[畢業(yè)設計精品]敞開式循環(huán)水處理工藝設計

1、第 21 頁敞開式循環(huán)水處理工藝設計 摘要:循環(huán)冷卻水在使用之后，水中的ca2+、mg2+、cl-等離子，溶解固體和懸浮物相應增加，空氣中污染物如灰塵、雜物、可溶性氣體以及換熱器物料泄漏等，均可進入循環(huán)冷卻水，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的設備和管道腐蝕、結(jié)垢，造成換熱器傳熱效率降低，過水斷面減少，甚至使設備管道腐蝕穿孔。要解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的這些問題，必須進行綜合治理。采用水質(zhì)穩(wěn)定技術，用物理與化學處理相結(jié)合的辦法控制和改善水質(zhì)，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的腐蝕、結(jié)垢、微生物污垢得到有效的解決，從而取得節(jié)水、節(jié)能的良好效益。關鍵詞: 循環(huán)冷卻水，腐蝕，結(jié)垢，微生物abstractin the use of

2、cooling water, water ca2 +, mg2 +, cl-plasma, dissolved solids and the suspension of a corresponding increase in air pollutants such as dust, debris, gas and heat exchanger soluble materials such as leakage, can enter the cycle of cooling water, cooling water system of equipment and pipeline corrosi

3、on, scaling, resulting in heat exchanger efficiency, reduce cross section, even the equipment pipeline corrosion perforation. to solve the cooling water systems in these issues, the need for comprehensive management. use of water stability, physical and chemical treatment using a combination of meth

4、ods to control and improve water quality so that the cooling water system of corrosion, scaling and microbiological fouling be an effective solution to obtain water-saving, energy-saving benefits of the good.keywords: circulation chilled water , corrosion , fouling , microorganism目 錄1 引言 12 循環(huán)水系統(tǒng)及控制

5、指標 22.1 循環(huán)水系統(tǒng)的特征 22.2 敞開式循環(huán)水系統(tǒng)22.3 循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生的問題 224循環(huán)水使用中的控制指標 33 循環(huán)水水質(zhì)處理技術的作用及其重要性 54 循環(huán)冷卻水的腐蝕 64.1 循環(huán)冷卻水腐蝕的成因 64.2 循環(huán)冷卻水中腐蝕的影響因素 64.3循環(huán)冷卻水腐蝕的抑制 75 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的沉積物及其控制95.1 沉積物分類 95.2 水垢的控制技術 105.3污垢的控制 136 微生物的控制 156.1微生物引起的危害 156.2微生物的控制指標 156.3微生物的控制 157 日常處理工作 208 結(jié)束語 21 參考文獻 22致謝 231 引言在20世紀初，隨著工業(yè)的迅

6、速發(fā)展，工業(yè)用水愈來愈多，但是，幾乎沒有一家工廠使用循環(huán)水。到了四十年代，人們生活用水、農(nóng)田用水和工業(yè)用水之間出現(xiàn)了爭奪，直流水系統(tǒng)已經(jīng)受到了水資源的限制，于是另覓用水的出路而發(fā)展了循環(huán)水系統(tǒng)。例如一套水用量約20000t/h左右的裝置，如采用循環(huán)水系統(tǒng)，每小時補充四五百噸新鮮水就夠了，節(jié)約的水量非?？捎^。我國淡水資源并不豐富，且分配甚不均衡，北方缺雨少水，更顯水源緊張。如華北地區(qū)和京津一帶已連年鬧水荒，嚴重影響工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人們的生活用水，節(jié)約用水日益迫切。在水源上得天獨厚的長江流域和江南水鄉(xiāng)，由于不注意排水的處理，江河湖泊受到不同程度的污染，影響人們用水的質(zhì)量和魚類的生存。為保護生態(tài)環(huán)境不

7、被破壞，環(huán)保部門對排出水的溫度、ph值及其它污染物都有規(guī)定。為使有害成份達到排放標準，只有減少污水的流量才能適合處理，才能降低污水處理的費用。因此，無論從節(jié)約水源還是從經(jīng)濟觀點和保護環(huán)境的觀點出發(fā)，都應設法減少取水量，降低冷卻水排污量，限制使用直流水系統(tǒng)，盡可能推廣采用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。循環(huán)水比起直流水，除了節(jié)約新鮮水量、減少排污水量之外，還可以防止熱污染。循環(huán)水還因控制換熱器的污垢熱阻而提高傳熱效果和生產(chǎn)效率，減少設備體積，節(jié)約鋼材。循環(huán)水有效的控制了系統(tǒng)中設備的腐蝕，從而提高設備的使用壽命?；瘜W工業(yè)、石油工業(yè)、冶金工業(yè)及建筑的空調(diào)系統(tǒng)中常需要將熱工藝介質(zhì)進行冷卻，水的特性很適合用作冷卻

