循环冷却水系统的日常运行课件

1、第十八章 循环冷却水系统的日常运行和维护第1页，共42页。 循环冷却水在正常运行中应严格控制各项操作指标，如浓缩倍数、钙离子浓度、pH值、浊度、药剂浓度、余氯等；严格监测补充水的水质；并不断监测系统中换热器的结垢、腐蚀情况，以及系统中微生物繁殖情况，以便发现问题及时采取措施。第2页，共42页。一、水质控制及监测二、腐蚀、沉积物和微生物的现场监测三、日常运行用的水处理药剂第3页，共42页。一、水质控制及监测（一）运行过程中水质的变化CO2含量的降低硬度和碱度的增加pH值的升高浊度的增加微生物滋生溶解氧浓度的增加含盐量升高有害气体进入工艺泄漏物进入第4页，共42页。（二）主要工艺指标控制 循环水系

2、统转入正常运行后，在其升温、蒸发和冷却的过程中，冷却水逐渐被浓缩，其水质指标会发生变化，应定时进行监测控制。浓缩倍数 浓缩倍数(以K表示)是循环水操作控制中的一项重要指标，反映了循环水浓缩的程度。用循环水中某种离子的浓度与补充水中相应离子的浓度之比表示，即： K = C循/ C补 如果发现浓缩倍数高于或低与规定值，则应加大或减小排污量和补充水量以控制冷却水的浓缩倍数在规定范围之内。第5页，共42页。 用于测定浓缩倍数的参数的分析方法及频率分 析 项 目分析频率分 析 方 法电导率/cm1次/1日 HG/T 5-1504-85 钙硬度(CaCO3计), mg/L 1次/34日 GB/T 1463

3、6-93 钾离子mg/L 1次/1日 GB/T 14640-93 SiO2, mg/L 1次/1日 HG/T5-1508-85 Cl-, mg/L 1次/1日HG/T5-1508-85 第6页，共42页。2. pH值 对低pH值的水稳配方，pH值尤其是一个敏感的参数，其变化会对腐蚀和结垢产生直接的影响，其原因为：不同的水质对pH值有不同要求不同的水稳配方有不同的pH值适应范围碳酸钙和磷酸钙饱和指数与pH有关第7页，共42页。3. 碱度 用甲基橙作指示剂测得水中的碱度称为总碱度M(又称甲基橙碱度),它与水的pH值之间有如下关系： 4.5pH8.3时， M碱度HCO3- 8.3pH10 时， M碱

4、度HCO3-2CO32- 10 pH 时， M碱度HCO3-2CO32-OH- M 碱度是循环水操作控制中的一项指标，当浓缩倍数控制稳定，没有其它外界干扰时，由M碱度的变化，可以看出系统的结垢趋势。如果M碱度比理论升高值低得多，说明系统可能发生了结垢，应给予重视。第8页，共42页。 4. 硬度 在循环冷却水中要求有一定量的Ca2+、Mg2+。采用磷系配方时， Ca2+浓度一般不少于50ppm，不大于500ppm控制适当才能达到缓蚀和阻垢的目的。 如果浓缩倍数控制稳定，Ca2+、Mg2+在水中的实际浓度较之于按浓缩倍数计算出来的Ca2+和Mg2+浓度有较大幅度的下降，则说明系统中结垢情况加重；如

5、果在运行中, 循环水的Ca2+、Mg2+浓度与按浓缩倍数计算出来的相差不大, 则说明系统运行良好。第9页，共42页。 5. Cl- 循环水中Cl-浓度过高会促进设备的腐蚀，特别是对钢和不锈钢设备。因此在运行中要进行监测控制。如果Cl-浓度超标，应加大排污量。 Cl-浓度的测定数据，还可以用于计算浓缩倍数。 6. 浊度 浊度的变化反映了循环冷却水中悬浮物浓度的变化。一般要求浊度不大于20mg/L。浊度高是形成沉积的主要原因。引起循环水浊度升高的原因主要有补充水浊度过高、菌藻繁殖严重、工艺物料泄漏和空气中风沙灰尘过大，应根据具体情况采取措施。第10页，共42页。 7. 余氯 通过余氯量的测定来控制

