工业水处理技术(行业特制)课件

第一篇：水及工业用水预处理

水，生命之源！1讲课课件第一章水及工业用水2讲课课件※第一节：水资源※第二节：

天然水的化学特征及工业用水水质要求※

第三节：节约水资源和防止水污染的重要性3讲课课件水资源－－水资源分布概况

水是自然界中分布最广的一种资源。它以气、液、固三种状态存在。自然界的水主要指海洋、河流、湖泊、地下水、冰川、积雪、土壤水和大气水分等水体，其总员共约1.4×1019m3，如果将其平铺在地球表面上，水层厚度可达到约3000米深，但是绝大部分是咸的海水，加上内陆地表咸水湖、地下咸水．共约占总水量的98％。而冰川、积雪约占总水量的1.7％．目前尚难以利用和开发。.实际上可供开发利用的淡水只占总水量的0.3％，约为4×1019m3。因此，淡水是有限的宝贵资源。我国淡水资源比较丰富，居世界第五位。但人均水资源量与世界许多国家相比。相差很大，只能排到第88位。4讲课课件地球上水的组成5讲课课件世界淡水的组成6讲课课件其它淡水的组成世界的其它淡水中，河流水和湖泊淡水分别占了世界淡水总储量的0.006%和0.26%，再加上少量的浅层地下水,可利用的淡水占全球淡水总储量的0.3%，水资源是有限的。7讲课课件表1世界部分国家人均水资源量比较表

8讲课课件

我国河流、湖泊众多．水量充沛，根据一些特征．基本上可分为四个区：潮湿区、湿润区、过渡区和干旱区。(一)潮湿区 潮湿区为我向东南沿海地区，浑浊度也低，一般在10mg/L左右。硬度也低，属软水。水中主要化学组成为碳酸氢钙和碳酸氢钠等。(二)湿润区湿润区为长江流域及其以南地区，黑龙江和松花江流域之间的地区也属湿润区。但在贵州、广西地区有石灰岩溶洞，水的硬度增大。在长江流域，水中主要化学组成为碳酸氢钙类，在东北地区也有含碳酸氢钠类的。9讲课课件

(三)过渡区 过渡区为黄河流域及其以北地区．直到辽河流域。该区降水量较少，蒸发量较大．浑浊度较高。水的含盐量较高，因而矿化度和硬度都较高,水中主要组成为碳酸氢钙类．但也有相当多的地方为碳酸氢钠类．甚至出现硫酸盐或氯化物类。 (四)干旱区 干早区为内蒙和西北大片地区。该区降水量少而蒸发强烈，因此形成径流量很低的干旱地带。由于径流量小，土壤中可溶性盐含量高，所以水的含盐量和硬度都很高。水中主要组成是硫酸盐或氯化物类。10讲课课件二、工业用水的各种水源及其特点

水是工业生产中重要的原料之一，没有合格的水源，任何工业都不能维持下去。工业用水的淡水水源主要来自地表的江河水、湖泊和水库水以及地下水(井水)。11讲课课件(一)江河水

河流是降水经地面径流汇集而成的，流域面积十分广阔，又是敞开流动的水体，受地区、气候以及生物活动和人类活动的影响而有较大的变化。河水广泛接触岩石土壤，不同地区的矿物组成决定着河水的基本化学成分。此外，河流水总混有泥沙等悬浮物而呈现一定混浊度，可从几十mg／L到数百mg／L。夏季河水上涨浑浊度还更高，冬季又可阵到很低。 河流水中主要离子成分构成的含盐量，一般在100—200mg／L．不超过500mg／L，个别河流也可达30000mg／L以上。12讲课课件

13讲课课件 (二)湖泊和水库水

如果流入和排出的河流水量都较大．而湖水蒸发量较小．则湖水含盐量较低，形成淡水湖，其含盐量一般在300mg／L以下。通常淡水湖泊在湿润地区形成。14讲课课件

15讲课课件(三)地下水

水质组成稳定，水温变化很小，水质透明清澈，有机物和细菌的含量较少，但含盐量较高，硬度较大；随着地下水深度的增加，其主要离子组成从低矿化度的淡水型转化为高矿化度的咸水型。16讲课课件

17讲课课件 第二节天然水的化学特征及工业用水水质要求一、天然水的化学特征(一)天然水中碳酸化合物 天然水中普遍存在着各种形态的碳酸化合物，它们是决定水质pH值的重要因素并且对外加酸、碱有一定的缓冲能力，同时对水质和水处理有着重要的影响。18讲课课件1．碳酸化合物存在的形态

天然水中碳酸化合物的来源有以下几个方面：首先是空气中二氧化碳的溶解、岩石、土壤中碳酸盐和重碳酸盐矿物的溶解；其次是水中动植物的新陈代谢作用以及水中有机物的生物氧化等产生的二氧化碳；有时在水处理过程中也会加入或形成各种碳酸化合物。上述各种来源的碳酸化合物综合构成水中碳酸化合物的总量。上述四种碳酸化合物存在着以下几种平衡关系：p419讲课课件做酸平衡和pH值的关系（版述）（作业：推导）

20讲课课件

21讲课课件(二)天然水的酸度

水的酸度是指水中能与强碱发生中和作用的物质的总量。水的酸度通常由三类物质组成：一是强酸，如HCl、HN03、H2S04等；二是弱酸，如H2CO3；H2S、H4Si04以及各种有机酸等：三是强酸弱碱盐等。这些物质在水中都会电离产生H+或经过水解产生H+而这些H+均能与OH—发生中和反应。这些H+的总数叫做总酸度，用mmol／L表示。总酸度与水中pH值并不是一回事。天然水受到强酸污染时．其pH值均在4以下。而当水的pH值高于4时，水的酸度一般都由弱酸构成：如果天然水未受到工业弱酸的污染，则弱酸主要指碳酸。22讲课课件(三)天然水的碱度水的碱度与酸度相反，是指水中能与强酸即H+发生中和作用的物质的总量。其组成通常也是三类物质：一是强碱，如NaOH、Ca(OH)2等；二是弱碱，如NH3、有机胺类；三是强碱弱酸盐，如各种碳酸盐、重碳酸盐、硅酸盐、硫化物等。大多数天然水中，碱度由氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐组成，通常称之为总碱度，以M表示。（版述笔记）23讲课课件

只有当天然水受到强碱物污染或人为地用石灰进行软化处理时，其pH值才高于I0，这时水的总碱度常由氢氧化物和碳酸盐组成．如造纸厂、制革厂排出的废水及锅炉用水等。如果天然水中有大量藻类繁殖，在繁殖过程中会吸收水中CO2，使水的pH值迅速升高，这时水中总碱度主要由碳酸根组成。 水的碱度常影响到水质特性，因此水的总碱度是最常用的一个水质指标。24讲课课件(四)天然水的硬度

通常以Ca2+和Mg2+的含量来计算水的硬度，并作为水质的一个指标。天然水都含有一定的硬度，地下水、咸水和海水的硬度较大。总硬度。按照阳离子组成，为钙硬度和镁硬度；按阴离子组成，分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。暂时硬度、非碳酸盐硬度称为永久硬度。 由于天然水的pH值一般均在8.3以下，因此水中CO32—的量极少，可以认为天然水中碳酸盐硬度的阴离子就是HCO3—。（版述笔记）25讲课课件二、工业用水的水质要求工业用水通常包括工艺用水、锅炉用水、洗涤用水以及冷却用水等。要求也不相同，下面着重对锅炉用水和冷却用水的水质要求作些阐述：26讲课课件(—)锅炉用水锅炉用水是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，用蒸汽作为传热和动力的介质。一般工矿企业常采用低压或中压锅炉产生蒸汽作热源或动力用，这种锅炉对水质要求稍低；而发电厂或热电站常采用高压锅炉产生蒸汽以推动汽轮机来发电，为保证蒸汽对汽轮机无腐蚀和结垢沉积，这种锅炉对水质要求非常高。因此，锅炉用水的水质要求根据锅炉的工作压力和温度的不同而不同，不论何种锅炉用水，它对水的硬度拥有较严格的限制。其他凡能导致锅炉、给水系统及其他热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部或全部除去。27讲课课件(二)冷却用水

