循环冷却水加药及水质处理

1、循环冷却水加药及水质处理一.总述冷却水在循环系统中不断循环使用 , 由于水温升高 , 水流速度的变化 , 水的蒸发 , 各种有机物质及无机离子的浓缩 , 冷却塔及水池在室外受 阳光的照射 , 风吹雨淋 , 灰尘杂物的进入 , 以及设备结构和材料的多种 因素的综合作用 , 会产生比直流系统更为严重的沉积物的附着, 设备腐蚀和微生物的大量滋生 , 以及由此带来的黏泥污垢堵塞管道等问题 . 这样的结果会危和破坏工厂的长周期的安全生产 , 甚至造成损失 , 所 以必须多循环冷却水系统水质进行日常的有效的监控 , 使上述问题得 到解决和改善 .开放式循环冷却水系统通常要关注的三个主要问题是: 结垢 ;

2、腐蚀 ; 和微生物及黏泥 .1. 沉积物的析出和附着一般天然水中都溶解有重碳酸盐 , 这种盐是冷却水系统发生水垢的 主要成分 . 在直流冷却水系统中 , 重碳酸盐的浓度较低 . 但在循环冷却 水系统中 , 重碳酸盐浓度随着蒸发浓缩而增加 , 当其浓度达到过饱和状 态的时候 . 或者在经过换热器传热表面使水温升高时 , 就会发生如下的 反映:Ca(HCO3)2二CaC03 J +CO0 +H20冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的CO2就会逸出，这 就促使上述反映向右进行.CaCO3沉积在换热器的表面上，形成致密的 碳酸钙水垢 , 它的导热性很差 . 水垢附着的危害 ,轻者是换热器的传热 效

3、率降低,影响产品质量和产量 , 严重的则堵塞管道 .2 设备腐蚀循环冷却水系统中 , 大量的设备是金属制造的换热器 . 对于碳钢制 成的换热器 ,长期使用冷却水 , 会发生腐蚀穿孔 ,其就是腐蚀造成的 .a) 冷却水溶解氧的电化学腐蚀 . 结果就是微电池的阳极区的金属不断的溶解而被腐蚀 .B) 有害离子引起的腐蚀 . 金属的腐蚀速率与水中阴离子的种类有密切关系 , 水中的阴离 子在增加水中金属的腐蚀速度方面有如下的顺序 :NO3-<CH3COO-<SO4 2-<CL-<CLO4-C) 微生物引起的腐蚀 循环冷却水的微生物的滋生 , 也会引起金属发生腐蚀 . 这是由于 微

4、生物排除的黏泥与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在 金属表面 , 促使金属腐蚀 .此外, 在金属表面和沉积物之间缺乏 氧，因此一些厌氧菌得以繁殖，当温度在25-30 C时，其繁殖更快. 对金属的腐蚀创造了有利的条件。上述因素对碳钢的腐蚀通常使换热器管壁穿孔 , 形成渗漏 , 损失 物料, 污染水体,影响产品质量 .D) 微生物的滋生和黏泥冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类 . 在新鲜水中 , 一般细菌和藻类都比较少 , 但在循环冷却水中 , 由于养分的浓缩 , 水温的 升高和日光照射 , 给细菌和藻类繁殖创造了迅速繁殖的条件 . 大 量的细菌分泌出的黏泥象黏合剂一样 , 能使水中漂浮的灰尘杂

5、质 和化学沉淀物等黏附在一起 , 形成沉积物黏附在换热器的传热表 面上的 , 即是生物黏泥 .黏泥积附在换热器壁上 , 除会引起腐蚀外 ,还会使冷却水的流 量减少 , 从而降低换热器的冷却效率 ; 严重的, 这些捻泥会将管子 堵死, 迫使停车清洗 .( 我们的控制标准 : 异氧菌总数 <1*105 个 , 现在我们的系统稳 定在 300-1000 个之间, 主要依靠投加氧化性杀生剂强氯精结合 非氧化性杀生剂来实现的。二. 循环冷却水系统中的沉积物沉积物包括：水垢(SCALE),淤泥(SLUDGE),腐蚀产物(CORROSION PRODUCTS)生物沉积物(BIOLOGICAL DEPO