8、介質(zhì)。工業(yè)冷卻水通過換熱器（或稱熱交換器、水冷卻器、水冷器）與工藝介質(zhì)間接換熱。熱的工藝介質(zhì)在熱交換中降低溫度，冷卻水被加熱溫度升高。工業(yè)冷卻水的用量往往很大，在化學工業(yè)許多企業(yè)中占到工業(yè)用水總量的90%95%以上。2循環(huán)水系統(tǒng)及控制指標2.1循環(huán)水系統(tǒng)的特征冷卻水系統(tǒng)是用水來作為工業(yè)冷卻介質(zhì)的系統(tǒng)，它分為直排冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。直排冷卻水系統(tǒng)因其消耗水量大、加藥處理費用過高，已經(jīng)被淘汰。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的冷卻水流經(jīng)換熱器時，和工藝介質(zhì)進行熱交換，熱介質(zhì)通過冷卻水冷卻到需要的溫度，冷卻水溫度升高，成為熱水。熱水基本不排放，經(jīng)過冷卻后仍返回系統(tǒng)重復使用。即冷卻水被加熱成熱水，熱水被冷卻成

9、冷水，冷水再加熱，熱水再冷卻，循環(huán)不止，因而大大節(jié)約了用水。這就是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)與直排冷卻水系統(tǒng)不同之處。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又可分為密閉式和敞開式兩種，其區(qū)別在于敞開式系統(tǒng)中的熱水是經(jīng)過冷卻塔（又稱涼水塔）或冷卻池與空氣直接接觸被冷卻為冷水，再返回系統(tǒng)循環(huán)使用的，而密閉式系統(tǒng)中水不與大氣接觸，密閉循環(huán)，水的冷卻主要依靠冷水機等手段來完成，水不濃縮，也基本上不消耗。2.2 敞開式循環(huán)水系統(tǒng)在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水用過后也不是立即排放掉，而是收回循環(huán)再用。水的再冷卻是通過冷卻塔來進行的，因此冷卻水在循環(huán)水過程中要與空氣接觸，部分水在通過冷卻塔時還會不斷被蒸發(fā)損失掉，因而水中各種礦物質(zhì)和離子含量

10、也不斷被濃縮增加。為了維持各種礦物質(zhì)和離子含量穩(wěn)定在某一個定值上，必須對系統(tǒng)補充一定量的冷卻水，通常稱作補充水；并排出一定量的濃縮水，通稱排污水。這種敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)要損失一部分水，但與直流冷卻水系統(tǒng)相比，可以節(jié)約大量的冷卻水，且排污水也相應減少。因此，不論從節(jié)約水資源，還是從經(jīng)濟和保護環(huán)境的觀點出發(fā)，都應設法降低各類工廠的冷卻水用量，盡可能使用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。2.3 循環(huán)水系統(tǒng)產(chǎn)生的問題冷卻水通過換熱器后水溫提高成為熱水，熱水經(jīng)冷卻塔曝氣與空氣接觸，由于水的蒸發(fā)散熱和接觸散熱使水溫降低，冷卻后的水再循環(huán)使用。敞開式冷卻水系統(tǒng)又叫冷卻塔系統(tǒng)，因為它常用冷卻塔作為水的冷卻設備，這種系統(tǒng)

11、在工廠得到廣泛使用。如圖2-1所示。這種敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，由于在循環(huán)過程中要蒸發(fā)掉一部分水，還要排出一定的濃縮水，故要補充一定的新鮮水，以維持循環(huán)水中的含鹽量或某一離子含量在一定值上。比較起來，循環(huán)水的補充水量是很有限的，一般只是直流水的四十分之一左右。冷卻水在循環(huán)使用過程中，容易帶來以下三個問題：1、水在冷卻塔內(nèi)和空氣充分接觸，使水中的溶解氧得到補充，所以循環(huán)水中的溶解氧總是飽和的。水中溶解氧是造成金屬電化學腐蝕的主要原因。加上水濃縮后含鹽量增加，電導率上升，也增加了腐蝕傾向；圖2-1敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2、 水濃縮之后成垢離子成倍增加。特別由于碳酸氫鹽是很不穩(wěn)定的鹽類，它在換熱器表面會

12、分解成為碳酸鹽和二氧化碳。碳酸鈣的溶解度很低，使傳熱面上結(jié)碳酸鈣水垢的傾向增加；3、冷卻水和空氣接觸，吸收了空氣中的大量灰塵、泥沙、微生物及其孢子，使系統(tǒng)的污泥增加。冷卻塔內(nèi)的光照、適宜的溫度、充足的氧和養(yǎng)分都有利于細菌和藻類的生長，從而使系統(tǒng)黏泥增加，在換熱器內(nèi)沉積下來，增加了黏泥的危害。24循環(huán)水使用中的控制指標要搞好循環(huán)取得良好的效果，對于循環(huán)水和補充水和各種雜質(zhì)應當有限制性的要求，這種限制性的控制指標就是水質(zhì)控制的邊界條件，如果超出控制指標，就會給循環(huán)水處理帶來危害。表2-1是循環(huán)水系統(tǒng)中各種離子或雜質(zhì)的允許含量：表2-1 循環(huán)水中各種離子或雜質(zhì)的允許含量名稱允許含量過高或過低時的危害