大多数工业生产中都是用水作为传热冷却介质的。因为(1)水的化学稳定性好，易分解；它的热容量大，在常用温度范围内，不会产生明显的膨胀或压缩；（2）它的沸点较高，在通常使用条件下，在换热器中不致汽化；（3）水的来源较广泛；（4）流动性好，易于输送和分配；（5）相对来说价格也较低。目前在钢铁、冶金工业中用大量的水来冷却高炉、平炉转炉、电炉等各种加热炉的炉体；在炼油、化肥、化工等生产中用大量的水来冷却半成品和产品；在发电厂、热电站则用大量的水来冷凝汽轮机回流水；在纺织厂、化纤厂则用大量水来冷却中调系统及冷冻系统。28讲课课件这些工业的冷却水用量平均约占工业用水总量的67％，其中又以石油、化工和钢铁工业为最高。作为冷却用水的水质虽然没有像工艺用水、锅炉用水那样对各种指标有严格的限制。为了保证生产稳定，不损坏设备，能长周期运转，对冷却用水水质的要求还是相当高的。29讲课课件冷却用水水质的要求

1．水温要尽可能低一些2．水的浑浊度要低3．水质不易结垢4．水质对金属设备不易产生腐蚀 5.水质不易滋生菌藻30讲课课件第三节节约水资源和防止水污染的重要性

一、水在自然界的循环二、节水和防止污染的重要性31讲课课件水资源－－自然循环

地球上的水经常处于循环中，包括自然循环和社会循环。由自然力促成的循环，称为水的自然循环，它是水的基本运动方式。海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，遇冷气流凝为雨雪而降落，称为降水。一部分水沿地表流动，汇成江河湖泊，称为地表径流；另一部分降水渗入地下，形成地下径流。在流动过程中，地表水和地下水相互补给，最终复归大海。这种海洋-->内陆-->海洋的循环，称为大循环。那些在小的自然地理区域内的循环，称为小循环。生物体内的水，也进行着吸收-->蒸发-->吸收的内外循环。32讲课课件地球上的水循环33讲课课件水资源－－社会循环由人的社会需要而促成的循环，称为水的社会循环。它是直接为人们的生活和生产服务的。取之自然而直接供生活和生产（特别是工业生产）使用的水，称为给水；使用后因丧失原有使用价值而废弃外排的水，称为废水。为保证给水能满足用户的使用要求（水量、水质和水压）而采取的整套工程设施，称为给水工程。为保证废水（有时也包括部分雨水）能安全排放或再用而采取的整套工程设施，称为排水工程。给水工程和排水工程构成了水的社会循环。

完善的给水系统和排水系统是现代城市和工业区所必须具备的基础条件。34讲课课件35讲课课件中国水资源的特点数量上：“总量不少，人均不多”空间分布上：“南方多、北方少，东部多、西部少”时间分配上：“夏秋两季多，冬春两季少，各年之间变率大”36讲课课件地枯……井枯……人枯……37讲课课件淹了……38讲课课件39讲课课件造成水资源紧缺的原因：自然原因：如水资源时空分布不均、部分地区气候反常等。人为原因：用水量迅速增加；

水质污染。40讲课课件世界用水量的增加城市居民用水工业用水农业用水41讲课课件长江之污42讲课课件“红”河43讲课课件44讲课课件2001年度七大水系污染由重到轻的顺序依次是：海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江。45讲课课件长江水系的主要污染指标是石油类、氨氮和高锰酸盐指数。46讲课课件主要污染指标为溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、挥发酚和石油类。黄河干流悬浮物浓度很高，最高达4851毫克/升。47讲课课件水资源的合理利用和保护建立蓄水工程修建跨流域的引水工程合理开采地下水科学用水，节约用水保护水资源，防治水污染水的时间分配不均水的空间分布不均地下水更新周期长水资源有限及世界用水量的迅速增加水污染严重48讲课课件第二节工业用水预处理

地表天然水中混入的悬浮物、胶体物构成水的浊度，不除去则不能作锅炉水和冷却水使用。通常用混凝沉淀、过滤等方法去除。 以离子和分子状态存在子水中的溶解盐类．特别是硬度、铁等不除去．不适用于锅炉水，通常采用离子交换、软化、除铁等方法去除。 以自来水作锅炉用水，在进行离子交换软化前还需除去水中存在的余氯．否则会影响离子交换树脂的性能。49讲课课件一、混凝

(一)混凝机理50讲课课件2．电解质对双电层的作用机理

51讲课课件 3．吸附架桥作用机理

52讲课课件4．沉淀物卷扫作用机理

53讲课课件 (二)影响混凝的因素1．水温的影响 2．水的pH值和碱度的影响3．水质的影响(三)混凝剂54讲课课件二、沉淀与澄清(一)沉淀与沉淀池水中悬浮的固体颗粒，依靠本身重力作用，由水中分离出来的过程称为沉淀。原水中悬浮固体颗粒较大，能依靠自身重力自然沉降的称为自然沉降沉淀。这种沉淀只能对含泥砂量高的原水进行预沉淀时采用。 通常，原水预处理都是先经过混凝，使水中较小的颗粒凝聚并进一步形成絮凝状沉淀物(俗称矾花)，再依靠其本身重力作用．由水中沉降分离出来，这种沉淀称混凝沉淀。55讲课课件

56讲课课件1.平流沉淀池平流沉淀池通常为矩形水池，水流平面流过水池，构造简单，管理方便，可筑于地面，也可筑于地下，不仅适用于大型水处理厂，也适用于处理水量小的厂。它可作自然沉淀用，也可作混凝沉淀用。57讲课课件2．辐射沉淀池

58讲课课件3．料板斜管沉淀池

59讲课课件2．水力循环澄清池

60讲课课件

61讲课课件三、过滤(一)过滤过程

62讲课课件2．重力式无阀滤池

重力式无阀滤池，是因过滤过程依靠水的重力自动流入滤池进行过滤或反洗，且滤池没有阀门而得名的。63讲课课件四、除铁

我国含铁的地下水分布颇广，一般含铁量在4—30mg／L左右。含铁地下水由于在地下，铁是以二价状态存在。这种水刚抽到地面时，水质清彻干净，但有铁腥味；时间略长，水质即发浑，洗涤织物及器具时会留下锈色斑点。离子极易污染离子交换树脂，使树脂中毒而降低交换能力。当用含铁水做锅炉补给水时，容易在锅炉受热面上结成铁垢，不仅影响传热，还易引起管壁腐蚀。冷却水中铁含量超过0.5mg/L时，会促使铁细菌繁殖，产生的粘泥除会堵管道和腐蚀，因此，除铁要引起足够的重视。64讲课课件 (一）曝气除铁法

65讲课课件（二）锰砂过滤除铁法天然锰砂中含有，它是氧化成的良好催化剂，其催化反应为：

沉淀物经锰砂层过滤后除去。因此，锰砂既是催化剂又是滤料。66讲课课件

67讲课课件 五、软化 当硬度高、碱度也高的水直接作补充水进入循环冷却水系统后，会使循环水水质处理的难度增大，同时浓缩倍数的提高也受到限制。另外高硬水也不宜直接作锅炉水的给水。立式水管锅炉、立式火管锅炉及卧式内燃锅炉的给水总硬度要求在3.5mmol/L以下。总硬度过高的水不能直接采用离子交换方法达到软化水的要求，经济效果也不好。碱度过高的水，也不能直接作为锅炉的补给水。所以上述这类水质均需在进入冷却水系统、锅炉和离子交换软化系统前，首先采用化学药剂方法进行预处理。68讲课课件(一)软化方法

1、石灰软化法

通常对硬度高、碱度高的水采用石灰软化法；对硬度高、碱度低的水采用石灰—纯碱软化法；而对碱度高的负硬水则采用石灰—石膏处理法2、石灰—纯碱软化法石灰软化法只适用于暂硬度、永硬低的水质处理。对硬度高碱度低即水硬高的水，可采用石灰—纯碱软化法，即加石灰的同时再投加适量的纯碱(Na2CO3又称苏打)。3、石灰—石膏处理法对于高碱度的负硬水，多余的碱度用石灰—石膏法除去。69讲课课件