6、SITS构成.通常，我们把淤 泥, 腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢 (FOULING).天然水中溶解的各种盐类 , 如重碳酸盐 , 硫酸盐, 氯化物 , 硅酸盐等 .其中以溶解度重碳酸盐 Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2为最多,也最不稳定， 容易分解生成碳酸盐 .( 说明： 冷却水经过冷却塔相当于一个暴气过程 , 溶解的CO2逸出，因此水的PH值会升高.Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2T +H2O此时, 重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下的反映Ca(HCO3)2+2OH-二CaCO&CG2- f +2H2O在水中有CaCL2时,还会产生下列反映：CaCL2+ C-二 C

7、aC03j +2CL-在大多数情况下 , 换热器表面上形成的水垢是以碳酸钙为主的 . 这 是因为硫酸钙的溶解度远远大于碳酸钙 . 而磷酸盐相对较少 ,( 我们控 制的正磷是3-4PPM).因此，形成磷酸钙水垢的机会也很少.污垢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黏性分泌物 等组成。水处理不当，细菌控制杀灭不及时，或腐蚀严重，水质浊度 过高等，都会加剧污垢形成，当这些杂质经过换热面时，特别是水走 壳程，流速缓慢的部位污垢沉积更多。三，水垢析出的判断(1)碳酸钙垢析出的判断 碳酸钙在水中达到饱和状态的时候，存在如下动

8、平衡关系。Ca(HCO3)2=Ca2+； +2H CO2-H CO32-=H+ CO32-CaCO3= Ca2+C32O-根据上述平衡关系，朗格利尔提出了饱和 PH和饱和指数的概 念，以判断碳酸钙在水中是否析出水垢，并提出了用加酸或用加碱预 处理的方法来控制水垢的析出。如果冷却水系统中碳酸钙呈饱和状态， 则反应式 1， 2和 3处于平衡状态，重碳酸钙既不分解为碳酸钙，碳酸钙也不会继续溶解。此时的PH称为该水的饱和PH值，以PHS表示。朗格利尔推导出了计算 PHS的公式，即 PHS=(9.7+A+B)-(C+D)雷滋纳根据此提出了稳定指数分析判断公式：2PHS-PH的差值来(PH水的实际PH值)

9、判断水垢的析出。此差值称为饱和指数，以 R。So I=2PHS-PH与 6 进行比较。R。 S。 I=2PHS-PH6 结垢R。 S。 I=2PHS-PH=6 不结垢也不腐蚀R。 S。 I=2PHS-PH6 腐蚀注： PHS=(9.7+A+B) -(C+D) A: 总溶解固体系数B:温度系数C:钙硬系数D:M-ALK碱度系数如现在我们的冷却水分析结果是 :TDS: 1000A=0.2水温:35 °CB=1.79钙硬 :520C=2.70M-ALK:100-110 D=2.00则 PHS=(9.7+A+B)-(C+D)=(9.7+0.2+1.79)-(2.70+2.00)=6.99R.

10、SL=2PHS-PH=2*6.99-8.0=5.98 6 结果较好四. 循环冷却水系统中沉积物的控制, 水垢的控制我们知道在循环冷却水中最主要的的水垢是碳酸钙垢 . 因此日常水垢的控制主要是指碳酸钙水垢的控制 . 而磷酸盐垢和硅酸盐垢因在 水中其成垢离子浓度一般都很少，是不容易析出的 . 附：冷却水中正磷酸根控制指标为 PO43_ 为 3.5-6ppm , 实际控制结果 为大约 4ppm),硅SiO2<150ppm实际控制结果为：5-9ppm)而对于碳酸钙垢的控制我们采用的采用的是：1 > 加酸1. 加硫酸, 因为了防止增加水中的 CL-, 不加盐酸 . 加硝酸会带入硝酸跟 有利于