6、杀菌剂的投加量。一般控制在0.5-1.0ppm。 8. 总磷 对于磷系配方而言，总磷浓度直接关系到缓蚀效果和磷酸钙的沉积条件。 9. 正磷 聚磷酸盐的水解产物，高了容易成垢。 10. 含盐量 含盐量指水中溶解性盐类的总浓度。含盐量高时，水的腐蚀或结垢倾向增大。第11页，共42页。11. 其它铝离子浓度铜离子浓度总铁硫酸根浓度硅酸油第12页，共42页。循环水的水质指标项 目允许值要求和使用条件备 注悬浮物含量，mg/L20根据生产要求确定调节排污和补水来控制 10换热设备为板式、翅片管式、螺旋板式pH7.0-9.2根据药剂配方确定M-碱度（， mg/L500根据药剂配方及工况条件确定与pH有相关

7、性 Ca2+, mg/L30-200根据药剂配方及工况条件确定成垢离子 Fe2+, mg/L 0.5Cl-, mg/L1000碳钢换热设备腐蚀性离子 300不锈钢换热设备腐蚀性离子 SO42-, mg/L1500SO42-和Cl-之和腐蚀性离子 硅酸含量， mg/L15000成垢离子0.5-1.0Mg2+与SiO2的乘积游离氯含量，0.5-1.0在回水总管处控制菌藻石油类, mg/L5-10炼油企业第13页，共42页。（三）水质监测项 目测试频度分析方法分析的意义pH值1次班HG/T 5-1501-85了解水的腐蚀性和水垢生成倾向M-碱度1次班HG/T 5-1502-85用于了解水的结垢倾向C

8、a2+（CaCO3）1次班HG/T 5-1506-85由于水温及pH值升高,钙质水垢就变得容易析出, 所以为了经常维持在管理标准值以内, 进行测定。Mg2+（CaCO3）1次班HG/T 5-1507-85用于控制MgSiO3的析出Cl-1次班HG 5-1505-85是强腐蚀性离子。浓缩倍数1次班监控系统运行状况正磷1次班ZB/T G76002-90监测磷酸钙垢有机膦1次班ZB/T G76002-90监测药剂浓度浊度1次班HG/T 5-1503-85了解水中悬浮物及浮游生物的量电导率1次天HG/T 5-1504-85了解水中的含盐量SO42-1次2周HG 5-1594-85硫酸根有很强的腐蚀性S

9、iO21次2周HG 5-1508-85成为MgSiO3硬质水垢生成的原因。异养菌1次周GB/T 14643.1-93了解水中微生物的生长情况及严重程度余氯(夏季)1次天HG 5-1598-85控制细菌的繁殖。第14页，共42页。二、腐蚀、沉积物和微生物的现场监测（一）腐蚀的现场监测试片法旁路试验管法线性极化法监测换热器法第15页，共42页。1、试片法 试片法是最简单、最经济、使用最广泛和最经典的腐蚀监测方法。可以测定腐蚀速率、蚀孔密度、蚀孔深度，并了解腐蚀形态。试片材质和规格 对于碳钢换热器，通常采用热轧A3钢制成的挂片 型：28cm2=50252； 型：20cm2=72.411.52第16页

10、，共42页。2）试片的安装安装在所监测的换热器的回水管线上。第17页，共42页。几种腐蚀监测装置的安排情况第18页，共42页。3）试片的监测时间 监测时间一般为30-90天。或按月、季度、年、一个运行周期来分别监测，得出相应的腐蚀速率。4）监测的内容外观：拍照。记录腐蚀产物的颜色、形态、分布情况等，甚至腐蚀产物的成分分析。腐蚀速率的测定： V = 87.6 W(St) mm/a = 3449 W(St) mpy 式中： W-试片的失重，mg; S - 试片的总表面积，cm2; - 金属的密度，g/cm3(碳钢7.85,不锈钢7.92,黄铜8.50,铝2.70); t - 试验的时间，h。孔蚀的