70讲课课件

71讲课课件

72讲课课件六、除氯原水经过混凝、沉淀、澄清、过滤后，即可作为工业用水使用。如果作为饮用水，还必须进行消毒处理，以防止疾病传播。通常在水中通入氯气作为杀死细菌等微生物的消毒方法。当采用经过消毒处理的自来水作锅炉给水时，必须除去自来水中的余氯。因为余氯的存在会破坏离子交换树脂的结构，使其强度变差，容易破碎。73讲课课件(一)活性炭脱氯法活性炭由木炭、沥清炭和果壳、果核、动物骨头等经高温焙烧和活化制成。活性炭脱氯不完全是由于物理吸附作用，它还有催化作用，使余氯进一步转化成碳的化合物。(二)化学药和脱氯法化学药剂脱氯法是利用投加还原性药剂如二氧化硫和亚硫酸纳等，将余氯还原。74讲课课件 第三章循环冷却水系统及其

水处理概况

第一节循环冷却水系统一、冷却水系统(一)直流冷却水系统(二)循环冷却水系统 第二节敞开式循环冷却水处理的重要性75讲课课件

(一)直流冷却水系统76讲课课件

在直流冷却水系统中，冷却水仅仅通过换热设备一次，用过后水就被排放掉，如图3—1所示。因此，它的用水量很大，而排出水的温升却很小，水中各种矿物质和离子含量基本上保持不变。这种冷却水系统不需要其他冷却水构筑物，因此投资少、操作简便，但是冷却水的操作费用大，而且不符合当前节约使用水资源的要求。这种系统(除了用海水的直流冷却水系统外)在国外已被淘汰，在国内一些中、小型老厂仍在采用。77讲课课件(二)循环冷却水系统

1．封闭式循环冷却水系统78讲课课件2．敞开式循环冷却水系统

79讲课课件

80讲课课件溅水装置或填料冷却塔内部装有溅水装置或填料，由一排排板条交错排列而成。水顺着板条逐排淋降，溅成水滴。也可采用膜式填料，使水在填料表面上以薄膜形式与空气接触。填料可由木材、水泥板或聚氯乙烯板等制成。填料必须受湿良好，否则水在填料上形成水流而不是水滴或水膜。81讲课课件图3-4中，空气靠冷却塔简体的高度，像烟囱一样自然拔风，将空气吸入塔内与水滴逆向接触。 图3-5中，空气由塔顶的抽风机抽吸进入塔内，空气流动速度为90—210m／min。在冷却塔内，热水与空气之间发生两种传热作用，一是蒸发传热，二是接触传热。82讲课课件传热

传热是当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大于空气中水蒸气分压时，水滴表面的水分子克服液态水分子之间的吸引力而汽化逸人空气中，并带走气化潜热，使液态水的温度下降。每蒸发lkg水，要带走约2．43X106j的热量。蒸发传热带走的热量约占冷却塔中传热量的75％一80％。接触传热是当空气的湿球温度低于水温时，热量从水传向空气，使空气温度提高而水温降低，带走的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20％一25％。83讲课课件玻璃钢冷却塔

84讲课课件玻璃钢冷却塔的优点由于玻璃钢冷却塔生产已系列化，规格齐全，而且体积轻，占地面积小，排列灵活，可以拆迁，运输方便，造价相对来说也较低，因此常为一些中小型化工厂、化肥厂、制药厂、宾馆等单位改建、扩建或新建循环冷却系统中采用。85讲课课件三．敞开式循环冷却水系统

86讲课课件（一）浓缩倍数在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发，系统中的水会愈来愈少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓。为了使水中含盐量维持在——定的浓度，必须补入新鲜水，排出浓缩水。通常在操作时，用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度。设以K表示浓缩倍数，则K的含意就是指循环水中某物质的浓度与补充水中某物质的浓度之比。

87讲课课件

式中CR——循环水中某物质的浓度； CM——补充水中某物质的浓度。 用来计算浓缩倍数的物质，要求它们的浓度除了随浓缩过程而增加外，不受其他外界条件，如加热，沉淀、投加药剂等的干扰。通常选用的物质有Cl—、Si02、K+等物质或总溶解固体。88讲课课件（二）补充水量（34）(1)蒸发损失E与气候和冷却幅度有关，冬季 e--损失系数，与季节有关，夏季(25~30℃)时为0．15~0．16；冬季(—15~10℃)时为0．06~0．08；春秋季(0~10℃)时为0．10~0．12。为什么？89讲课课件（三）排污水量

排污水量B(m3／h)的确定与冷却塔的蒸发损失E和浓缩倍数K有关。为什么要排污？90讲课课件 第二节敞开式循环冷却水处理的重要性

一、敞开式循环冷却水泵统产生的问题(一)水垢附着在循环冷却水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到过饱和状态时，或者在经过换热器传热表面使水温升高时．会发生反应，形成致密的碳酸钙水垢，它的导热性能很差。轻者是降低换热器的传热效率，影响产量，严重时，则管道被堵。91讲课课件(二)设备腐蚀

1．冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀2．有害离子引起的腐蚀3．微生物引起的腐蚀

92讲课课件(三)微生物的滋生和粘泥

冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。在新鲜水中，一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中，由于养分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液嫁粘合剂一样，能使水中飘俘的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成粘糊糊的沉积物粘附在换热器的传热表面上。这种沉积物有人称它为生物粘泥，也有人把它叫做软垢。粘泥积附在换热器管壁上，除了会引起腐蚀外，还会使冷却水的流量减少，从而降低换热器的冷却效率；严重时，这些生物粘泥会将管子堵死，迫使停产清洗。93讲课课件二、敞开式循环冷却水处理的重要性

(1)稳定生产(2)节约水资源（3）减少环境污染（4)节约94讲课课件第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制

第一节循环冷却水系统中的沉积物 一、沉积物的分类循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢(scale)、淤泥(sludge)、腐蚀产物(corrosionproducts)和生物沉积物(biologicaldeposits)构成。通常，人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢(fouling)。95讲课课件(一)水垢

天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等。其中以溶解的重碳酸盐如Ca(HC03)2、Mg(HC03)2为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。因此，如果使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解。冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的CO2，会逸出，因此，水的pH值会升高。此时，重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下的反应：如水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根将与钙离子生成磷酸钙，其反应为：96讲课课件

碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同，它们不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器的传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热面比较粗糙时，这些结晶沉积物就容易沉积在传热表面上。水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子浓度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上。称为水垢。又称为无机垢；结晶致密，比较坚硬，又称为硬垢。它们通常牢固地附着在换热表面上，不易被水冲洗掉。97讲课课件大多数情况下，换热器传热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。例如在0°Ç时，硫酸钙的溶解度是1800mg／L，比碳酸钙约大90倍，所以碳酸钙比硫酸钙更易析出。同时天然水中溶解的磷酸盐较少，因此，除非向水中投加过量的磷酸盐，否则磷酸钙水垢将较少出现。98讲课课件(二)污垢

污垢一般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。水处理控制不当，补充水浊度过高，细微泥砂、胶状物质等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，或腐蚀严重、腐蚀产物多以及操作不慎，油污、工艺产物等泄漏入冷却水中，都会加剧污垢的形成。当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是当水走壳程，流速较慢的部位污垢沉积更多。由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因，也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。99讲课课件

由于污垢的质地松散稀软，所以它们在传热表面上粘附不紧，容易清洗，有时只需用水冲洗即可除去。但在运行中，污垢和水垢一样，也会影响换热器的传热效率。当防腐措施不当时，换热器的换热管表面经常会有锈瘤附着。其外壳坚硬，但内部疏松多孔，而且分布不均。它们常与水垢、微生物粘泥等一起沉积在换热器的传热表面。这类锈瘤状腐蚀产物形成的沉积物，除了影响传热外，更严重的是将助长某些细菌如铁细菌的繁殖，最终导致管壁腐蚀穿孔而泄漏。100讲课课件二、水垢析出的判断

