华北理工水质工程学Ⅰ课件24循环冷却水水质（稳定）处理

1、第二十四章 循环冷却水水质（稳定）处理水质稳定处理24-1循环冷却水的特点及处理要求 直流式：用后直接排放（水量大） 密闭式：完全封闭，与大气仅有热 量传递，无水量传质散热。冷却水系统 损失水量小， 水质处理单纯。 问题：腐蚀。 敝开式：水质处理最复杂，应用的 最多(主要讲敝开式系统水处理)一、循环水的处理特点和任务1、水垢：原因：CaCO3，Mg(OH)2 危害：交换器热交换效率下降， 管道过水断面减小，增加管阻，耗能。 造成事故。 2、腐蚀：防止水对金属管道及器件的腐蚀。 3、污垢： 悬浮物，有机或无机物质产生泥垢。 微生物及其分秘物粘垢。 任务：防止或减轻水垢、防止或减轻水对设备及管系统

2、的腐蚀、防止或减轻系统中产生的污垢。 二.循环冷却水的基本水质要求:常用腐蚀和沉积物控制要求基本水质指标。 表中要求条件：1、年污垢热阻 m2h/kJ 2、腐蚀率：mm/a 并且总碱度：以C( 1/2 Ca2+)计，是极限碳酸盐硬度。 （一）腐蚀率：每年平均腐蚀深度（mm/a）CL由实验确定。 P0，P腐蚀前后金属重量；g 金属密度；g/cm3 F试件表面积；m2 t试验（腐蚀作用）时间。h 1、点蚀系数：金属最大腐蚀深度与平均腐蚀深度之比。 反映的是点蚀危害程度。 2、缓蚀率：处理后的水质腐蚀率降低的效果。 C0，CL循环水未处理和处理后的腐蚀率。 （二）污垢热阻： 1、热阻：传热系数（K）

3、的倒数。 2、污垢热阻： （Rt）由于结垢和污垢沉积使热交换器热阻增加的量称为污垢热阻。（m2h/KJ） K0未结垢所测总传热系数；kJ /m2h Kt运行 t 时间（结垢了）所测总传热系数 ； t（普西）积垢后传热效率降低百分数。 可作 tRt 的变化曲线，工作中应用，可做控制指标。二、循环冷却水的积垢和腐蚀（一）水质影响因素： 1、循环水的水质污染： （1）补充水带来污染：悬浮物，溶解盐，有机物，微生物。 （2）水处理引起的污染：药剂带入杂质，冷却时，大气带进杂质：尘埃，杂草，树叶，有机物。 （3）工艺流体的漏入。 （4）系统内部产生的污染：金属，砼受腐蚀脱落产物，藻类脱落物。 2、循环水

4、脱CO2作用：在冷却塔中有一定量的CO2进入空气。 Ca(HCO3)CaCO3+CO2+H2O 由于CO2进入空气中，使反应产生水垢。 3、循环水的浓缩作用： 补充水量=损失水量=P=P1+P2+P3+P4 设补充水含盐量SB、循环水含盐量S，补充水带进盐： SB（P1+P2+P3+P4） 风吹、排污渗漏及生产耗水带走的盐量： S（P2+P3+P4） 系统运行一定时间后， 带进盐带走盐 系统中的含盐量趋于一个稳定值，用SP表示， 即： SB（P1+P2+P3+P4 ）=SP（P2+P3+P4） 令其为： K浓缩倍数。 由于有P1 K大于1SPSB系统有可能结垢。 4、溶解度与温度的关系： 单位

5、：mg/L水温变化的影响： （1）热交换器中： t 升高，Ca2+、Mg2+的盐类溶解度降低。 当Ca2+、Mg2+及HCO3 、OH含量高于溶 解度时。水失去稳定性（可能）产生结垢。 （2）冷却塔： t下降； Ca2+、Mg2+的盐类溶解度升高。 即有 HCO3 水显酸性产生腐蚀。 t020406080100CaCO3956539262015Mg(OH)210986.55.75.2 （3）系统由温度引发的： 低温区（设备冷水进口）腐蚀 高温区（设备热水出口）结垢（二）金属化学腐蚀：化学已学过：是电位差使电子迁移的过程。1、电池阳极： 铁失去了2个电子： Fe2e-Fe2+2、电池阴极：电子沿

6、铁中电阻小的途径达到阴极部位。（1）酸性水或中性水：H+ 2H+2e- H2 而 Fe2+2OH-Fe(OH)2 Fe(OH)2致密层，保护铁不再被氧化。 由H2和Fe(OH)2的生成而引起电位差的变化称为极化。极化的作用抑制金属腐蚀。(阻兰；烤兰)（2）当水中有溶解氧时O2 阴极继续： Fe（OH）3铁锈，起去极化作用， 继续腐蚀金属。 （3）碱性水中：阴极直接产生OH 3、凡是金属表面的两部位间存在差异（电位差），就会发生腐蚀。 电位低的成为阳极，受腐蚀。 电位高的成为阴极，产生沉积物。4、形成差异的原因： pH值（H+，OH-）；溶解氧；溶解盐；悬浮物；沉积物微生物等。(金属中的杂质等合

