循环冷却水系统

循环冷却却水系统统——孙明峰一、冷却却水的分分类二、循环环冷却水水系统的的组成三、循环冷却水的的水质特特点四、循环环冷却水系系统产生生的问题五、循环环冷却水水的水质质控制六、水质质分析项项目及含含义目录原理：冷水流过需要要降温的的生产设设备（常常称换热热设备，，如换热热器、冷冷凝器、、反应器器），使使其降温温，而冷冷水温度度上升。。冷却水按系统划划分为直流冷却水和循环冷却水。一、冷却却水的分分类1、直流冷冷却水系系统在直流水系系统中，，冷却水水只经换换热器一一次利用用后就被被排掉了了，所以以直流水水又称为为一次利利用水，，由于用用水量很很大，因因此在水水量丰富富的地区区也不提提倡采用用直流水水系统。2、循环冷冷却水系系统在循环水系系统中，，冷却水水可以反反复使用用，水经经换热器器后温度度升高，，由冷却却塔或其其他冷却却设备将将水温降降低下来来，再由由泵将水水送往用用户，水水如此不不断的进进行重复复使用。2.1封闭式循环冷却却水系统统冷却水收回利用用，循环环不已，，因此，，水量损损失很少少。水中中各种矿矿物质和和离子含含量一般般不发生生变化，，而水的的再冷却却是在另一台换换热设备备中用其他他冷却介介质来进进行冷却却的。2.2敞开式循环冷却却水系统统冷却水循环再再用。水水的再冷冷却是通通过冷却却塔来进进行的。。水中各各种矿物物质和离离子含量量也不断断被浓缩缩增加。补充水系系统旁滤水处处理系统统管网系统统水冷却设设施二、循环环冷却水水系统的的组成1、补充水水系统循环冷却水在在运行过过程中，，由于水水的蒸发发、系统统的排污污、风吹吹损失、、渗漏等等原因，，水量会会逐渐减减少，为为了保证证循环冷冷却水系系统正常常运行，，必须向向系统中中补充水水，此水水可以是是新鲜水水，也可可以是再再生水。1.1循环水补充水水的水质质要求水温要尽尽可能低低一些水的浊度度要低水质不易易结垢水质对金金属设备备不易产产生腐蚀蚀水质不易易滋生藻藻类2、旁滤水系统旁滤水处理的目的是是保持循循环冷却却水水质质稳定，，使循环环冷却水水系统在在一定条条件下可可靠稳定定、节水水、经济济地运行行。循环冷却水在在循环过过程中，，可能受受到空气气带入的的灰尘、、粉尘等等悬浮固固体物，，换热设设备的渗渗漏而带带入的污污染物及及其他杂杂质等污污染，使使水质不不断恶化化，另外外由于循循环冷却却水运行行过程中中的水质质浓缩而而引起某某一项或或几项成成分超出出允许值值。对系系统分流流出的旁滤水进行相应应处理，，可以维维持水质质指标在在允许范范围内。。敞开式循循环冷却却水系统统的旁滤滤水量，，应考虑虑循环冷冷却水中中的物料料平衡、、水量平平衡、运运行环境境以及运运行经验验等多方方面因素素，过滤滤水量宜宜为循环环冷却水水循环量量的1%-5%。3、管网系系统分区给水水系统分压给水水系统分质给水水系统4、水冷却却设施风筒式冷却塔鼓风式冷却塔抽风式冷冷却塔1、循环冷却水四四种水量量损失：：蒸发损失失风吹损失失渗漏损失失排污损失失三、循环环冷却水水的水质质特点2、循环冷却水中中的CO2散失和O2的增加天然水中含有一定定数量的重碳碳酸盐和游离离CO2，水在冷却塔塔淋洒过程中中（相当于曝曝气）将使CO2散失和O2增加。3、循环冷却水的水质质污染大气中杂物进入冷冷却系统；冷却塔风机漏油及塔塔体的腐蚀剥剥落物进入冷冷却水中；冷却水处理中加入入药剂产生沉沉淀；微生物繁殖及分泌物物形成的粘性性污垢。1、水垢附着碳酸钙沉淀在换热器器表面即为结结垢，影响换换热器的效率率，堵塞水流流。四、循环冷却却水系统产生生的问题水浓缩后，成成垢离子成倍倍增加。特别别由于碳酸氢氢盐是很不稳稳定的盐类，，它在换热器器表面上受热热会分解为碳碳酸盐和二氧氧化碳。碳酸酸钙的溶解度度很低，在传传热表面上结结碳酸钙水垢垢的倾向增加加，这是问题题之一。