(一)碳酸钙垢析出的判断 1．饱和指数(L．S．I．)碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时，存在着下列动平衡关系1936年朗格利尔(Langelier)根据上述平衡关系，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会析出水垢，并据此提出用加酸或用加碱预处理的办法来控制水垢的析出。如果碳酸钙在水中呈饱和状态，则处于平衡状态，重碳酸钙既不分解成碳酸钙，碳酸钙也不会继续溶解。此时水的pH值称为该水的饱和pH值，以pHs表示之。朗格利尔推导出了计算pHs的公式，并以水的实际pH与其pHs的差值来判断水垢的析出。101讲课课件

早期水处理工作者曾有意让冷却水在换热器传热表面上结一层薄薄的致密的碳酸钙水垢，这样既不影响传热效率，又可防止水对碳钢的腐蚀。因此，朗格利尔提出：L．S．I．>0时，碳酸钙垢会析出，这种水属结垢型水；当L．S．I．<0时，则原来附在传热面上的碳酸钙垢层会被溶解掉，使碳钢表面裸露在水中而受到腐蚀，这种水称作腐蚀型水102讲课课件计算饱和pH的简化方法

A——总溶解固体系数；B——温度系数；C——钙硬度系数；D——M—碱度系数。103讲课课件例题已知某水的水质分析值如下：

104讲课课件

105讲课课件(3)饱和指数的应用

106讲课课件2.稳定指数（R.S.I）

R.S.I＝2pHs—pH＞6腐蚀 R.S.I＝2pHs—pH＝6稳定 R.S.I＝2PHs—pH<6结垢107讲课课件3.结垢指数（P.S.I.）

P.S.I＝2pHs—pHeq＞6腐蚀 P.S.I＝2pHs—pHeq＝6稳定 P.S.I＝2PHs—pHeq<6结垢帕科拉兹认为P.S.I.比L.S.I和R.S.I．在判断水质性能上更接近实际。108讲课课件

109讲课课件L．S．I．只从热力学平衡角度出发，在工程应用中有局限性，特别是在冷却水中投入各种化学处理剂后．根本失去预测作用。同样R．S．I．虽然是在工程应用中总结出来的经验式，比L．S．I．接近实际，但同样对用化学药剂处理过的冷却水失去了预测作用。而P．S．I．也是局限于平衡观点，只是将R．S．I．中水的实际pH用水的总碱度加以校正，因此也存在的问题，但对未加水质稳定剂的原水作水质性能的初步判断仍是可取的。

临界PH结垢指数完全是用实验测定值代替热JJ学平衡推导式来预测水中的碳酸钙是否会沉淀出来，其实用意义好，国内外均有人以此方法研制成测垢仪投入实际应用。110讲课课件 （二)磷酸钙析出的判断

在许多水质处理方案中，常在循环冷却水中投加聚磷酸盐作为缓蚀剂或阻垢剂，而聚磷骸盐在水中会水解成为正磷酸盐，使水中有磷酸根离子存在。磷酸根与钙离子结合会生成溶解度很小的磷酸钙沉淀，如附着在传热表面上，就形成磷酸钙水垢。因此，在投加有聚磷酸盐药剂的循环冷却水系统中，必须要注意磷酸钙水垢生成的可能性。 预测磷酸钙水垢析出与否，提出磷酸钙饱和pH值。其原理是根据磷酸三钙在水中存在着下列平衡关系：111讲课课件

112讲课课件

113讲课课件

114讲课课件

115讲课课件三、污垢热阻Q=KF△tm。(4-14)式中Q——单位时间内传递的热量，J／s；F——换热器的传热面积，如传热管内径(水侧)为di米，传热管有效传热长度为L米，共有n根，则F=△tm——冷却水和热流体温度差的平均值，即K——比例系数，w／(m2·K)。116讲课课件(二)管壁两侧为流体的传热原理

117讲课课件三)总传热系数的计算

118讲课课件(四)污垢热阻的测定和计算在循环冷却水系统中，冷却水中各种沉积物在换热器水侧传热表面上沉积，同时热流体中也可能有沉积物在热流体一侧管壁上沉积。这些沉积物都会影响传热效果，即增加传热阻力。由沉积物引起的热阻通常称为污垢热阻。若冷却水侧的污垢热阻以rF表示，热流体侧的污垢热阻以r表示，则此时的传热总热阻1／K′可表示为

119讲课课件如在试验中用饱和水蒸气代替热流体，可使热流体侧管壁上不生成污垢，保证r=0，同时还可使T1=T2=T0，并只用一根传热管做试验，则n=1。将这些条件代人上式，并整理后可得120讲课课件

图4-4为南京化工大学白行研制的可测定污垢热阻的动态模拟测试装置。121讲课课件 (五)恒温态污垢热阻的测定

122讲课课件第二节循环冷却水系统中沉积物的控制一、水垢的控制(一)从冷却水中除去成垢的钙离子(二)污垢123讲课课件 (二)常用的有机膦酸 1．ATMP化学名称为氨基三亚甲基膦酸，ATMP系其英文名称Aminotrimethylenephosphonicacid的缩写。其分子结构式为124讲课课件 2．EDTMP 化学名称为乙二胺四亚甲基膦酸，EDTMP则是其英文名称Ethylenediaminetetramethylenephosphonicacid的缩写。其分子结构式为125讲课课件

126讲课课件合成与作用EDTMP是由乙二胺、甲醛和三氯化磷一步合成的。它能与多价离子Ca2+、Mg2+、Fe2+、Zn2+、Al3+、Fe3+等形成稳定的络合物，这些大分子络合物是疏松的，可以分散在水中或混入钙垢中，使硬垢变松软。 EDTMP对抑制碳酸钙、水合氧化铁和硫酸钙等水垢都有效，而对稳定硫酸钙的过饱和溶液最为有效，并且在200℃高温下也不分解，因此更适用于低压锅炉作炉内处理。国外还曾用EDTMP纯品作注射用药，作牙膏的添加剂，以阻止磷酸钙垢在牙齿上的沉淀。127讲课课件 3．HEDP HEDP是同碳二膦酸型中的一种有机膦酸。它的分子结构中不含N，其化学名称为羟基亚乙基二膦酸。HEDP是其英文名称1-Hydroxyethylidene一1，1一diphosphonicacid的缩写。其分子结构式为128讲课课件合成与作用

HEDP是用醋酸和三氯化磷一步合成的。由于分子结构中只有C—P键而无C—N键，因此其抗氧化性比上述两种有机膦酸好。HEDP也能与金属离子形成六元环螯合物，并且有临界值效应和协同效应，因此它对抑制碳酸钙、水合氧化铁等的析出或沉积有很好的效果，但对抑制硫酸钙垢的效果较差。纯的HEDP是无毒的，国外还曾用它作为酒的稳定剂。此外，纯品还用于无氰电镀。129讲课课件 4．DTPMP

DTPMP是国外20世纪80年代开发的一种有机膦酸。其化学名称为二亚乙基三胺五亚甲基膦酸。DTPMP是其英文名称diethylenetriaminepentamethylenephosphonicacid的缩写。其分子结构式为。 它的特点是与Mn2+复合对碳钢和铜合金均有很好的缓蚀能力。由于Mn2+不在环境法规限制范围之内，因此，这种药剂的配方在国际上已引起较大的兴趣。DTPMP与上述有机膦酸一样，也可以和多个金属离子螫合，形成两个或多个立体大分子环状络合物，松散地分散于水中，破坏了碳酸钙晶体的生长，从而起到阻垢的作用。130讲课课件分子结构

131讲课课件三、膦羧酸

膦羧酸分子中同时含有磷酸基一PO(OH)2和羧基一COOH两种基团。根据它们在化合物中的位置和数目的不同，可以有很多品种。但目前在实际应用中，使用较多的是PBTCA，它的化学名称为2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸，PBTCA是其英文名称2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylicacid的缩写。其分子式为132讲课课件作用由于PBTCA分子结构中同时含有磷酸基和羧基两种基团，在这两种基团的共同作用下，使得PBTCA能在高温、高硬度和高pH值的水质条件下，具有比常用有机膦酸更好的阻垢性能。与有机膦酸相比，PBTCA不易形成难溶的有机膦酸钙。同时它还具有缓蚀作用，特别是在高剂量使用时，它还是一种高效缓蚀剂。PBTCA与锌盐和聚磷酸盐复配可产生良好的协同效应。133讲课课件四、有机磷酸酯有机磷酸酯的种类很多，但其分子结构中均有下列基团有机磷酸酯由醇和磷酸或五氧化二磷或五氯化磷反应制得。采用不同配比可制得磷酸一酯、磷酸二酯等，如用多元醇与磷酸或五氯化磷反应，即可得到多元醇磷酸酯。它们的分子结构式分别为134讲课课件分子结构