11、硝化细菌的繁殖 . 由于重碳酸盐在水中常呈下列平衡 ：Ca(HCO3)2二Ca2+ +2H C(32-H COa2-=H+ CO2-所以加酸带入的H+,可使反应向左进行，使重碳酸盐稳定. 但要注意的是 , 加酸后 , 水的 PH 值会降低 , 如不注意控制而加酸过多 , 则会加速设备的腐蚀 .为防止硫酸腐蚀储罐和低温下不结晶，现夏季所用硫酸为：98% 冬季：93%。2 > 投加阻垢剂从水中析出碳酸钙等水垢的过程 , 就是微溶性盐从溶液中结晶沉 淀的过程 . 按结晶动力学的观点 , 结晶的过程首先是生成晶核 , 形成少 量的微晶粒 , 然后这种微小晶粒在溶液中由于热运动 (布朗运动 ) 不

12、断 的碰撞, 与金属壁也不断的进行碰撞 , 碰撞的结果是提供了晶体生长的机会, 使小晶体不断的变成了大晶体 , 也就是形成了覆盖传热面的垢所以, 从碳酸钙的结晶过程看 , 通过投加一种药剂 , 破坏其结晶的增 长, 就可以达到控制水垢的形成的目的 . 这就是投加阻垢剂。 二 . 污垢的控制污垢的构成主要是尘土 ,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 ,降低补充水浊度 要求补充水浊度 <5 ppm, 我们公司采用的补充水其浞度 1ppm, 规范中规定 , 循环冷却水中悬浮物浓度 <20PPM，. 同时此控制指 标也可以由冷却水的浊度直接反映

13、出来。三 循环冷却水系统中金属的腐蚀及控制 冷却水系统要解决的第二个问题就是冷却水系统中的金属设备的腐 蚀.(1) 冷却水中金属腐蚀的机理 我们知道碳钢金属的表面并不是均匀的 . 当它与冷却水接触的 时候 , 会形成许多微小的腐蚀电池 ( 微电池 ). 其中活拨的部位叫 阳极, 腐蚀学上叫阳极区 ;而不活泼的部位叫阴极 ,腐蚀学上叫 阴极区.极反应式为 :在阳极区：Fef Fe2+ + 2e在阴极区 :?O2+H2O+2fe2OH-由以上分析知道，金属的腐蚀是金属阳极区的阳极的溶解反应，金属的腐蚀破坏仅出现在腐蚀电池的阳极区.因此,在腐蚀控制中，只要我们控制好腐蚀过程中的阳极反应和 阴极反应两

14、者中的任意一个电极反应的速度，则另一个电极反应的速度就会随之而受到控制，从而使整个腐蚀过程受到控 制.(投加缓蚀剂N7359).其腐蚀情况可以由冷却水中的以下分 析指标来判断.冷却水系统中金属的腐蚀的影响因素，概括起来有：化学因 素,物理因素和微生物因素.a) PH值一般象如果该金属的氧化物溶于酸性水溶液而不溶于碱性水溶 液的,例如镍(NIE),铁(Fe),镁(Mg),等，则该金属在低PH值时就 会腐蚀的快些，而在高PH值下，就会腐蚀的慢一些.如：Fe在 PH>7后,腐蚀速度一般 <0.25mm/a.b)阴离子其作用机理是会使金属上保护膜的保护性能降低，离子半径小,穿透性强，容易穿

15、过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极 过程的进行 , 使腐蚀加速 , 引起点蚀 . 对于不锈钢换热器 ,CL- 是引 起应力腐蚀的主要原因，因此，冷却水中CL-过高，会在设备上金 属应力集中的地方 , 如换热器胀管的边缘部分迅速受到腐蚀破坏 . 目前要求的指标是 <600PPMC) 硬度 水中的钙离子与一些阴离子如控制不好会引起垢下腐蚀 .D) 金属离子水中的铜等重金属离子对冷却水中钢 , 铝, 镁, 锌等这几种 金属起有害作用 , 防止置换反应作用发生 .锌离子在冷却水中对钢有缓蚀作用 , 因此锌在广泛用作冷 却水的缓蚀剂的添加剂 . 一般在冷却水中的含量在 (0.5 1ppm) 即