7、金)（三）循环水水质稳定的判别： 1、极限碳酸盐硬度法： Hjz 水中CO2与碳酸盐硬度应保持平衡关系，保持不结垢的碳酸盐硬度极限碳酸盐硬度Hjz，经验公式：条件 t=3065耗氧量25mg/l O补充水的耗氧量；mg/l Hy补充水的非碳酸盐硬度; t循环水的最高水温。当 t40时，仍以40计。 浓度平衡时，碳酸盐硬度HC=KHB。 HB补充水的碳酸盐硬度。 K浓缩倍数。（1）当HC=KHB Hjz水质不结垢（不结垢，但要排污） （2）当HC=KHB Hjz产生水垢应处理。 Hjz仅判定是否结垢，不能判定腐蚀， 2、水质稳定性指标：饱和指数IL，稳定指数IR （1）饱和指数：（Langeli

8、r Saturation Index） IL= pH0pHs (书：LSI=pH0pHs ) pH0水的pH值。 pHs水的CaCO3饱和pH值 当IL0时，CaCO3处于过饱和，有结垢的倾向。 当IL0时，CaCO3未饱和而CO2过量，水有腐蚀性。 当IL=0时，水质稳定。 工程控制：IL=（0.250.30）范围内。 （2）、稳定指数：IR（Rgznar） 经验式： IR=2pHSpH。 IR=4.05.0 水有严重结垢倾向； IR=5.06.0 水有轻微结垢倾向； IR=6.07.0 水有轻微结垢或腐蚀倾向； IR=7.07.5 腐蚀显著； IR=7.59.0 时，严重腐蚀 。 它不能提

9、供计算数据，仅能判断水的结垢和腐蚀的倾向。 3、结垢控制指标：（1）其它影响因素：（对结垢有影响的因素） 悬浮物及溶解的有机物浓度。 水温。（换热器水温升高） 处理药剂。（主要是缓垢剂） （2）经验控制指标:pHsCaCO3 饱和时的pH值。 pHP Ca3(PO4)2 饱和时的pH值。pH0 循环水的实际pH值。SiO2 SiO3以SiO2计。结垢物质控制参数控制指标CaCO3 CaSO4Ca3(PO4)2MgSiO3pHs溶解度pHP溶解度pH0 pHs+（0.52.5）Ca2+SO42500000pH0 pHp+1.5 Mg2+SiO23500 实际工程中所考虑的一些指标： （1）腐蚀率

10、：CL实验定，讲了。（2）腐蚀深度：用总蚀系数，讲了。 （3）缓蚀率： 讲过了。 （4）污垢热阻：Rt 讲了。 24-2循环冷却水系统防垢， 防腐处理 水质稳定内容：（1）防止循环水结水垢；（2）防止循环水结污垢；（3）防止循环水对设备腐蚀。对水的处理，对三者均有影响。所以应用综合处理。 一、防腐蚀处理：主要方法：膜保护，在金属表面生成一层保护膜。 形成：金属氧化物膜（一）氧化膜型缓冲剂： 形成：金属氢氧化物膜1、铬酸盐：Na2CrO4（铬酸钠） K2CrO4（铬酸钾） Na2Cr2O4（重铬酸钠） K2Cr2O4（重铬酸钾） 高浓度时：具有阳极和阴极缓蚀铬酸盐具有： 剂的双重作用。 低浓度时

11、：仅起阴极极化作用。 反应： 6FeO+2CrO42+2H2O=Cr2O3+6Fe2O3+4HO 膜物质 有重金属有污染，使用受限制 2、亚硝酸盐及硝酸盐： NaNO2 NaNO3 使阳极极化， 反应： 4Fe+3NO2+3H+=2Fe2O3+NH3+N2 膜物质 （二）、水中离子沉淀膜型缓蚀剂： 难溶盐防蚀薄膜 形成 络合物防蚀膜 膜孔多、较厚、松散、密合性差，热阻提高。 1、 聚磷酸盐： EDTMP（聚磷酸钠） 缓蚀用量1015mg/L (以PO43计) n=1416是阴极缓蚀剂，与Ca2+、Mg2+、Zn2+离子形成络合盐保护膜。 2、正磷酸盐：阳极缓蚀剂。 形成FePO4、Fe2O3保