135讲课课件作用

有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差。有机磷酸酯分子结构中有C—O—P键，它虽比聚磷酸盐难水解，但比有机膦酸容易水解生成正磷酸。有人在其键中接入几个氧乙烯基，如聚氧乙烯基磷酸酯，可提高有机磷酸酯的阻垢和缓蚀性能。它们对炼油厂含油污冷却水的水质控制能保持良好的缓蚀、阻垢作用，有着特殊的效果。 由于有机磷酸酯对水生动物的毒性很低，且会缓慢水解，水解后的产物还可以生物降解，因此对环境没有什么影响。 有机磷酸酯一般与其他药剂如聚磷酸盐、锌盐、木质素和苯并三氮唑等复合作用。136讲课课件五、聚羧酸

(一)聚羧酸的种类和性质 聚羧酸作为阻垢剂和分散剂，使用最多的是丙烯酸的均聚物和共聚物，以及以马来酸为主的均聚物和共聚物。 聚羧酸的阻垢性能与其相对分子质量、羧基的数目和间隔有关。每个品种有其最佳相对分子质量值。如果相对分子质量相同，则碳链上羧基数愈多，阻垢效果愈好。因为当羧基聚积密度高时，阻碍了相邻碳原子的自由旋转作用，相对地固定了相邻碳原子上羧基的空间位置，增加了它们与碱土金属晶格的缔合程度，从而提高了阻垢能力。137讲课课件作用

这类化合物对碳酸钙等水垢具有良好的阻垢作用。同时也有临界值效应，因此用量也是极微的。但它们与聚磷酸盐和膦酸盐不同，后者只能对结晶状化合物产生影响，而对泥土、粉尘、腐蚀产物和生物碎屑等污物的无定形粒子不起作用；而聚丙烯酸等聚合电解质却能对这些无定形不溶性物质起到分散作用，使其不凝结，呈分散状态而悬浮在水中，从而被水流所冲走。138讲课课件 (二)常用的聚羧酸

1．聚丙烯酸 聚丙烯酸是由丙烯酸单体在异丙醇调节剂下以过硫酸铵为引发剂聚合而成的，也可以通过丙烯腈水解生成丙烯酸再聚合而成。作为水处理剂，其平均相对分子质量一般1000—6000范围内较好，其最佳值视水质条件和操作条件而异。用于海水、含盐的井水，以及温度较高时，相对分子质量要高一些，约在2000—4000左右。对硫酸钙垢，有人曾做过试验，发现聚丙烯酸相对分子质量在720左右时，其消垢效果最好。 聚丙烯酸除有良好的阻垢性能外，还能对非晶状的泥土、粉尘和腐蚀产物以及生物碎屑等起分散作用。因此在现代使用的各种复合水处理剂中常加有聚丙烯酸。139讲课课件聚丙烯酸与聚甲基丙烯酸分子结构

140讲课课件2．聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸由甲基丙烯酸单体聚合而成。其分子结构式为聚甲基丙烯酸的阻垢和分散性能与聚丙烯酸相似，其耐温性较好，但价格较贵，一般不如聚丙烯酸那样使用广泛。141讲课课件3．丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物丙烯酸与丙烯酸羟丙酯的共聚物系20世纪80年代初由日本栗田公司引进，代号为T—225。它是由丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚而成。它抑制碳酸钙结垢的性能较差，效果不如有机膦酸和上述几种聚合物，但对磷酸钙、磷酸锌以及氢氧化锌、水合氧化铁等有非常好的抑制和分散作用，其效果超过上述各种阻垢剂。因此用T-225替代聚丙烯酸，与聚磷酸盐等复配往往可以收到显著的缓蚀和阻垢效果。目前该共聚物已在国内得到较为广泛的使用。142讲课课件分子结构

143讲课课件 4．丙烯酸与丙烯酸酯共聚物丙烯酸与丙烯酸酯共聚物是由该两种单体共聚而成。美国Nalco公司的N—7319就是这种产品。它对磷酸钙和氢氧化锌有良好的抑制和分散作用，常与聚磷酸盐、磷酸酯和锌盐等药剂复配使用。 除了上述一些丙烯酸类聚合物外，低分子量的聚丙烯酰胺及聚丙烯酰胺与丙烯酸等的共聚物也有较好的阻垢性能。144讲课课件分子结构

145讲课课件 5．水解聚马来酸酐

水解聚马来酸酐简称HPMA，是其英文名称Hydrolyzedpolymaleicanhydride的缩写。它由马来酸酐单体在甲苯中以过氧化二苯甲酰为引发剂聚合成聚马来酸酐，再通过加热水解，使分子中酸酐大部分被水解为羧基。其分子结构较复杂，146讲课课件作用水解聚马来酸酐由于分子结构中羧基数比聚丙烯酸和聚甲基丙烯酸多，因此阻垢性能比它们好，而且能在175C左右的较高温度下保持良好的阻垢性，因此在海水淡化的闪蒸装置中和低压锅炉、蒸汽机车上得到广泛应用。尽管其阻垢性能和耐温性都比前两种好，但是价格要贵得多，因此在循环冷却水处理中除特殊情况外，一般不大采用。147讲课课件 6．马来酸酐—丙烯酸共聚物

降低水解聚马来酸酐的价格，又保持其较高的耐温性，人们又开发了一种以马来酸酐和丙烯酸两种单体在过氧化二苯甲酰引发剂作用下共聚成水解聚马来酸酐和丙烯酸的共聚物。 它的阻垢性能与水解聚马来酸酐相似，但价格要低些，因此生产实际中，常以马来酸酐—丙烯酸共聚物替代水解聚马来酸酐，可获得同样效果。148讲课课件分子结构

149讲课课件 7．苯乙烯磺酸-马来酸(酐)共聚物

国外已开发出相当多品种的带磺酸基团的共聚物。据称这类共聚物具有良好的阻垢性能，特别是对抑制磷酸钙垢效果更显著。除此之外还兼有良好的分散性能，适应pH值范围宽，对“钙容忍度”高，是一种应用前途广泛的新品种。150讲课课件作用由于苯乙烯磺酸—马来酸共聚物中引入了苯环，使其热稳定性有所提高，又由于分子结构中引入磺酸基团，使该共聚物的分散作用也得到了加强。苯乙烯磺酸—马来酸共聚物常用于冷却水系统和中、低压锅炉中，用来控制磷酸钙、碳酸钙、硅酸盐、铁的氧化物以及污泥等的沉积，效果显著。151讲课课件 8．丙烯酸—2—甲基—2’—丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物

2—甲基—2’—丙烯酰胺基丙基磺酸简称AMPS。用于水处理时，AMPS通常是与丙烯酸(AA)共聚，生成丙烯酸—2—甲基—2+—丙烯酰胺基丙基磺酸共聚物，简称AA／AMPS。 AMPS与丙烯酸共聚时，还可加入第三种或第四种单体，生成AA／AMPS类的三元共聚物或四元共聚物，以提高其分散性能。常用于与AMPS共聚的单体有：叔丁基丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、异丙基丙烯基膦酸、对丙酯丙烯酰胺、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、乙烯醇、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸甲氧基乙酯、甲基丙烯酸乙酯等。152讲课课件分子结构

153讲课课件作用

共聚物中AMPS的含量一般在20％一50％之间，相对分子质量控制在1000—20000。一般说来，共聚物中AMPS的含量增加，其阻磷酸钙垢、稳定锌盐和分散氧化铁的性能提高。不同配比的AA／AMPS二元或多元共聚物表现出不同的阻垢分散性能。如AA／AMPS共聚物中丙烯酸含量在80％左右，具有较好的阻碳酸钙性能。提高AMPS含量或加入第三单体乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯醇等可以提高聚合物的阻磷酸钙垢的性能。加入第三单体甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯、乙烯醇、异丙基丙烯酰胺等的AA／AMPS共聚物，则具有较好的分散氧化铁的性能。154讲课课件