13、渾濁度一般要求20mg/l,使用板式，翅片式和螺旋式換熱器時宜10mg/l污垢沉積含鹽量投加緩蝕阻垢劑時，一般不宜3000s/cm腐蝕或結(jié)垢鈣離子（以caco3計）根據(jù)碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)和磷酸鈣飽和指數(shù)進行控制，大致要求50mg/l，500mg/l過高結(jié)水垢，過低則腐蝕總堿度（以caco3計）根據(jù)碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)選定ph指標，總堿度根據(jù)ph值自然平衡，大致要求50mg/l，500mg/l過高結(jié)水垢，過低則腐蝕鈣離子加總堿度（以caco3計）采用全有機配方時，大致要求二者之和1000mg/l過高可能結(jié)水垢鐵和錳（總鐵量）0.5mg/l過高表明系統(tǒng)有腐蝕，可形成黏性污垢，導致局部腐蝕銅離子對碳鋼換熱，要

14、求cu+0.1mg/l過高產(chǎn)生點蝕氯離子根據(jù)換熱器的材質(zhì)、殼程和管程、結(jié)構(gòu)、應力及藥劑、配方情況決定，一般碳鋼換熱器系統(tǒng)1000mg/l，不銹鋼換熱器較多的系統(tǒng)的300mg/l過高促進局部腐蝕，對碳鋼主要是點蝕，對不銹鋼是應力腐蝕開裂3循環(huán)水水質(zhì)處理技術的作用及其重要性化學水處理技術能夠很好地解決循環(huán)冷卻水所帶來的危害。它在國外應用已有半個多世紀以上；在我國也日益廣泛應用，大量推廣已有二十多年的歷史。其綜合處理效果令人滿意，處理費用也能為用戶接受，是普通使用的好方法。在循環(huán)冷卻水中應用水處理技術，既可改善水質(zhì)，減少對設備的腐蝕和結(jié)垢，延長設備壽命，保證生產(chǎn)長周期均衡平穩(wěn)地運行，又能節(jié)約用水，減

15、少排污，對生態(tài)環(huán)境大為有利，從而獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。評價化學水處理的經(jīng)濟效益需要從處理費用上和生產(chǎn)上全面評價。化學處理費用經(jīng)濟合理，占循環(huán)水成本中的比例極低，而且?guī)Ыo系統(tǒng)的好處很多，有很好的經(jīng)濟效益。據(jù)我了解，許多廠在這方面都深有體驗，特別是有的廠初期投產(chǎn)時循環(huán)水未進行化學處理，運行一段時間后才發(fā)現(xiàn)“水患成災”，后來采用化學處理，“對癥下藥”，使水質(zhì)得到明顯改善?？茖W技術是第一生產(chǎn)力，循環(huán)水化學處理技術在節(jié)能降耗，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高效益等方面發(fā)揮著非常重要和關鍵的作用，具體表現(xiàn)在：1、保證換熱設備的高效運行。通過化學處理，減緩設備和管道的腐蝕和結(jié)垢，提高換熱效率，改善工藝條件，延長設備及

16、管道的使用壽命。2、穩(wěn)定生產(chǎn)。沒有沉積物附著、腐蝕穿孔和粘泥堵塞等危害，冷卻水系統(tǒng)中的換熱器就可以始終在良好的環(huán)境中工作，除計劃中的檢修外，意外的停產(chǎn)檢修事故就會減少，為生產(chǎn)的長周期安全運行提供保證，從而降低生產(chǎn)過程中因設備維修造成的時間延誤。3、節(jié)約水資源。冷卻水使用水處理劑后，可以提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，這對工業(yè)節(jié)水有著重要的作用。與支流冷卻水相比，即便循環(huán)水的濃縮倍數(shù)比較低，例如僅為1.5倍，但此時補充水即可節(jié)約94.8%。由此可見，提高濃縮倍數(shù)，使用水處理技術，改善和凈化水質(zhì)，對節(jié)約水資源有著至關重要的作用。4、減少環(huán)境污染。由于濃縮倍數(shù)的提高，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)比起直排冷卻水系統(tǒng)來，大大減