12、护膜。 3、锌盐：阴极缓蚀剂。 产生Zn(OH)2保护膜。 药剂：ZnCl2、ZnSO4、ZnNO3 对环境有污染，使用受限制。 （三）金属离子沉淀膜型缓蚀剂： 机理：缓蚀剂使金属离子活化溶解，在金属离子浓度高的部位与缓蚀剂形成沉积，形成保护膜。 1、巯基苯并噻唑: (MBT) 是铜的阳极缓蚀剂。 用量：12mg/L2、苯并三唑：（BZT） 是铜的阳极缓蚀剂 。 鳌合机理不明确。 （四）吸附膜型缓蚀剂： 疏水基 机理：有机缓蚀剂，分子具有 亲水基亲水基吸附在洁净的金属表面，疏水基朝向水中，由疏水作用来阻碍水和溶解氧向金属迁移，来隔绝金属的腐蚀。 （1）极性基（亲水基）： 如有机胺（胺取代金属吸

13、附的水） H H H H M O + NRM NR+ O H H H H（2）疏水基R：直链脂肪胺C8C18缺点：分析方法复杂，浓度难控制，价格贵。二、防垢处理：（一）防结垢处理： 1、用排污法减小浓缩倍数： 排污量P4 SB补充水含盐量， S循环水含盐量， P1蒸发水量百分比，(与循环总水量的百分比) P2 P3风吹和渗漏损失百分比。 P435% 仅适用于SB远小于S， 且新鲜水源充足。 2、降低补充水的碳酸盐硬度。 降低补充水的碳酸盐硬度，进而使SB降低。 适用在补充水水质很差或需提高浓缩倍数的情况采用。 酸化法： 水中加酸 使碳酸盐硬度 非碳酸盐硬度转化 3、加阻垢剂：（提高冷却水中允许

14、的极限碳酸盐硬度） 机理：（1）螯合作用： （增溶Solubiligation） 螯合剂将CaCO3螯合在一起在水中呈悬浮状态。（絮凝作用） （2）分散作用： （dispersion分散） 分散剂具有表面活性，吸附在CaCO3微小晶坯的表面上，以小晶坯的形式存在于水中，防止结垢。 （3）使结晶改良:（crystal晶体modificatim改良） （使晶格歪曲作用）使形成的CaCO3结晶松散，不坚硬，易去除。 阻垢剂： 六偏磷酸钠 （1）聚磷酸盐 三聚磷酸钠 膦酸盐，代表为乙二胺四甲叉（2）有机磷酸盐 膦酸盐，简称EDTMP 二膦酸盐，代表为羟基乙叉 二磷酸盐，简称HEDP。（3）聚羧酸类阻垢

15、剂： 聚丙烯酸钠及 聚甲基丙烯酸 聚丙烯酸的衍生物 聚丙烯酰胺（絮凝剂） 三种药剂多为复合使用。 4、烟气处理法：CO2、SO2 机理：抑制重碳酸盐分解。 降低循环冷却水中的碳酸盐硬度。 提高允许的极限碳酸盐硬度。 Ca(HCO3)2+SO2+H2OCaSO3+2H2O+2CO2 2CaSO3+O22CaSO4 （二）微生物的控制及防污垢: 1、化学药剂处理： （1）氧化型杀菌剂：液Cl、ClO2 。 次氯酸盐。 Na、Ca。 （2）非氧化型杀菌剂： 硫酸铜CuSO4。一般不单独使用， CuSO4有腐蚀性，与螯合剂联合作用（EDTA）。 为了使Cu2+渗入藻类内部， 加表面活性剂脂肪胺（碳原子

16、数为1216的脂肪胺）。 氯酚杀菌剂五氯酚钠，C6Cl5ONa 三氯酚钠，也可用。 （3）表面活性剂杀菌剂： 三甲基氯化铵ATM季铵盐类化合物 二甲基烷氯酸铵DBA 十二烷基二甲基苄基氯化铵DBL 苄 基： 2、旁滤： 使系统中一部分水分流进行处理，再返回系统中。（不排污） 并联：（旁滤）水量为流量15%旁两种形式： 滤水量也可按悬浮物的动平衡 计算确定。 串联： 过滤：去除悬浮物（螯合的CaSO3） 三、综合处理 :即防腐，又防垢。（一）、系统预处理清洗与预膜。1、清洗：（1）目的：为了有效地预膜。 物理：洗刷（2）清洗分类： 化学：药剂 （3）清洗剂与助剂 ： 主 剂 无机酸 盐酸、氨基磺酸、磷酸、氢氟酸、硝酸、硫酸。 有机酸 柠檬酸、乙醇酸、甲酸、苹果酸、草酸、葡萄糖酸 。螯合剂 EDTA 碱 剂 氨、氢、氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、联氨。 助 剂 缓蚀剂、还原剂、溶解促进剂、湿润剂 。 二、综合处理与复方稳定剂 水对系统即有结垢作用，又有腐蚀作用。要求综合处理(阻垢、缓蚀、杀菌)，多采用复合配方。（一）复合缓蚀剂配方：1聚磷酸盐: 六偏磷酸钠、三聚磷酸钠；2有机磷酸盐: 主要有EDTMP或HEDP，3聚羧酸盐：如聚丙烯酸钠。添加剂：巯基苯并噻唑。腐蚀率一般小于0.05mma连续运行 3个月未发现点蚀，污垢热阻小于 0.2 1