2、设备腐蚀2.1冷却水中溶解氧引起起的电化学腐腐蚀由于水与空气能充充分地接触，，因此水中溶溶解的O2可达到饱和状状态。当碳钢钢与溶有O2的冷却水接触触时，碳钢的的表面会形成成许多腐蚀微微电池，其阳阳极区和阴极极区会发生系系列氧化还原原反应。阳极区Fe=Fe2++2e阴极区1/2O2+H2O+2e=2OH-水中Fe2++2OH-=Fe(OH)2Fe(OH)2→Fe(OH)3上述反应使金金属不断溶解解而被腐蚀。。2.2有害离子引起腐蚀蚀当Cl-和SO42-离子浓度增加加时，会加速速碳钢的腐蚀蚀。Cl-和SO42-会使金属上的的保护膜的保保护性能降低低，尤其是Cl-的离子半径小小，穿透力强强，容易穿过过膜层（Fe3O4），置换氧原原子形成氯化化物，加速阳阳极过程的进进行，使腐蚀蚀加速。对不不锈钢制成的的换热器，一一般要求Cl-的含量不超过过50～100mg/L。3、微生物的滋生和粘泥泥冷却水的微生物一般般是细菌和藻藻类。在循环环水中，由于于养分的浓缩缩，水温的升升高和日光照射，给细菌菌和藻类创造造了迅速繁殖殖的条件。大大量细菌分泌泌出的粘液像像粘合剂一样样，能使水中中漂浮的灰尘尘杂质和化学学沉淀物等粘粘附在一起。。这种沉积物物有人称它为为生物粘泥，，也有人把它它叫做软垢。。3.1微生物的滋生和粘泥泥积附的危害害性：管道腐蚀冷却水的流量量减少降低换热器的的冷却效率将管孔堵死，，迫使停产清洗1、水垢的控制制(1)离子交换树脂脂法：离子交换树脂脂法就是让水通通过离子交换换树脂，将Ca2+、Mg2+从水中置换出出来并结合在在树脂上，达达到从水中除除去Ca2+、Mg2+目的。用不同同性质的离子子交换树脂，，可以很简便便的从硬水中中除去Ca2+、Mg2+等离子，使水水软化。(Na型树脂软化法法、氢型树脂脂软化、强酸酸型氢型树脂脂软化法、弱弱酸型氢型树树脂软化法、、氢钠型树脂脂软化法）五、循环冷却却水的水质控控制(2)石灰软化法补充水未进入循环环冷却水系统统之前，在预预处理时就投投加适当的石石灰，让水中中的碳酸氢钙钙与石灰在澄澄清池中预先先反应，生成成碳酸钙沉淀淀析出，从而而除去水中的的Ca2+。反应式：Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2O(3)投加阻垢剂结晶动力学观点：：钙垢析出的的过程就是微微溶性盐从溶溶液中结晶沉沉淀的过程。。其首先要生生成晶核，形形成少量的微微晶粒，这些些微晶粒在溶溶液中通过热热运动发生相相互碰撞和金金属器壁碰撞撞，小晶体变变成大晶体，，并在金属器器壁形成覆盖盖传热面的垢垢层。无机垢晶体在成长长时，是按照照一定晶格排排列的，结晶晶致密，比较较坚硬。当水水中含有聚羧羧酸等阻垢剂剂时，由于聚聚羧酸等有机机酸基团具有有对金属离子子的螯合能力力，因而对无无机垢的结晶晶形成了干扰扰，使晶格发发生了歪曲,成为不规则的的晶体。这个个过程称之为为晶格畸变作作用。晶格畸变使硬垢变为无无定型软垢。。这种垢的结结晶长不大，，垢层中有大大量空隙，几几乎无粘结力力，易被水流流冲走排出。。聚磷酸盐等药剂在水中中能夺取钙镁镁离子，形成成稳定的络合合物。这样实实际上就降低低了水中钙镁镁离子的浓度度，减少了Ca2+与CO32-结合形成CaCO3机会。换言之之，就是提高高了循环水中中钙镁离子的的允许浓度，，增大了钙镁镁盐的溶解度度。络合增溶的作用用可以使更多多的碳酸钙稳稳定在水中不不析出。2、腐蚀的控制制2.1添加缓蚀剂(1)缓蚀剂定义：缓蚀剂剂是一种用于于腐蚀介质中中抑制金属腐腐蚀的添加剂剂。