17、少了冷卻污水的排放量，也就減少了對環(huán)境的污染。5、經(jīng)濟效益顯著。采用水穩(wěn)技術后，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)處于良性循環(huán)，換熱效率和冷卻效果良好，同時減少原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)生產(chǎn)的滿負荷運行，生產(chǎn)能力提高，產(chǎn)品質(zhì)量改善，產(chǎn)量增加，經(jīng)濟效益突出。4 循環(huán)冷卻水的腐蝕4.1循環(huán)冷卻水腐蝕的成因由于和周圍介質(zhì)相互作用，使材料（通常是金屬）遭受破壞或使材料性能惡化的過程稱為腐蝕。腐蝕是一種電化學過程，通過腐蝕，一種金屬可以恢復到它原來自然的狀態(tài)。例如：鐵的腐蝕過程即是鐵回復到赤鐵礦（fe2o3）、磁鐵礦（fe3o4）的狀態(tài)。此外，還有一種特殊的腐蝕叫做微生物腐蝕，這是由于微生物的直接或間接地參加了腐蝕過

18、程所起的金屬毀壞作用。微生物一般不單獨存在，往往總是和電化學腐蝕同時發(fā)生的，兩者很難截然分開。引起腐蝕的微生物一般為細菌及真菌，但也有藻類及原生動物等，在大多數(shù)場合下都可看作是各種細菌共同作用而造成危害的。金屬在溶液中的電化學反應是這樣的過程：首先是在溶液中的金屬釋放自由電子（通常把釋放自由電子的氧化反應稱為陽極反應）；自由電子傳遞到陰極（接受電子的還原反應稱為陰極反應）；電子再由陰極傳遞到溶液中被其它物質(zhì)吸收。因此腐蝕是一個發(fā)生在金屬和溶液界面上的多相界面反應，同時也是一個多步驟的反應。由以上敘述中可以看出，一個腐蝕過程至少由一個陽極（氧化）反應和一個陰極（還原）反應組成。碳鋼在冷卻水中的的

19、腐蝕是一個電化學過程。由于碳鋼組織表面的不均一性，因此，當它浸入水中時，在其表面就會形成許多微小的腐蝕電池。陽極區(qū)域fe不斷失去電子，變成fe2+進入溶液，也即鐵不斷被溶解腐蝕，留下的電子，通過金屬本體移動到陰極滲碳體的表面，與水和溶解在水中的o2起反應生成oh-離子。在水中，陰、陽極反應生成的fe2+溶與oh-即生成不溶性的白色的fe(oh)2堆積在陰極部位，鐵的表面不再和水直接接觸，這就抑制了陽極過程的進行。擔當水中有溶解氧時，陰極部位的反應還要進行下去，因fe(oh)2極（fe2o3）這種物質(zhì)極易被氧化為fe(oh)3，即鐵銹。由于鐵銹基本不溶于水，所以只要水中不斷有o2溶入，這種腐蝕電

20、池的共軛反應就不斷進行。換言之，也就是碳鋼的腐蝕會不斷地進行下去。42循環(huán)冷卻水中腐蝕的影響因素ph值：如該金屬氧化物溶于酸性水溶液而不溶于堿性水溶液（鎳、鐵、鎂等），則該金屬ph，腐蝕率；如氧化物即溶于堿性又溶于酸性水溶液，則為兩性金屬（鋁、鋅、鉛等），則ph居中最好。陰離子：水中不同的陰離子在增加金屬腐蝕速度方面有以下順序：no3-ch3coo-so42-cl-clo4-，而cl-等活性離子能破壞碳鋼、不銹鋼和鋁等金屬或合金表面鈍化。鉻酸根、亞硝酸根、硅酸根和磷酸根則對鋼有緩蝕作用。絡合劑：如nh3、cn-、edta和atmp等硬度：垢下腐蝕。金屬離子：cu、ag等有害，zn可以緩蝕等。溶

21、解氣體：o2、so2、co2、nh3、h2s、cl2含量增加，則加速腐蝕。懸浮固體：生成沉積物，引起垢下腐蝕。溫度流速：越高則腐蝕增加。43循環(huán)冷卻水腐蝕的抑制控制腐蝕的途徑有三種：除去水中會引起腐蝕的成分；在金屬表面造成保護膜；采用陽極保護。循環(huán)水中，主要是用投加緩蝕劑形成保護膜的方法來控制腐蝕，也有用涂料覆蓋的辦法來隔絕金屬與水的直接接觸來控制腐蝕的。4.31投加緩蝕劑緩蝕劑是抑制不穩(wěn)定水腐蝕過程的藥劑?？煞譃橛袡C和無機兩大類。根據(jù)緩蝕劑成膜的類型可以將其分為：氧化膜型緩蝕劑、沉淀膜型緩蝕劑、吸附膜型緩蝕劑。根據(jù)緩蝕劑對電化學腐蝕的控制部位不同可分為：陽極緩蝕劑、陰極緩蝕劑和混合型緩蝕劑。