155讲课课件

AA／AMPS类共聚物随AMPS含量的不同及共聚物中其他组分的差异，产品的性能各不相同，应根据水质的情况进行选择。例如：对于高硬度的结垢性强、腐蚀性弱的水质，可选择丙烯酸含量高的共聚物，这样既可以降低成本，又可以得到良好的阻垢效果；对于使用磷酸盐、锌盐含量较高的水处理剂的循环冷却水系统，则应选择AMPS含量高或第三单体阻磷酸钙垢或稳定锌性能好的共聚物，以保证冷却水中磷酸钙和锌的稳定。156讲课课件 作为工业循环冷却水处理用的阻垢分散剂，AA／AMPS类共聚物单独使用时的投加量一般为2一lOmg／L，连续投加；但在大多数情况下，它是与多种水处理剂复配使用。由于AA／AMPS类共聚物的价格适中，具有优异的阻碳酸钙垢、阻磷酸钙垢、稳定锌和分散氧化铁的性能，同时在复配过程中，与有机膦酸盐和锌盐有很好的互溶性，故已成为水处理剂复合配方中聚合物类阻垢分散剂的首选药剂之一。157讲课课件9．聚天冬氨酸分子结构

158讲课课件作用

聚天冬氨酸可以分散水中的CaC03、CaSO4、BaS04、Fe203、黏土、Ti02、Zn(OH)2、Ca3(PO4)2、Mg(OH)2、Mn203等沉积物并可阻垢。可用于冷却水、锅炉水、油田回注水以及脱盐、反渗透、闪蒸器等方面。由于它易被生物降解，而不存在环境污染问题，因此可广泛应用于各种工业产品的生产工艺过程中，被称为绿色阻垢剂。159讲课课件

生物降解性160讲课课件与聚丙烯酸的阻垢性能比较

161讲课课件分子量范围聚天冬氨酸阻碳酸钙垢时的最佳相对分子质量范围为2000—5000，使用浓度为3—5mg／L；阻硫酸钙垢时的最佳相对分子质量范围为1000—4000，使用浓度为2—3mg／L；阻硫酸钡垢时的最佳相对分子质量范围为3000—4000，使用浓度为4—5mg／L。162讲课课件

163讲课课件六、天然分散剂

（一）、木质素（二）、丹宁（三）、淀粉和纤维素164讲课课件七、有机膦与聚羧酸的阻垢与分散机理（一）有机膦的阻垢机理1、晶格畸变论165讲课课件2．增加成垢化合物的溶解度

有机膦酸在水中能离解出H+，本身成带负电荷的阴离子，如这些负离子能与Ca2+、Mg2+等金属离子形成稳定络合物，从而提高了CaC03晶粒析出时的过饱和度，也就是说增加了CaC03在水中的溶解度。有人通过实验测出，水中加入l一2mg／L的HEDP后，可使CaC03析出的临界pH值提高1．1左右。另外，由于有机膦酸能吸附在CaC03晶粒活性增长点上，使其畸变，即相对于不加药剂的水平来说，形成的晶粒要细小得多。从颗粒分散度对溶解度影响角度看，晶粒细小也就意味着CaC03溶解度变大，因此提高了CaC03析出时的过饱和度。166讲课课件（三）聚羧酸的阻垢和分散机理

1.增溶作用这种说法与有机膦酸能提高成垢化合物的溶解度相似，即聚羧酸溶于水后发生电离，生成带负电荷的分子链。这些带负电荷的分子链可与Ca2+形成能溶于水的络合物，从而使成垢化合物的溶解度增加，起到阻垢作用。2.晶格畸变作用由于聚羧酸的相对分子质量相当大，是线性高分子化合物，它除了一端吸附在CaC03晶粒上，其余部分则围绕到晶粒周围，使其无法增长而变得圆滑。因此晶粒增长受到干扰而歪曲，晶粒变得细小，形成的垢层松软，极易被水流冲洗掉。3.静电斥力作用因为聚羧酸在水中电离成阴离子后有强烈的吸附性，它会吸附到悬浮在水中的一些泥沙、粉尘等杂质的粒子上，使其表面带有相同的电负荷，因而使粒子间相互排斥，呈分散状态悬浮于水中。167讲课课件]六、天然分散剂20世纪60年代初，尚未发展聚合物沉积控制剂时，曾采用丹宁、木质素、磺化木质素、磺化丹宁酸、淀粉、改性淀粉和羧甲基纤维素等天然有机物质作为分散剂，控制水垢的生成。168讲课课件 三、伊文思极化图

(一)极化曲线 表示电极电位与极化电流密度或极化电流强度之间关系的曲线称为极化曲线。当电极进行阳极极化时的极化曲线称为阳极极化曲线；当电极进行阴极极化时的极化曲线称为阴极极化曲线。169讲课课件第五章循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制

第一节冷却水中金属腐蚀速度的表示方法第二节冷却水中金属腐蚀的机理一、液滴试验二、冷却水中金属腐蚀的机理170讲课课件腐蚀——冶金的逆过程

171讲课课件1—6腐蚀的分类腐蚀曾有许多不同的分类方法。一种方法是将腐蚀分为低温腐蚀和高温腐蚀。另一种方法是将腐蚀分为直接化合(或氧化)和电化学腐蚀。我们认为，分为(1)湿腐蚀和(2)干腐蚀更好。172讲课课件根据上述理由，用密尔／年表示腐蚀本最好，本书将使用这种表达式。这种表达式可从腐蚀试验中金属试样的失重按下式很容易算出来。

w一—失重，毫克；D——试样密度，克/厘米3，A一——试样面积，平方英寸；T—一暴露时间．小时。173讲课课件 (二)伊文思极化图

174讲课课件腐蚀的八种形态按照腐蚀本身显示的形态来分类是很方便的，这种分类法是根据腐蚀的金属外形。每种形态仅凭表观观察就能鉴别。在大多数情况下光用肉眼看就行，但有时放大有助于观察，有时，则必需放大。通过仔细观察被腐蚀的试样或损坏的设备，常常能获得解决腐蚀问题的有价值的资料。尤其是在清理之前观察最为需要。175讲课课件腐蚀的八种形态中有些是独特的。但它们都或多或少互相关连着。八种形态是：(1)均匀腐蚀或全面腐蚀，(2)电偶腐蚀或双金属腐蚀，(3)缝隙腐蚀，(4)孔蚀，(5)晶间腐蚀，(6)选择性腐蚀或分离，(7)磨损腐蚀，(8)应力腐蚀。这个名单并非固定，但实际上包括了所有的腐蚀破坏和问题。这些形态并不是按照重要性的特定次序排列的。氢破坏虽然不是一种腐蚀形态，但常常是由于腐蚀介质作用的结果而间接发生。176讲课课件 第三节冷却水中金属腐蚀的形态 一．均匀腐蚀 均匀腐蚀又称全面腐蚀或普遍腐蚀。其一般特点是腐蚀过程在金属的全部暴露表面上均匀地进行．在腐蚀过程中，金属逐渐变薄，最后被破坏。对碳钢而言，均匀腐蚀主要发生在低pH值的酸性溶液中。177讲课课件均匀腐蚀均匀腐蚀是最常见的腐蚀形态。化学或电化学反应在全部暴露的表面或大部分面积上均匀地进行是均匀腐蚀的一般特征。金属变薄了，最后破坏。例如一块钢或锌浸在稀硫酸中，通常是在全部表面上以均匀的速度溶解。一张屋顶铁皮在全部外表面显示出基本上同一程度的锈蚀。图3-1示出的是一废弃的炼金厂的钢槽。靠近图中心的圆周部分比槽的其余部分厚些。这部分现在借助于槽底金属的缀合档板来支撑。178讲课课件

179讲课课件 二、电偶腐蚀

180讲课课件

181讲课课件电偶腐蚀或双金属腐蚀当两种不同的金属浸在腐蚀性或导电性的溶液中时，两金属之间通常存在着电位差。如果这些金属互相接触(或用导线连通)，该电位差使电子在它们之间流动。与不接触时比较，这时耐蚀性较差的金属在接触后腐蚀通常增加，而耐蚀性较高的金属腐蚀则下降。耐蚀性较差的金属变为阳极，而耐蚀性较高的金属则变为阴极。在这类偶接形式中，阴极或阴极性金属的腐蚀往往很小或完全不腐蚀。这类腐蚀形态因为涉及电流和不同金属，所以称为电偶或双金属腐蚀。182讲课课件