11、监测 测量蚀孔的深度和蚀孔密度。第19页，共42页。5）试片法的优缺点优点： (1)设备简单、费用很低、操作容易、结果直观：(2)可以同时监测腐蚀速度、蚀孔深度和蚀孔密度，观察腐蚀形态，有助于找出产生腐蚀的原团；(3)冷却水系统中金属腐蚀速度的文献数据大多是用这种方法测得的得到的腐蚀速度数据便于彼此比较。第20页，共42页。局限性(1)测得的腐蚀速度是假设所发生的腐蚀是均匀腐蚀的情况下算出的。然而，冷却设备发生故障的原因往住是孔蚀(点蚀)以及其他一些局部腐蚀。所以除了测定腐蚀速度外，还应同时监测蚀孔密度、蚀孔深度和腐蚀形态。(2)试片不是一个传热面，而冷却设备传热面上的腐蚀速度可能不同于用试片

12、酗得的腐蚀速度。(3)监测周期较长，不易发现冷却水系统中瞬间出现的急剧变化，因面较适宜干监测运行条件较为稳定的冷却水系统中的腐蚀。第21页，共42页。2、试验管法模拟了水的流动状况，使监测条件与冷却水在换热器管子中流动的条件更接近些。试验管的尺寸为10150mm，长约300500mm。但仍未有传热的表面。第22页，共42页。(二) 沉积物的现场监测 冷却水系统中沉积物的现场监测主要是测定由水垢、淤泥、腐蚀产物和微生物粘泥等沉积物引起的污垢热阻或压力降，以及由冷却水在热交换器中产生的沉积物量、沉积物层厚度及具组成等。 日前，常用的沉积物现场监测的方法有： （1）监测换热器法 （2）电热式污垢监测

13、仪法 （3）压力降法 （4）钙离子浓度法 需要说明的是不论哪一种方法在实际工作中均有一定的局限性。第23页，共42页。1 监测换热器法 用监测换热器监测冷却水系统中沉积物情况的工作可从以下两个方面进行： 将运行定时间后的监洲换热器拆开，将其换热管(试验管)剖开，观察其中沉积物的沉积情况，测定巳析出的沉积物层厚度；利用监测换热器测定其在冷却水系统小运行时的污垢热阻值，从面顶测或判断换热器内沉积物沉积的程度，因为污垢热阻与传热系数成倒数关系，而与沉积物的多少(或垢层厚薄)成正比关系。第24页，共42页。 为了便于现场或实验室测定污垢热阻，通常对监测换热器做了如下的处理和拟定了如下的控制条件：(1)

14、水走管内，监测换热器内试验管的外壁镀铬，使试验管的外壁表面不产生腐蚀；(2)被冷却的介质为由脱盐水产生的蒸汽，蒸汽走管外，在运行中使蒸汽温度保持恒定；(3)冷却水的流量不变，水的流速恒定，水的平均温度变化很小；(4)试验管壁不遭受腐蚀，管壁厚度变化微小。第25页，共42页。2 电热式污垢监测仪法 三个主要部件：电压控制部分、流速控制部分和测试部分。 电压控制部分：实质上是一个可控硅调压变压器，它带有电压指示装置，可用手动调节。 冷却水的流速控制部分：包括一个手动阀门及一个带控制器的流量指示器。流量指示靠金属浮子，控制器为一触点继电器。如果冷却水的流量下降到一定值或零(断水)，继电器就断开了。因

15、为电源先经断电器再与电压控制部分相连接，所以继电器一断开，加热电源就被切断，测试管内的加热电阻就停让加热，从而保护了测试管。 第26页，共42页。 测试部分由透明的玻璃套管和内部加热的金属测试管组成，冷却水则在玻璃套管和测试管之间的空间内流过。测试管为一个40cm长的金属管，中间有10cm长的加热段，管壁嵌有一热电偶。测试管的一端封死，另一端有两组导线引出。其中的一组为加热丝导线，与可控硅调压变压器的输出端相连接；另一组为管壁所嵌热电偶的导线，与直读式转换仪表相连接、由此读得壁温，也可与一计算机的接口相连接，经计算机直接算出污垢热阻rF值。第27页，共42页。测试管管壁热阻的标定 根据传热学原