22、陽極緩蝕劑的作用是在陽極與金屬離子作用，生成氧化物或氫氧化物，沉積覆蓋在陽極上形成保護膜。有時還降低陽極金屬的電極電位，這樣就抑制了金屬向水中的溶解。陰極緩蝕劑是抑制原電池陰極反應的化學藥劑。陰極緩蝕劑通常用的較多有聚磷酸鹽和鋅鹽。聚磷酸鹽作為緩蝕劑，其作用是與水中陽離子(ca2+ 、fe2+)絡合形成帶正電的膠體，膠體顆粒向陰極沉積成膜，隨著膜的增厚陰極釋放電子的反應被阻止。鋅鹽作為緩蝕劑，它在陰極部位產(chǎn)生zn(oh)2沉淀，起保護膜作用。混合型緩蝕劑，既能在陽極成膜，也能在陰極成膜，其成膜作用是靠極性基團的吸附。當緩蝕劑在陽極部位形成致密保護膜，以致金屬離子不同志溶解于水(即不再起陽極作用

23、)時，這種緩蝕劑又叫鈍化劑。把兩種以上的緩蝕劑組合成復合劑使用，往往起到增效作用，因此目前很少采用單一緩蝕劑。4 32防腐蝕涂料覆蓋法這種方法是在碳鋼換熱器的傳熱表面上涂上防腐涂料，形成一層連續(xù)的牢固附著的薄膜，使金屬與冷卻水隔絕，避免受到腐蝕。涂料的品種很多，與一般的金屬防腐涂料相比，冷卻水防腐涂料應滿足以下要求。有良好的屏蔽作性和化學穩(wěn)定性。由于冷卻水防腐涂料長期浸泡在水中，這就要求它在冷卻水中的化學性能穩(wěn)定，能夠阻止水分子、溶解氧和其它腐蝕性物質(zhì)透過涂層與碳鋼基體接觸而發(fā)生腐蝕。與基體金屬有良好的結(jié)合力，不易脫落。冷卻水防腐涂料若有脫落將使碳鋼換熱器的金屬表面暴露在水中而被腐蝕。同時，脫

24、落下的涂層碎片也可能堵塞冷卻水的管道而影響換熱。涂覆后不應顯著地降低換熱器的換熱效率。能防止微生物的附著和微生物的破壞。能耐受較高的溫度而不被破壞。冷卻水防腐涂料的主要成分有：基料、防腐顏料、填料、溶劑以及其它涂料助劑。5循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的沉積物及其控制51沉積物分類循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行過程中，會有各種物質(zhì)沉積在換熱器的傳熱管表面。這些物質(zhì)統(tǒng)稱為沉積物。它們主要是由水垢（scale）、淤泥（sludge）、腐蝕產(chǎn)物(corrosion products)和生物沉積物(biological deposits)構(gòu)成。通常人們把淤泥、腐蝕產(chǎn)物和生物沉積物統(tǒng)稱為污泥(fouling)。各類沉積物的組成

25、大致如下：1、水垢又稱硬垢或無機垢。為補充水中帶入的確難溶或微溶鹽在案循環(huán)水中條件變化時所形成的垢。常見的有碳酸鹽、碳酸鈣或磷灰石、硫酸鈣、氫氧化鎂、硅酸鎂等。2、污泥相對水垢而言較疏松，又稱軟垢。常含有泥渣、粉塵、砂粒、腐蝕產(chǎn)物、天然有機物、微生物菌落和分泌物、氧化鋁、磷酸鋁、磷酸鐵、一般碎屑等。3、淤泥以泥砂為主的軟垢。4、粘泥又稱生物沉積。由微生物及其分泌物和殘骸組成，具有滑膩感的膠狀粘泥或粘液。5、腐蝕產(chǎn)物由于設備腐蝕而產(chǎn)生的金屬氧化物，主要為氧化鐵、氧化銅等。5.1.1沉積物來源1、來自補充水未經(jīng)預處理或處理不量的補充水會使泥砂、懸浮物、微生物帶入系統(tǒng)，即使澄清、過慮、消毒良好的補充

26、水也會有一定渾濁度并帶有少量的微生物。澄清過程中還可能將混凝劑的水解產(chǎn)物，鋁或鐵離子，留在補充水中。另外，不管是否經(jīng)過預處理，補充水中的溶解鹽都會帶入循環(huán)水系統(tǒng)。2、來自空氣泥砂、粉塵、微生物及其孢子苔隨空氣帶入循環(huán)系統(tǒng)。有時侯昆蟲（如甲殼蟲）也會大量帶入系統(tǒng)，引起換熱器堵塞。當冷卻塔周圍環(huán)境受到污染時，硫化氫、二氧化硫、氨等腐蝕性氣體有可能隨空氣進入循環(huán)水中造成沉積。3、來自工藝介質(zhì)泄漏換熱器泄漏，特別是漏油或某些有機物導致污泥沉積。4、來自化學處理藥劑如在循環(huán)水中加鋅鹽或聚磷酸鹽緩蝕劑，則有結(jié)鋅垢或磷酸鹽垢的可能性。5、來自系統(tǒng)腐蝕所形成的腐蝕產(chǎn)物。5.2水垢的控制技術521循環(huán)冷卻水結(jié)垢