183讲课课件设计工程师应当特别意识到电偶腐蚀的可能性，因为他要选定设备上的每一个零部件的材料。有时使用不同材料相接触是经济的——例如热水器中用铜管和铸铁的或钢的花板。如果发生电偶腐蚀，加速腐蚀的是厚重的花板(而不是薄的铜管)，由于花板厚，因而可以长期使用。这样就不需使用贵重的青铜花板。对于腐蚀更严重的情况，如稀酸溶液，则需要使用青铜花板。184讲课课件面积的影响电偶腐蚀中的另一重要因素是面积效用，亦即阴极对阳极的面积比例。大阴极和小阳极构成不利的面积比。对电池中的一定量的电流来说，小电极上的电流密度比大电极上的大些。阳极区的电流密度越大，腐蚀率也越大。与阳极面积和阴极面积相等的情况相比，小阳极区的腐蚀可能要严重100倍或1000倍。图3-3是说明面积效应的两个很好的例子。试样是铆接的铜板和钢板，两者同时在海洋中浸泡15个月。左方是钢板上铆铜钉，右方是铜板上铆钢钉。在海水中铜的钝性更强或是更耐蚀的材料。左方钢板试样有些腐蚀，但和铆钉连结仍很牢。右方试样有一不利的面积比，钢铆钉完全腐蚀了。偶接在大铜阴极上的试样(钢铆钉)其腐蚀速率或侵蚀强度显然大得多。185讲课课件

186讲课课件违背上述原理常常会造成代价高昂的损失。例如，一家工厂在一项主要扩建计划中安装了几百个大槽。大部分旧槽是由普通钢制的，内壁用酚醛烤漆涂盖。处理的溶液对钢的腐蚀性不大，但产品污染是主要考虑的问题。底部的涂层同时也由于机械磨损面破坏，需要定期维修。为了改进这种情况，在新槽的软钢底上衬了18-8不锈钢。槽顶和壁是钢制，壁和衬不锈钢的底焊接，如图3-4所示。壁同样用酚醛漆涂盖，焊缝下面只有一小部分不锈钢有涂料涂盖。新厂开工后只有几个月，由于槽壁穿孔，槽就不能用了。大多数的孔是在图3-4中焊缝上面2英寸的区带内。如果就侧壁的腐蚀来说，有些全部钢制的槽用了10至20年之久，并未发生过问题。187讲课课件

188讲课课件另一家工厂使用同样溶液，但由于一个青铜人孔盖没有涂漆，使涂层很快坏了。用青铜人孔盖代替原定的铸钢盖，是由于前者交货快。这家工厂进行了比较试验，将两个大槽并列，在实际使用中考验，唯一已知变数是青铜盖——一个涂漆，一个不涂漆。试验清楚地表明，加速损坏是由于青铜不涂漆的缘故。这些例子说明了有关涂料的一项原则。如果二种不同金属接触，其中之一要涂漆，则应涂那较贵的或较耐蚀的金属。这说来似乎叫人难以置信，但上述情况确实能够澄清这一点。189讲课课件3-5防护1．选择组装在一起的金属时，要选那些在电位序中尽可能靠近的品种。2．避免小阳极和大阴极的不利面积效应。小部件(如紧固部件)当紧接耐蚀性较低的材料时，有时使用不会出问题。3．切实可行的方法是要使不同金属绝缘。如果可能，要完全绝缘。这方面一种常见的错误是对于螺杆连接，如管和阀之间二个法兰盘的连接，管可能为钢或铅，阀则是另一种材料。往往以为螺杆头和螺帽下面的电木垫片可将两部分绝缘，但实际上螺杆杆部却和两个法兰盘都接触。解决这个问题的方法是给螺杆套一个塑料管，加上垫片，螺杆就和法兰盘完全绝缘。图3-5示明了螺杆连接的正确绝缘方法。另外的方法是使用绝缘带和涂料以增高电路的阻力。190讲课课件4．使用涂料要小心。避免如图3-4描述的那种情况。涂层要维护好，特别是阳极部位。5．可能时加入缓蚀剂以减低环境的侵蚀性。6．应避免使用两种在电位序中远离的材料作丝扣连结。如图3-5所示，在车制丝扣过程中车去了许多有效壁厚。而且喷溅的液体或冷凝水能积留在丝扣沟缝内。用硬焊连接更好—些，选用的硬焊合金至少要比被连接金属中的一种更贵(更耐蚀)。用相同的合金焊接则更好。7．设计时选用容易更换的阳极部件，或将它加焊以延长寿命。8．安装一块比电偶接触的两种金属部更负(更不耐蚀)的第三种金属。191讲课课件192讲课课件3-6有益的用途电偶腐蚀有好些有益的或所需要的用途。如前所述，干电池和其它原电池是由一个电极的电偶腐蚀获得它们的电动力的。有趣的是当这种电池用到锌壳穿孔，腐蚀性电解质漏出来时，它就变成了一个电偶腐蚀问题!其它几个有益的用途简单叙述如下。193讲课课件阴极保护在这里介绍阴极保护的概念是由于它常要利用电偶腐蚀的原理。阴极保护很简单，就是使金属结构成为原电池中的阴极以获得保护。镀锌钢(白铁皮)就是钢的阴极保护的典型例子。将锌层放置在钢上，并不是出于它耐蚀，而是由于它不耐蚀。锌优先腐蚀，保护了钢，如表3-3和图3-6所示。锌作为牺牲阳极。相反，锡比锌耐蚀，有时它不宜作涂层，因为它通常对钢为阴极。在镀锡层的小孔处，钢的腐蚀因电偶作用而加速。镁常用于降低地下钢管的腐蚀(镁优先腐蚀)。阴极保护还可以由外电源通过一·个惰性阳极外加电流来进行。194讲课课件

195讲课课件清洗银器另一有益的用途是利用电偶腐蚀清洗家用银器。许多家用银器是用磨料擦拭清洗。这样把银也磨掉了，而且对镀银器更不好，因为镀层最终会被磨掉。银器上的多数斑点是硫化银引起的。一个简便的电化学清洗法是将银放在铝盘内，盘内盛水和小苏打(不要用氯化钠）。银和铝接触产生的电流使硫化银还原为银。实际上一点银也没有去掉。然后用温肥皂水冲洗银。它不及擦拭的表面好看，但却避免了银的磨损，也节约了人力。同时用超声波清洗更快也更好。196讲课课件三、缝隙腐蚀浸在腐蚀介质中的金属表面上，在缝隙和其它隐蔽的区城内常常发生强烈的局部腐蚀。这类腐蚀常和孔穴，垫片底面，搭接缝，表面沉积物以及螺帽和铆钉帽下的缝隙内积存的少星静止溶液有关。因此达种腐蚀形态称为缝隙腐蚀，有时也称为沉积物腐蚀或垫片腐蚀。197讲课课件环境因素产生缝隙腐蚀(或沉积蚀)的沉积物例子有：沙、尘埃，腐蚀产物和其它固体。沉积物的作用是屏蔽，在其下面形成不流动的条件。沉积物也可能是可渗透的腐蚀产物。图3-7示出一节纯银加热盘管在运转几小时后的缝隙腐蚀。悬浮液或溶液中的固体要向加热表面沉积。在这种情况下，就引起了如图示的腐蚀。装盘管用槽中的银衬没有腐蚀，因为其上面没有沉积物。198讲课课件

