循环冷却水系统

循环冷却水系统——孙明峰一、冷却水的分类二、循环冷却水系统的组成三、循环冷却水的水质特点四、循环冷却水系统产生的问题五、循环冷却水的水质控制六、水质分析项目及含义目录原理：冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器、反应器），使其降温，而冷水温度上升。冷却水按系统划分为直流冷却水和循环冷却水。一、冷却水的分类1、直流冷却水系统在直流水系统中，冷却水只经换热器一次利用后就被排掉了，所以直流水又称为一次利用水，由于用水量很大，因此在水量丰富的地区也不提倡采用直流水系统。2、循环冷却水系统在循环水系统中，冷却水可以反复使用，水经换热器后温度升高，由冷却塔或其他冷却设备将水温降低下来，再由泵将水送往用户，水如此不断的进行重复使用。2.1封闭式循环冷却水系统冷却水收回利用，循环不已，因此，水量损失很少。水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化，而水的再冷却是在另一台换热设备中用其他冷却介质来进行冷却的。2.2敞开式循环冷却水系统冷却水循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的。水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。补充水系统旁滤水处理系统管网系统水冷却设施二、循环冷却水系统的组成1、补充水系统循环冷却水在运行过程中，由于水的蒸发、系统的排污、风吹损失、渗漏等原因，水量会逐渐减少，为了保证循环冷却水系统正常运行，必须向系统中补充水，此水可以是新鲜水，也可以是再生水。1.1循环水补充水的水质要求水温要尽可能低一些水的浊度要低水质不易结垢水质对金属设备不易产生腐蚀水质不易滋生藻类2、旁滤水系统旁滤水处理的目的是保持循环冷却水水质稳定，使循环冷却水系统在一定条件下可靠稳定、节水、经济地运行。循环冷却水在循环过程中，可能受到空气带入的灰尘、粉尘等悬浮固体物，换热设备的渗漏而带入的污染物及其他杂质等污染，使水质不断恶化，另外由于循环冷却水运行过程中的水质浓缩而引起某一项或几项成分超出允许值。对系统分流出的旁滤水进行相应处理，可以维持水质指标在允许范围内。敞开式循环环冷却水系系统的旁滤滤水量，应应考虑循环环冷却水中中的物料平平衡、水量量平衡、运运行环境以以及运行经经验等多方方面因素，，过滤水量量宜为循环环冷却水循循环量的1%-5%。3、管网系统统分区给水系系统分压给水系系统分质给水系系统4、水冷却设设施风筒式冷却塔鼓风式冷却塔抽风式冷却却塔1、循环冷却水四种种水量损失失：蒸发损失风吹损失渗漏损失排污损失三、循环冷冷却水的水水质特点2、循环冷却水中的的CO2散失和O2的增加天然水中含有一一定数量的的重碳酸盐盐和游离CO2，水在冷却却塔淋洒过过程中（相相当于曝气气）将使CO2散失和O2增加。3、循环冷却水的水水质污染大气中杂物进入入冷却系统统；冷却塔风机漏油及及塔体的腐腐蚀剥落物物进入冷却却水中；冷却水处理中加加入药剂产产生沉淀；；微生物繁殖及分泌泌物形成的的粘性污垢垢。1、水垢附着碳酸钙沉淀在换热热器表面即即为结垢，，影响换热热器的效率率，堵塞水水流。四、循环冷冷却水系统统产生的问问题水浓缩后，，成垢离子子成倍增加加。特别由由于碳酸氢氢盐是很不不稳定的盐盐类，它在在换热器表表面上受热热会分解为为碳酸盐和和二氧化碳碳。碳酸钙钙的溶解度度很低，在在传热表面面上结碳酸酸钙水垢的的倾向增加加，这是问问题之一。。2、设备腐蚀2.1冷却水中溶解氧引引起的电化化学腐蚀由于水与空气能能充分地接接触，因此此水中溶解解的O2可达到饱和和状态。当当碳钢与溶溶有O2的冷却水接接触时，碳碳钢的表面面会形成许许多腐蚀微微电池，其其阳极区和和阴极区会会发生系列列氧化还原原反应。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上述反应使使金属不断断溶解而被被腐蚀。2.2有害离子引起腐腐蚀当Cl-和SO42-离子浓度增增加时，会会加速碳钢钢的腐蚀。。Cl-和SO42-会使金属上上的保护膜膜的保护性性能降低，，尤其是Cl-的离子半径径小，穿透透力强，容容易穿过膜膜层（Fe3O4），置换氧氧原子形成成氯化物，，加速阳极极过程的进进行，使腐腐蚀加速。。对不锈钢钢制成的换换热器，一一般要求Cl-的含量不超超过50～100mg/L。3、微生物的滋生和粘粘泥冷却水的微生物一一般是细菌菌和藻类。。在循环水水中，由于于养分的浓浓缩，水温温的升高和日光照射，给细细菌和藻类类创造了迅迅速繁殖的的条件。大大量细菌分分泌出的粘粘液像粘合合剂一样，，能使水中中漂浮的灰灰尘杂质和和化学沉淀淀物等粘附附在一起。。这种沉积积物有人称称它为生物物粘泥，也也有人把它它叫做软垢垢。3.1微生物的滋生和粘粘泥积附的的危害性：：管道腐蚀冷却水的流流量减少降低换热器器的冷却效效率将管孔堵死死，迫使停停产清洗1、水垢的控控制(1)离子交换树树脂法：离子交换树树脂法就是让水水通过离子子交换树脂脂，将Ca2+、Mg2+从水中置换换出来并结结合在树脂脂上，达到到从水中除除去Ca2+、Mg2+目的。用不不同性质的的离子交换换树脂，可可以很简便便的从硬水水中除去Ca2+、Mg2+等离子，使使水软化。。(Na型树脂软化化法、氢型型树脂软化化、强酸型型氢型树脂脂软化法、、弱酸型氢氢型树脂软软化法、氢氢钠型树脂脂软化法））五、循环冷冷却水的水水质控制(2)石灰软化法补充水未进入循循环冷却水水系统之前前，在预处处理时就投投加适当的的石灰，让让水中的碳碳酸氢钙与与石灰在澄澄清池中预预先反应，，生成碳酸酸钙沉淀析析出，从而而除去水中中的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；当水的总硬度小小于总碱度时时，它们之差差，称为负硬度