27、的成因在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,水垢是由過飽和的水溶性組分形成的。水中溶解有各種鹽類，如碳酸氫鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等，其中以溶解的碳酸氫鹽如ca(hco)3、mg(hco)3最不穩(wěn)定，極易分解生成碳酸鹽。因此，當冷卻水中溶解的碳酸氫鹽較多時，水流通過換熱器表面，特別是溫度較高的表面，就會受熱分解，其反應式如下：ca(hco)2 = caco3 + h2o + co2 (3-1)當循環(huán)水通過冷卻塔，溶解在水中的co2會逸出，水的ph值升高，此時，碳酸氫鹽在堿性條件下也會發(fā)生如下反應：ca(hco)2 + 2oh= caco3 + 2h2o + co2 (3-2)如水中溶有適量的磷酸鹽與鈣

28、離子時，也將產(chǎn)生磷酸鹽的沉淀。上述一系列反應生成的ca(co)3和ca(po4)2等均屬難溶性鹽。它們的溶解度比起ca(hco)3來要小得多。同時，它們的溶解度與一般的鹽類還不同，其溶解度不是隨著溫度的升高而加大，而是隨著溫度的升高而降低。因此，在換熱器傳熱表面上，這些難溶性鹽很容易達到過多飽和狀態(tài)而從中結(jié)晶析出，尤其當水流速度小或傳熱面較粗糙時，這些結(jié)晶沉淀物就會沉積在傳熱器表面上，形成了通常所說的水垢。由于這些水垢結(jié)晶致密，比較堅硬，又稱之為硬垢。常見的水垢成份為：碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣、鎂鹽、硅酸鹽。準確判斷水質(zhì)的結(jié)垢或腐蝕程度應該根據(jù)各種試驗結(jié)果。在試驗之前往往稱根據(jù)水質(zhì)及某些運行條件

29、進行計算，作出對結(jié)垢或腐蝕傾向的初步判斷，以便考慮試驗方案。目前的計算方法都是根據(jù)水中某種鹽類的溶解平衡關系提出的，也就是說水中某種鹽達到能夠析出的數(shù)量，即有結(jié)水垢的傾向。如果該鹽類在水中能全部溶解，則在金屬表面上完全沒有水垢作保護層，即有腐蝕傾向。循環(huán)冷卻水中最易成垢的是碳酸鈣，如使用磷系配方的常有磷酸鈣垢，某些水質(zhì)還可能產(chǎn)生硫酸鈣、硅酸鎂等到水垢 ，故常以這幾種鹽類分別判斷結(jié)垢或腐蝕傾向。通常以經(jīng)驗飽和指數(shù)來判斷碳酸鹽的結(jié)垢傾向，即根據(jù)循環(huán)水中氫離子濃度與達到平衡時的氫離子濃度的比較，來判斷循環(huán)水中是否達到平衡，也就是飽和指數(shù)：il=ph0 phs (3-3)式中： il飽和指數(shù)； ph0

30、循環(huán)冷卻水在實際使用溫度下的實際ph值； phs在循環(huán)冷卻水使用溫度下，式(3-3)達到平衡時的ph值；il=0時，ca(co)3剛好達到飽和，此時水不會產(chǎn)生水垢，也不會發(fā)生腐蝕；il0時，水中ca(co)3處于過飽和狀態(tài)有析出水垢的傾向；il0時，ca(co)3未飽和，有過量的co2 存在，會出現(xiàn)消溶循環(huán)水系統(tǒng)中水垢的傾向，即存在腐蝕的可能。考慮控制水垢方案時，要結(jié)合循環(huán)水量大小、要求如何、藥劑來源等，因地制宜地選擇控制方案?？刂扑肝龀龅姆椒ù笾掠幸韵聨最悾?22從冷卻水中除去成垢的鈣離子冷卻水中如無過量的po43-或sio2，則磷酸鈣和硅酸鈣是不容易生成的。循環(huán)冷卻水中最易生成的水垢是碳

31、酸鈣垢，因此談到水垢控制時，主要是指如何防止碳酸鹽水垢的析出。而水中ca2+是形成碳酸垢的主要原因，如能從水中除去ca2+，使水軟話，則碳酸鈣就無法結(jié)晶析出，也就不形成水垢。從水中除去鈣離子的方法主要有以下兩種：1離子交換樹脂法離子交換樹脂法就是讓水通過離子交換樹脂，將ca2+、mg2+從水中置換出來并結(jié)合在樹脂上，達到從水中除去ca2+、mg2+的目的。用不同性質(zhì)的離子交換樹脂，可以很簡地從硬水中除去等離子，使水軟化。其主要的操作流程如：圖 5-1所示：軟化時采用的樹脂是鈉型陽離子交換樹脂。硬水通過交換樹脂 ，其中的ca2+、mg2+等二價陽離子與na+交換，并與樹脂結(jié)合，從而除去ca2+、