199讲课课件金属和非金属表面接触能引起缝隙腐蚀例如在使用垫片的情况下就是如此。一条缝隙要成为腐蚀的部位，必须宽到液体能流入，但又必须窄到能维持静滞的区域。由于这个理由，缝隙腐蚀通常发生在宽度等于或小于千分之几英寸的窄绕处。它很少发生在宽的(如1/8英寸)沟或缝中。织物垫片有吸水作用，它和法兰面接触时形成了一层完全不流动的溶液；这种条件构成一种几乎是理想的缝隙腐蚀的部位。200讲课课件3-8机理缝隙腐蚀被简单地认为是由于缝隙与其周围金属离子或氧浓度的差别所引起的。因此，曾用浓差电池腐蚀这个名词来描述这类腐蚀形态。虽然在缝隙腐蚀中确实存在金属离子和氧的浓差，但这些并非主要原因。为了说明缝隙腐蚀的机理，图3-9中示出一段铆接的金属M(如铁或钢)板，浸在充空气的海水中(PH7)。总反应包括金属M的溶解和氧还原为氢氧根离子。即：201讲课课件

202讲课课件贫氧有重要的间接影响，暴露时间越长，影响越大。氧消耗完后，氧还原反应不再发生了，然而金属M继续溶解如图3-10所示。这样就在溶液中产生了过多的正电荷(M+)，这就需要氯离子迁移到缝内来，以保持平衡，(氢氧根离于也从外部迁入，但它们的流动性不及氯离子，因而迁移慢得多)。结果就使缝内的金属氯化物浓度增加。除了碱金属(如钠和钾)外，金属盐类(包括氯化物和硫酸盐)在水中水解：203讲课课件204讲课课件氯离子和氢离子都会加速大多数金属和合金的溶解速度。由于迁移和水解的结果，这两种离子在缝隙中都存在，因此M的溶解速度增加，如图3-10所表明。溶解增加，又使迁移增加，结果成为很快的加速或自动催化过程。曾观测到浸没在中性稀氯化钠溶液中的缝隙内的液体，其所含氯化物为主体溶液中的3至10倍，且PH为2至3。当缝内腐蚀增加时，邻近表面的氧还原速度也增加，如图3-10所示。这就使外部表面得到阴极保护。因此当缝隙腐蚀进行时，腐蚀局限在屏蔽区域，其余表面则很少甚至不遭到损坏。205讲课课件腐蚀发生在许多介质中，不过通常是在含氯化物的介质中最严重。缝隙腐蚀常常伴有一个很长的孕育期。有时候而要半年到一年或更长时间腐蚀才开始。然而一旦开始后，就不断地以增加的速度发展。凡耐蚀性依靠氧化膜或钝化层的金属或合金，特别容易遭受缝隙腐蚀。这类膜被高浓度的氯化物或氢离子破坏，而使溶解速度显著增加。曾报导过一个惊人例子，是有关一个染厂的盛热盐水的18-8不锈钢槽。一根不锈钢螺柠掉到不锈钢槽底。经一短暂时间之后，带红锈的腐蚀在螺杆下面迅速发展。铝也易受缝隙腐蚀，因为它的耐蚀性依靠A12O3膜。206讲课课件

3-9防止缝隙腐蚀防止或减少缝隙腐蚀的方法如下：1．新设备用对接焊，而不用铆或螺杆连结。焊缝要坚实并焊透以避免内部产生微孔和缝隙(如仅由单面焊所引起的情况）。2．搭接焊的缝隙，要用连续焊，铅焊或捻缝的方法将其封塞。3．设计容器时要使液体能完全排净；避免锐角和静滞。4．经常检查设备并除去沉积物。5．如可能时，应及早从工艺流程中除去悬浮的固体。6．长期停车时应取下湿的填料和垫片。7．如可能时，提供均一的环境。如回填管道沟壕8.尽可能使用整的，不吸水的垫片，如期四氟乙烯。9.花板上的管子用焊接，不用涨管法。207讲课课件丝状腐蚀丝状腐蚀(金属表面上产生的细丝腐蚀)虽然不是一下就可以看出来，但也是一种特殊的缝隙腐蚀。多数情况下它发生在保护膜下面，因此常称为膜下腐蚀。这类腐蚀十分普遍，最常见的例子是曾暴露在大气中的盛食品和饮料的罐头外壳，在其上瓷釉或涂漆的表层发生腐蚀。那些红棕色的腐蚀丝纹很容易看出来。在涂敷有锡、银、金、磷酸盐、瓷漆和清漆等涂层的钢、镁和铝的表面都观察到丝状隅蚀。在衬纸的铝箔上也发现过，腐蚀产生在纸和铝的界面。208讲课课件

209讲课课件

210讲课课件

211讲课课件孔蚀

孔蚀是在金属上产生小孔的一种极为局部的腐蚀形态。在大多数情况下孔都比较小。有些蚀孔孤立地存在，有些则紧凑在一起，看去象一片粗糙的表面。一般蚀孔可以描述为表面直径等于或小于深度的洞穴。孔蚀是破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。它使设备穿孔破坏，而这时失重只占整体结构的很小的百分数。检查蚀孔常常是困难的，因为孔既小，又通常被腐蚀产物遮盖。另外，定量测量和比较孔蚀程度也困难，因为在同样条件下产生蚀孔的深度和数目并不相同。孔蚀也难于由实验室试验来预测。在实际应用中蚀孔出现时需要一个长时间——几个月或者一年。孔蚀特别有害，因为它是一种局部的和剧烈的腐蚀形态，经常在突然之间导致事故。212讲课课件蚀孔的形状和生长图3-14是18—8不锈钢在含三氯化铁的硫酸中产生孔蚀的例子。由此可见那些孔洞十分明显，而大部分金属表面并未腐蚀。这一腐蚀发生于几天之内。不过这是一个极端的例子，一般孔蚀需要几个月或几年才穿透金属。图3-15示出一节输送饮用水的铜管用了几年后才损坏。可看到许多小孔和一层表面沉积物。蚀孔通常沿重力方向生长。多数蚀孔从水平表面向下发展和生长。少数在垂直的表面上发生，只有极少的孔是从水平表面的底部向上生长的。213讲课课件

214讲课课件

215讲课课件

216讲课课件溶液成分从实践的观点来看，多数孔蚀破坏是由氯化物和含氯离子引起的。多数的水和水配成的溶液都不同程度地含有氯化物。许多设备是在海水和半咸水中工作的。次氯酸盐(漂白剂)由于具有强烈的引起孔蚀的倾向，处理很困难。也许最好的解释是氯化物的造酸倾向和它的游离酸(HCI)的强酸性。大多数孔蚀都和卤素离于有关，影响最大的是氯化物，溴化物和次氯酸盐。氟化物和碘化物引起孔蚀的倾向比较小。氧化性金属离子的氯化物是强烈的致孔蚀剂。二价铜、三价铁和二价汞的卤化物腐蚀性极强。即使很耐蚀的合金也能被CuCl2和FeCl3引起孔蚀。非氧化性金属离子的氯化物(如NaCl，CaCl2)产生孔蚀的程度小得多。217讲课课件流速孔蚀通常发生在静滞的条件下，如在槽内或不活动的管道底部积留的液体中。有流速或提高流速常会使孔蚀减轻。例如，一台打海水的不锈钢泵如连续运转，很好用，但如停一段时间，就会产生孔蚀。图3-21说明了这点。材料为316不锈钢，介质是高温的酸和三氯化铁混合物。这项试验是在同样的溶液中同时进行了18小时。试样C浸于高流速(约40英尺／秒)溶液中，试样A所处溶液的流速为每秒钟几英尺，而试样B是在完全静止不动的溶液中。所有试样均显示孔蚀，但在C上的蚀孔相当浅。A上孔蚀较强烈，而B上则有深而大的“蛀孔”。218讲课课件

219讲课课件冶金因素不锈钢这一类合金比其它各类金属或合金都更容易受孔蚀破坏。因此对许多合金进行了研究以改善不锈钢的耐孔蚀能力。在表3-5中归纳了这些结果。在敏化温度范围[950-1450°F(510-788℃)；处理过的304型和316型不锈钢，耐孔蚀能力下降。奥氏体不锈钢经1800°F以上固溶淬火后，得到最大的耐孔蚀能力。剧烈的冷加工使18-8不锈钢在三氯化铁中的孔蚀增大。在大多数不锈钢锻材上常常可观察到孔蚀在边缘优先产生。220讲课课件

221讲课课件表面光洁程度常对耐孔蚀能力有显著影响。孔蚀和局部腐蚀在抛光表面比在浸蚀的或粗磨的表面更不容