16、理，用一不结垢的流体(如蒸馏水)以不同的流速通过一热的清洁的金属(通常用不锈钢)表面，就可得到一系列的传热系数K。相对于每一流速，管壁(温度为TWC)和外层流体(温度为TB)间的传热系数K有下述关系：K = (Q/F)/(TWC TB) 传热系数的倒数1/K是热阻r。在不结垢的情况下，它等于管壁的热阻rw和流体的热阻r2之和，故有: 1/K = r = rW + r2 在恒温情况下，流体的热阻r2反比于流速V的n次方，则有: r2 = 1/K rW = C/Vn 1/K = rW + C/Vn 图中截距为rW。求出C和n。 在不同流速下调整测试管的热负荷Q/F， 以使(TWC TB)基本保持恒

17、定。第28页，共42页。 污垢热阻的测定 当污垢监测仪器刚接入冷却水系统中时，测试管的金属表面处于清洁状态（此时各参数的下标中加入C以表示处于清洁状态)。此时应分别测定下列各参数：TWC、 TBC 、 (Q/F)C 测试管的金属表面处于清洁状态时的管壁温度(K)、水体温度(K)、热负荷（W/m2) (可由测试管的加热段面积F、加热丝电阻及其承受的电压求得)；VF 测试管的金属表面处于污垢状态时冷却水的流速，m/s。第29页，共42页。 监测开始后，测试管表面逐渐积累污垢，测试管处于污垢状态，此时应分别测定下列各参数：TWF测试管的金属表面处于污垢状态时的管壁温度(K)、TBF测试管的金属表面处

18、于污垢状态时冷却水的水体温度 (K)、(Q/F)F测试管的金属表面处于污垢状态热负荷（W/m2），可由测试管的加热段面积F、加热丝电阻及其承受的电压求得；VF 测试管的金属表面处于污垢状态时冷却水的流速，m/s。第30页，共42页。 按下式计算污垢热阻。 第31页，共42页。3 压力降法 原理 当流体(如冷却水)在一管子内流动时，由于在流动方向上存在摩擦力，流体总会有静压力的损失。流体的摩擦阻力可以被表示为流体的高差损失(loss of fluid head)，并用压力降来度量。如果管内有沉积物产生，它将使管子的有效半径缩小和管内的表面状况发生变化，故在一段管子上压力降的增量是沉积物量的函数。

19、 微生物在管内表面上繁殖生成生物膜。当其厚度超过其临界厚度(大约等于其粘滞次层的厚度)时，该段管子上的压力降将会增加。冷却水系统中腐蚀产物和水垢在管壁上的生成、悬浮物在管壁上的沉积都会使管子的横截面减少，从而使这段管子上的压力降增加，所以压力降法可以监测冷却水系统中的腐蚀产物、水垢、污垢和微生物勃泥等沉积物。第32页，共42页。 压力降法的测定装置该装置通常包括一段水平安装的直的管子，管子上装有两个压力旁通支管，供测量该段管子上的压力降。该装置与被监测的冷却水系统平行安装。在两个压力旁通文管间则跨接一个差压计以测量其压力降。若采用不锈钢管或玻璃管作试验用管子，则可以减少腐蚀对摩擦阻力的影响，似

20、其表而较有利于生物膜的生长。如果使用玻璃管，则应注意防止藻类的生长，因为在工厂的换热器中由于没有光，藻类不会生长。如果管于中的流速保持在1.2-1.8m/s， 则可以减少水中悬浮物沉降所产生的 沉积物。在这个流速范围内，有利于 生物膜的生成，同时还能减少悬浮物 的沉积，适宜于监测冷却水系统中生 物膜的生长情况。适宜于生物膜生长 的温度范围为29.4-41.0。第33页，共42页。读数 压力降的数据至少每天要读取一次。如果冷却水系统保持在清洁状态，则压力降读数应该稳定在一定的范围内。如果压力降的读数增加，则说明冷却水系统中有沉积物生成。在没有热量输入的情况下，压力降的测量可以估计微生物产生的粘泥