32、mg2+等，使水軟化。當樹脂失去交換能力時，就要停止軟化操作，并通過進食鹽水，使結(jié)合在樹脂上的ca2+、mg2+與食鹽中的na+進行交換，讓na+從新結(jié)合在樹脂上，原先結(jié)合在樹脂上的ca2+、mg2+經(jīng)過交換后進入水中，隨再生廢液一起排走。這個過程稱為再生。如此軟化、再生交替進行，就能簡便地得到軟水，再生反應如下： r(so3na)2+ ca(hco3)2 = r(so3)2ca+2nahco3r(so3na)2+ mgso4 = r(so3)2mg+na2so4r(so3)2ca+2nacl=r(so3na)2 +cacl2r(so3)2mg+2nacl=r(so3na)2+mgcl2用離子

33、交換法需較高的補充水，成本高。因此只有補充水量小的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)才會使用。2石灰軟化法補充水未進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)之前，在預處理是就投加適當?shù)氖?，讓水中的酸投加石灰所耗的成本?原水鈣含量高而補水量又較大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常采用這種法.但投加石灰時,灰塵較大,勞動條件差.如能從設計上改進石灰投加法,此法是值得采用的,尤其對暫時硬度大的結(jié)垢型原水更適用。3控制濃縮倍數(shù)循環(huán)水在運行過程中不斷濃縮和蒸發(fā)，當濃縮到一定程度時，就會發(fā)生caco3的沉淀，為了防止水垢生成，辦法之一就是控制好循環(huán)水中鹽類的濃縮倍數(shù)，使其碳酸鹽的硬度低于極限碳酸鹽硬度。523加酸或通co2氣體,降低ph,穩(wěn)定重碳酸鹽1加酸通常

34、是加硫酸.因為加鹽酸會帶入cl-,增加水的腐蝕性,加硝酸則會帶入硝酸根,有利硝化細菌的繁殖.由于重碳酸鹽在水中常呈下列平衡:ca(hco3)2 = ca2+ + 2hco3-hco3 - = h+ + co3-所以加酸帶入的h+,可促使反應向左進行,使重碳酸鹽穩(wěn)定。加酸法目前仍有使用,由于硫酸加入后,循環(huán)水ph會下降,如不注意控制而加酸過多,則會加速設備的腐蝕.在操作中如果依靠工人分析循環(huán)水ph來控制加酸量,則有取樣點是否有代表性及調(diào)節(jié)ph滯后等問題.因此,如果采用加酸法,最好配有自動加酸,調(diào)節(jié)ph的設備和儀表。 2通co2氣有些化肥廠在生產(chǎn)過程中常有多余的co2氣,而有些化工廠的煙道氣中也含

35、有相當多的co2氣.如果將co2氣或煙道氣通入水中,則可使下列平衡向左進行,從而穩(wěn)定重碳酸鹽:ca(hco3)=caco3+co2+h2o但此法常因冷卻水通過冷卻塔時,co2氣容易從水中逸出,因而在冷卻塔中析出碳酸鈣,堵塞冷卻塔與填料之間的孔隙.這種現(xiàn)象稱鈣垢轉(zhuǎn)移,因此采用有困難.根據(jù)近年來實踐的經(jīng)驗,只要在原水塔中適當注意補充一些co2氣,并控制好冷卻水的ph值,就可以減少或消除鈣垢轉(zhuǎn)移的危害,故此法對某些化肥廠或化工廠,電廠等仍有推廣使用的價值。5.2.4投加阻垢劑結(jié)垢是水中微溶鹽結(jié)晶沉淀的結(jié)果。在鹽類過飽和溶液中，首先產(chǎn)生晶核，再形成少量微晶粒，然后這些微晶粒相互碰撞，并按一種特有的方式

36、或次序排列起來，使小晶粒不斷成長，形成大晶體。如果，投加某些藥劑（阻垢分散劑），改變循環(huán)水中碳酸鈣等微溶鹽類的晶體生長過程和形態(tài)，使其處于相應過飽和的介穩(wěn)狀態(tài)分散在水中，就可以避免結(jié)垢或減輕結(jié)垢的程度，甚至使已附著的垢物剝離。具有阻垢性能的藥劑有螯合劑、抑制劑和分散劑。螯合劑和陽離子形成螯合物或絡合物，將金屬離子封閉起來，阻止其與陰離子反應生成水垢，其結(jié)果實際上是降低了水中游離的鈣鎂離子的濃度，因而起到阻垢作用。edta是性能良好的螯合劑，幾乎能與所有的金屬離子螯合。螯合劑的投藥量符合化學計量關系。要想通過螯合來阻垢，必須添加高劑量的螯合劑，在工業(yè)上難以辦到。抑制劑能擴大物質(zhì)結(jié)晶的介穩(wěn)區(qū)，在相

