向金属表面的扩散缓蚀作用。烷基胺缓蚀剂：C16H33NH2，(C16H32)2NH特点：用量小，无污染。第25页/共44页原理：使金属表面与循环水隔绝，对控制腐蚀有良好效果。如604环氧树脂与氨基树脂混合环氧氨基树脂。涂料可耐高温，且不影响传热效果。但投资较大，应用较少。方法二：涂料覆盖第26页/共44页沉积物控制结垢控制去

11、除水中结垢成分：软化、除盐；使产生结垢的成分处于溶解或分散状态投加阻垢剂或阻垢分散剂；使结垢成分转化成易于排除的泥渣结晶改良。第27页/共44页投加阻垢剂或阻垢分散剂：投加阻垢剂或阻垢分散剂：聚磷酸盐和有机磷酸盐聚磷酸盐和有机磷酸盐与金属离子的络合作用拟制其结垢；与Ca2+ 、Mg2+螯合，促进水质稳定；作为分散剂吸附在碳酸钙晶胚表面阻止其结垢；与管壁垢物螯合使之分散。吸附或分散作用提高结垢物质微粒表面的电荷密度，使微粒间排斥力增大，降低微粒结晶速度，使结晶体结构变形而失去桥键作用不能结垢。膦酸盐和二膦酸盐。第28页/共44页主要控制循环水中悬浮物和微生物：化学药剂处理投加混凝剂絮凝沉淀加旁滤

12、循环水系统外过滤，再回系统中。旁滤水量为循环水量的15%污垢控制第29页/共44页微生物控制水质与环境条件控制：环境条件，如空气、阳光和水质条件等。物理场控制技术： 磁化处理法：靠磁场作用使蛋白质和酶变性； 静电水处理：干扰破坏微生物的生长繁殖，并 氧化杀灭其活性。化学杀菌剂： 第30页/共44页化学杀菌剂化学杀菌剂（a a）氧化杀菌剂：Cl2、NaOCl、Ca(OCl)2（b b）非氧化杀菌剂： CuSO4 控制藻类, ,同时投加表面活性剂EDTA； 有机物，如氯酚等。靠干扰微生物生命过程起控制作用。第31页/共44页复方缓蚀剂、阻垢剂两种以上药剂配合使用，综合考虑腐蚀、结垢和微生物控制。常

13、用类型：Zn聚磷酸盐第32页/共44页预处理预膜：运行前预先在换热器管壁上预先形成完整的保护膜。预处理过程：化学清洗剂清洗冲洗干净第33页/共44页(1) A系统：200mg/L的Na2MoO4预膜，在贮水池中投加臭氧，保持剩余臭氧浓度为0.030.10mg/L，5d后将预膜剂换作冷却水。磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。(2) B系统：用20mg/L的Na2MoO4进行预膜，臭氧投加方式为间歇式，每2d投加一次，每次60min。第34页/共44页表1 试验管污垢热阻 清洁管热阻清洁管热阻R R1 1 （m m2 2.K/W.K/W）极限污垢热阻极限污垢热阻R2 A2.6310-4 1.111

14、0-4 B2.7410-4 1.1210-4 污垢沉积率污垢沉积率mcmmg/(cm.月）月）腐蚀速率腐蚀速率Fmg/(dm2.d)A27.013.73B30.327.74表2 试验管结垢、腐蚀情况第35页/共44页 预膜是为了防腐，磁化的主要作用是防垢，而臭氧的杀菌作用最佳，三者可以发挥协同作用。(1) A系统比B系统缓蚀率更高，原因在于A系统预膜剂浓度更高，且连续投加臭氧，A系统未预膜片腐蚀速率比B系统更低也证实了这一点。 (2)臭氧有效地控制了微生物繁殖，大幅度减少了粘附和垢下腐蚀作用，几乎不产生生物粘泥。(3)两个系统极限污垢热阻均达到好的等级，说明磁化作用使得垢层疏松，传热效率降低幅

15、度较小。阻垢率为70%80%。第36页/共44页防结垢处理排污量P4： 3214PPSSPSPBB排污法减小浓缩倍数K方法 排除一部分盐浓度大的循环水补充一部分盐浓度小的新鲜水降低循环水中含盐量使其值允许值BSSK 循环水含盐量补充水含盐量适用于SB1蒸发风吹渗漏排污量可知： SB越大P4大,不经济一般P4为35%循环水流量 14324321PPPPPPPPPPSSKB )()(4324321PPPSPPPPSB第37页/共44页2.降低补充水中的碳酸盐硬度用软化法,降低HCSB满足:(HB,H分别为补充水和循环水中碳酸盐硬度)1PPPK)(41iiPPHKHB 3.提交水中极限碳酸盐硬度加阻

16、垢剂(聚磷酸盐)不致使水产生结垢的最高碳酸盐硬度值BHHK 第38页/共44页微生物腐蚀 微生物是由于微生物的直接或间接地参加腐蚀过程所引起的材料毁坏作用。主要生物相：细菌、真菌一般，微生物腐蚀往往与电化学腐蚀作用交积。厌氧还原菌的腐蚀作用（硫酸盐还原菌）： OHOHHOHOHSSOH26884822224能量硫酸盐还原菌作用 +8e- +Fe2+ FeS阴极部位没有自由氧，去极化作用是硫酸还原菌的氢化酶作用 8e- 3Fe(OH)2 4Fe +3Fe2+ FeS3Fe(OH)2第39页/共44页好氧菌铁细菌在管内壁形成铁瘤电化学腐蚀。氧化剂杀菌：Cl2 、 CaOCl2 、 NaOClCuSO4表面活性剂（季铵盐）、但易发泡 化学法 傍滤物理法防腐：部分循环冷却水经傍滤后返回循环水系统第40页/共44页重金属含氧酸盐污染环境铬酸盐不单独使用，而与其他缓蚀剂混合使用，以降低其使用量。返回第41页/共44页电化学腐蚀(以铁的腐蚀为例) 在铁的某个部位电位低时，Fe溶于水中，形成阳极:氧化反应 (1)22FeeFe 中性、酸性水中 (2) 若水中无氧，阴极表面被H2和Fe(OH)2覆盖，Fe不再与水直接接触，式(2)反应不再进行拟制了式(1)的反应。 3222222)(221)(221OHFeOHOOHFeOHOH金属表面两个部位间存在物理的或化学的差异，