21、、腐蚀产物的沉积和悬浮物的沉积情况。改变试验用管于的材料、将会影响管于内沉积物的品种腐蚀产物或微生物猫泥。水的流速对沉积物的数量和生物胺的性质、进而对压力降有很大的影响，所以精确控制流速对于结果的重观性是至为重要的。第34页，共42页。4 钙离子浓度法通过测定补充水和循环冷却水中钙离子的浓度按照循环冷却水运行的浓缩倍数、考察循环冷却水中钙离子的浓度是否按浓缩倍数成比例地增加来判断冷却水系统中的结垢情况。如果循环冷却水中钙离子的浓度没有按浓缩倍数计算的那样增加，而是小于该计算值，则此时冷却水系统中可能会产生结垢或钙盐的沉积；反之，则冷却水系统中不会产生结析或钙盐的沉积。第35页，共42页。（三）

22、 微生物的现场监测 冷却水系统中全面的微生物监测对象应包括：异养菌、真菌、硫酸盐还原菌、铁细菌、氨化细菌、藻类和粘泥量等。（1）异养菌数的测定 平皿计数法 异养菌测定板（2） 粘泥量的测定 单位循环水量中的粘泥体积，mL/m3。 水的流速为0.8m/s，过滤1m3的水。第36页，共42页。1 异养菌数的测定异养菌是指在营养类型方面靠有机物营养作为合成自身菌体的碳源，靠有机物氧化产生化学能进行代谢的一类混合菌群。异养菌又分为本身能从水质中摄取无机物或有机物而生活的腐生菌和依赖寄主供给营养而生活的寄生菌两类。通常所说的异养菌指的是存在于水中的腐生菌。常见的有不动细菌、假单胞菌、肠细菌和芽孢杆菌等。

23、 在循环冷却水中，异养菌不仅生长繁殖最快，而且为数最多，它基本上代表了水中全部好氧菌的数量，所以一般在测定时，以这类细菌的数量作为细菌总数。这类菌群在循环冷却水和油田注水系统中常聚集在金属表面粗糙处或凹坑和构件隙缝处，这类细菌通常能产生致密的黏液，故也称为产粘泥细菌，因为它能粘附水中的悬浮物和其他丝状菌、霉菌、藻类、原生动物等，在管壁形成站泥。异养菌是循环冷却水处理、油田水处理以及宾馆水处理中微生物现场监测的主要对象之一，监测频率应为23次/周。第37页，共42页。培养基的制备异养菌培养基的配制： 蛋白胨10g；琼脂1520g；牛肉膏3g； 氯化钠5g；加蒸馏水至100mL；pH值7.27.4

24、。按上述用量称好各试剂。先将琼脂加适量蒸馏水加热溶解，待琼脂溶透后再将其余试剂加入混匀，加蒸馏水至100mL，再混匀。然后趁热用几层纱布内夹脱脂棉花过滤。用1mol/LHCl+1mol/LNaOH溶液调节pH值至7.5左右。趁热分装于三角瓶内，塞上棉塞，用牛皮纸包扎，用高压蒸汽于121灭菌30min。灭菌后pH值为7.2-7.4。第38页，共42页。测定方法和计算 通常用平皿计数法测定冷却水中的异养菌数。(1) 稀释 每个水样做35个稀释度；(2) 接种 用已灭菌的移液管吸取水样稀释液1mL，注入无菌培养皿中，每个稀释度做35个平行皿；(3) 制平板 再将融化并冷至4550的无菌培养基倒入无菌培养皿中，每皿中倒入1215mL，迅速摇匀，静止凝固；(4) 恒温培养 倒置平皿于2830的恒温培养箱中培养72h；(5) 对菌落计数 用平皿计数法对异养菌的菌落进行计数，然后