使用特点：1）用量少；2）使用浓度低低；3）不需特殊的的附加设备；；4）不需改变金金属设备或构构件的材质或或进行表面处处理；5）经济效益高高且适应性强(2)基本要求：1)在经济上是有有利的；2)其飞溅、泄漏漏、排放及处处理后的排放放，在环保上上是容许的；；3)与冷却水中存存在的各种物物质及加入的的阻垢剂等药药剂是相容的的，甚至有协协同作用；4)对系统中各种种金属的缓蚀蚀效果都是可可以接受的；；5)不会造成换热热金属表面传传热系数降低低；6)在冷却水运行行的pH值范围内，有有较好的缓蚀蚀作用。(3)常用的冷却水缓蚀蚀剂1、铬酸盐；2、亚硝酸盐铬酸盐的优点点：不仅钢铁，而而且对铜、锌锌、铝及其合合金都能给予予良好的保护护；适用的pH值范围很宽(pH＝6-11)；缓蚀效果特别别好。铬酸盐的缺点点：毒性大，有严严格的排放要要求；容易被还原而而失效，不宜宜用于有还原原性物质泄漏漏的冷却水系系统中。2.2适当提高冷却水的的pH值(1)适当提高运行pH值可以降低碳碳钢的腐蚀速速度铁的氧化物溶于于酸性环境，低碳钢在低pH值条件下腐蚀蚀速度快，在在高pH值下腐蚀速度度减慢，一般般保持pH在8-9.5之间。(2)适当提高pH值的方法曝气：吹脱CO2，就可提高水水中pH值。少量加酸：也也是将水中的的重碳酸根离离子变为二氧氧化碳，加以以曝气，把二二氧化碳吹脱脱掉，就可适适当提高水中中的pH值，但一定要要注意控制酸酸的投加量。。2.3使用耐蚀材料换热热器采用耐蚀金属材料料为原料来制制作换热器：：传统耐蚀材材料如铜合金金、不锈钢、、石墨、玻璃璃等，新型耐耐蚀材料钛合合金、铝镁合合金、氟塑料料、聚丙稀等等材料。根据工艺介质的腐腐蚀性能来决决定换热器的的腐蚀性能。。2.4涂料覆盖法在碳钢换热器的的传热表面涂涂上防腐材料料，形成一层层连续的牢固固附着的薄膜膜，使金属与与冷却水隔绝绝，避免受到到腐蚀。目前国内广泛使用用的是以环氧氧三聚氰胺甲甲醛树脂为基基料的防腐涂涂料（简称为为CH-784涂料）。2.5阴极保护法电化学腐蚀反应中，阳极极的金属受到到腐蚀，而阴阴极上的金属属并未受到腐腐蚀。因此，，如果改变设设备外部条件件，使其整个个变成一个大大的阴极，则则设备就会被被保护不被腐腐蚀。这种方方法即称为阴阴极保护法。。护屏保护：在需要保护的的碳钢或铜换换热器上，用用电位较低的的锌、镁或其其合金作为阳阳极，使换热热器受到保护护，这种方法法称之为护屏屏保护。外加电流保护护：将需要保护的的碳钢设备接接到直流电源源的负极上，，在正极上接接上辅助阳极极如石墨、炭炭精等，使碳碳钢设备在外外加电流的作作用下变成阴阴极而受到保保护。3、微生物的控控制3.1选用耐蚀材料料在换热器等关键键部位或因工工艺要求金属属器壁较薄的的地方，可选选用耐微生物物腐蚀的金属属。几种常用用金属耐微生生物腐蚀的性性能排列如下下：钛＞不锈钢＞黄黄铜＞纯铜＞＞硬铝＞碳钢钢这是在一般情况况下的大致排排列，在一些些特殊环境中中则应具体分分析，选用材材料。例如在在合成氨厂，，大气中氨含含量较高，则则铜的腐蚀速速度很快。3.2控制水质控制冷却水中的氧氧含量、pH、悬浮物和微微生物的养料料（油类、氨氨等）对于在在含尘量较大大的环境中的的冷却水系统统，最好加装装旁滤设备。。3.3采用杀生涂料在采用防腐涂料料保护金属换换热器的冷却却水一侧时，，所用涂料应应能耐受冷却却水中微生物物的破坏。涂涂料中添加能能抑制微生物物生长的杀生生剂(例如偏硼酸钡钡、氧化亚铜铜、氧化锌、、三丁基氧化化锡等)是人们常采用用的一些控制制微生物生长长、破坏涂料料和引起腐蚀蚀的有效措施施。用由改性水破璃璃、氧化亚铜铜、氧化锌和和填料等制成成的无机防藻藻涂料涂刷在在冷却塔和水水池的内壁上上，则不但可可以控制冷却却水系统中冷冷却塔、水池池内壁、抽风风筒、收水器器等处藻类的的生长，而且且还可以抑制制冷却水中异异养菌的生长长。3.4阴极保护采用外加电流保护护法或牺牲阳阳极保护法，，可控制阴极极金属上硫酸酸盐还原菌的的繁殖。3.5清洗用物理或化学清清洗的方法去去除微生物粘粘泥，可去除除大部分的微微生物，并破破坏了微生物物赖以生存的的环境，微生生物繁殖的速速度受挫。