16、可.分析说明0.2ppm的锌即有对缓蚀剂明显的增效作用.E) 余氯 氯是控制冷却水中微生物生长的最常用的杀生剂。我们公司采 用的是投加强氯精 (N2819SZ) 的方法来分解产生游离氯而进行 杀生处理的 . 氯进入水中后，水解生成盐酸和次氯酸。CL2+H2& HCL+HCLO其中，次氯酸是一种弱酸，在水中它可以电离：HCLO H+ + CLO-,余氯是指与水中的金属离子和有机化合物反应后余下 的氯被称为余氯 , 或叫活性氯 . 在冷却水系统中 , 余氯的量的多少对碳钢是有一定的腐蚀影响的当水中的余氯浓度 <0.4ppm 的时候 , 碳钢的腐蚀速度很低 ; 当水中的余 氯浓度为 0

17、.5ppm 的时候 , 碳钢的腐蚀速度开始迅速上升 ; 余氯浓度达 到 0.7ppm 的时候 , 碳钢的腐蚀速度开始超过 <<设计规范 >>容许的上限 值 (0.125mm/a). 所以我们要根据分析结果 , 既要保证有一定的加氯量 , 又要保证余氯量在我们要求的范围之内 :0.2 0.5ppm. 以下是我们冷 却水系统开车以来的余氯分析结果和我们与NALCCB务工程师一起测定的相关余氯控制数椐 .微生物数量基本稳定在 500 以下, 杀生效果较好 , 但超出余氯控制 指标的频次还是很多 , 虽然现在已经作到了每天根据实验室的分 析结果来及时的调整加药量 , 但根据运行

18、经验 , 余氯量的多少跟温 度, 天气 , 风速 , 排污量及药效等诸多因素有关 , 还需要继续努力做 好这方面的控制工作。F) 微生物及黏泥 微生物是对所有个体微小的单细胞和结构极为简单的多 细胞以及没有细胞结构的低等生物的总称 .微生物及危害在冷却水系统中 , 一些藻类和细菌在代谢中会产生一种胶状的 黏性的或黏泥状的 , 附着力很强的沉积物 , 并以这些微生物为主 体, 混有泥砂 , 无机物和尘土等 . 这些沉积物覆盖在金属表面上 降低冷却水的冷却效果 , 阻止冷却水中的缓蚀剂 ,阻垢剂和杀生 剂到达金属的表面发挥缓蚀阻垢和杀生作用 , 并使金属表面形 成差异腐蚀电池而发生沉积物下腐蚀 （

19、垢下腐蚀 ）. 微生物黏泥引起的故障1. 黏泥附着在换热 （冷却）部位的金属表面上 , 降低冷却水的 冷 却效果.2. 大量的黏泥将堵塞换热器中冷却水的通道 , 从而使冷却水无 法工作, 少量的黏泥则减少冷却水的通道的截面积 ,从而降低 冷却水的流量和冷却效果 , 增加泵压.3. 黏泥积集在冷却塔的填料表面或中间缝隙中 , 堵塞了冷却水 的通过, 降低冷却塔的冷却效果 .4. 黏泥覆盖在换热器内金属表面 , 阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金 属表面发挥其缓蚀和阻垢作用 , 阻止杀生剂杀灭黏泥中和黏 泥下的微生物 , 降低这些药的功效 .5. 黏泥附着在金属表面 , 形成差异腐蚀电池 , 引起这些金属设

20、备 的腐蚀.6. 大量的黏泥 ,尤其是藻类 ,存在于冷却水系统中的设备上 ,影 响了冷却水系统的外观 .影响微生物黏泥的因素主要有 :1. 营养源（补充水,大气和设备泄露 ）, 判断标准 :COD<10Mg/L.2. 水温,最佳温度：30-40 C3. PH值,一般冷却水的PH值控制在7.0-9.2之间，该范围正处 在微生物繁殖的最佳PH范围.4. 溶解氧5. 光. 主要是藻类 , 其他微生物则不需要光能 .6. 细菌数量 , 一般认为 , 每毫升水中当细菌数在 1000 以下时 , 故 障发生很少 , 当在 10000 个以上的时候 , 则黏泥故障容易发生 我们的控制指标是 5*100000 个. 现在基本保持在 500 以下.7. 悬浮物 . 黏泥的形成与悬浮物密切相关 , 一般要求冷却水中的 悬浮物浓度不大与 20Mg/L, 我们的系统目前该指标控制在 <10 Mg/L.8. 流速的影响 .微生物的控制方法 :1. 控制水