清洗后剩下来的微微生物暴露在在外，更易于于被杀生剂杀杀死。对于一个已经被微微生物严重污污染的冷却水水系统来说，，清洗是一个个十分有效的的措施。3.6防止阳光照射采用各种方式防止止或减少阳光光直接照射冷冷却水，可大大幅减小藻类类繁殖的速度度。3.7添加杀生剂往冷却水系统中中添加杀生剂剂（也称杀菌菌灭藻剂）是是控制微生物物繁殖的最有有效、最常用用的方法之一一。只要选药药得当，方法法合适，添加加杀生剂能有有效控制微生生物的繁殖。。3.8旁流过滤在循环冷却水系系统中设计安安装用砂子或或无烟煤等为为滤料的旁滤滤池过滤冷却却水是一种控控制微生物生生长的有效措措施。通过旁旁流过滤，可可以在不影响响冷却水系统统正常运行的的情况下除去去水中大部分分微生物。3.9混凝沉淀在补充水的前处处理或循环冷冷却水的旁流流处理中，常常用铝盐、铁铁盐等混凝剂剂或高分子絮絮凝剂。这些些药剂能在絮絮凝沉淀过程程中将水中的的微生物随生生成的絮凝体体一起沉淀下下来，从而把把它们除去。。此法除去的的微生物可占占水体中微生生物的80%左右。3.10噬菌体法噬菌体是一种能够吃吃掉细菌的微微生物，称为为细菌病毒。。它与动物病病毒、植物病病毒不同，只只对细菌的细细胞发生作用用，故是一种种很小的但非非常有用的病病毒。噬菌体靠寄生在“宿宿主”的细菌菌体内进行繁繁殖，结果将将宿主吃掉，，该过程叫溶溶菌作用。这这是防止和消消除冷却水中中生物黏泥的的一种有前途途的生物方法法。实验发现现，该法对防防止电站的海海水冷却水系系统和造纸厂厂的工业水系系统中的黏泥泥非常有效。。1、电导率电阻率的倒数数称为电导率率，单位是μs/cm电导率仅决定定于水中离子子的多少和性性质。代表了了水中的含盐盐量,因此电导率越越高水中含盐盐量越高。六、水质分析析项目及含义义2、酸度指水中能与强碱碱发生中和作作用的物质的的总量，包括括无机酸、有有机酸、强酸酸弱碱盐等。酸度的数值越越大说明溶液液酸性越强。3、碱度指水中能与强强酸发生中和和反应物质的的总量。一般水中碱度度由氢氧化物物、碳酸盐、、重碳酸盐组组成，称为总碱度。总碱度＝在甲甲基橙指示剂剂变色的等当当点时所需的的酸量＝HCO3-+CO32-+OH-＝M碱度碱度只存在于于pH=4.3以上4、pHpH是水中氢离子浓度的的负对数pH=-log10(H+mol/l)5、硬度一般将水中钙钙、镁离子称称作硬度，钙钙离子叫钙硬硬度，钙、镁镁离子总量叫叫总硬度。硬度分为碳酸酸盐硬度(暂时硬度)和非碳酸盐硬度(永久硬度)。碳酸盐硬度：：主要是由钙、、镁的碳酸氢氢盐[Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2]所形成的硬度度，还有少量量的碳酸盐硬硬度。碳酸氢氢盐硬度经加加热之后分解解成沉淀物从从水中除去，，故亦称为暂时硬度。非碳酸盐硬度度：主要是由钙镁镁的硫酸盐、、氯化物和硝硝酸盐等盐类类所形成的硬硬度。这类硬硬度不能用加加热分解的方方法除去，故故也称为永久久硬度，如CaSO4、MgSO4、CaCl2、MgCl2、Ca(NO3)2、Mg(NO3)2等。碳酸盐硬度和和非碳酸盐硬硬度之和称为为总硬度度；当水的总总硬度度小于于总碱碱度时时，它它们之之差，，称为为负硬度度。6、浓缩缩倍数数在循环环冷却却水中中，由由于蒸蒸发而而浓缩缩的溶溶解固固体与与补充充水中中溶解解固体体的比比值。。在实实际测测量中中，通通常为为循环环冷却却水的的电导导率值值与补补充水水的电电导率率之比比，或或[K+]之比。。7、浊度度浊度是是指水水中悬悬浮物物对光光线透透过时时所发发生的的阻碍碍程度度。水水中的的悬浮浮物一一般是是泥土土、砂砂粒、、微细细的有有机物物和无无机物物、浮浮游生生物、、微生生物和和胶体体物