37、當大的過飽和程度上將結(jié)垢物質(zhì)穩(wěn)定在水中不析出。當水中產(chǎn)生微小晶核時，它們強烈的吸附在晶核上，將晶核與其它離子隔開，從而抑制晶核長大。即使晶核能長大，但由于其干擾作用使晶核排列不正常，發(fā)生畸形或扭曲，也難于形成致密而牢固的垢層。這種垢層中有大量的空隙，彼此無粘結(jié)力，在水中很容易被沖走。聚磷酸鹽和膦酸鹽是性能優(yōu)良的鈣垢抑制劑。抑制劑的投量是非化學計量的，比螯合劑用量少。分散劑是一類陰離子型或非離子型高分子聚合物，如聚丙烯鹽酸，聚馬來酸等，它們吸附在微晶粒上，使微晶粒表面形成雙電層，互相排斥，或者將數(shù)個微晶粒連成彼此有相當距離的疏松的微粒團，阻垢微粒相互接觸而長大，使其長時間分散在水中。作分散劑用的

38、聚合物的分子量要適當，最佳為100050000。分子量太小，分散作用差；分子量太大即聚合物的鏈太長，反而使粒子絮凝成大團粒而導致產(chǎn)生污垢。53污垢的控制污垢的形成主要是由塵土、雜物碎屑、菌藻尸體及其分泌物和細微水垢產(chǎn)物等構(gòu)成。腐蝕因此，欲控制好污垢，必須做到以下幾點：1、降低補充水濁度天然水中尤其是地面水中總夾雜許多泥砂、腐殖質(zhì)以及各種懸浮物和膠體物，它們構(gòu)成水的濁度。作為循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)中可形成污垢的雜質(zhì)就愈少。干凈的循環(huán)水不易形成污垢。當補充水濁度低于5-8mg/l以下。如城鎮(zhèn)自來水、井水等可以不作預處理直接進入循環(huán)水系統(tǒng)。當補充水濁度高時，必須進行預處理，使其濁度

39、降低。為此中華人民共和國國家標準 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范中規(guī)定，循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度不宜大于20mg/l。當換熱器的型式為板式、翅片管式和螺旋板式時，不宜大于10 mg/l。2、補充水的預處理 如果補充水的懸浮物含量高，就會使循環(huán)水系統(tǒng)遭到污染，給運行帶來一定的問題，必須進行處理，這包括對循環(huán)冷卻水的補充水進行混凝、澄清處理及過濾處理。3、投加藥劑在進行阻垢、防腐和殺菌水質(zhì)處理時投加一定的分散劑，也是控制污垢的好方法。分散劑能將粘合在一起的泥團等雜質(zhì)分散成微細物懸浮與水中，隨著水流流動而不沉積在傳熱器的表面，從而減少污垢對傳熱器的影響，同時部分懸浮物還可以隨排污水排出循環(huán)水系統(tǒng)。投加藥劑

40、有四類：（1）殺菌劑及滅藻劑（2）分散劑和滲透劑（3）絮凝劑（4）乳化劑。這幾中藥劑可以單獨使用，也可以混合使用，也可以針對性地對個別污泥較重的部位投加某種藥劑。4、做好循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理冷卻水在循環(huán)使用過程中，如不進行水質(zhì)處理，必然會產(chǎn)生水垢或?qū)υO備腐蝕，生成腐蝕產(chǎn)物。同時必然會有大量菌藻滋生，從而形成污垢。如果循環(huán)水進行了水質(zhì)處理，但處理的不太好時就會使原來的水垢因阻垢劑的加入而變的松軟，再加上腐蝕產(chǎn)物和菌藻繁殖分泌粘性物，它們就會粘合在一起，形成污垢。因此，做好水質(zhì)處理，是減少系統(tǒng)產(chǎn)生污垢的好方法。5、增加旁濾設備旁流過濾（side stream filtration）是指從循環(huán)冷卻水系

41、統(tǒng)中分流出一部分流量進行過濾處理，以維持循環(huán)水中懸浮物在一定的范圍之內(nèi)。旁流水量一般為整個循環(huán)水量的2%-5%。即使在水質(zhì)較好、補充水濁度也較低的情況下。循環(huán)水系統(tǒng)中的濁度仍然會不斷在升高，從而加重污垢的形成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作的情況下濁度升高是由于冷卻水經(jīng)過塔與空氣接觸時，空氣中的灰塵被帶入水中，特別是工廠所在的地理環(huán)境干燥、塵土飛揚更為明顯。6嚴格控制濃縮倍數(shù) 主要依靠選擇高效的緩蝕阻垢劑，提高濃縮倍數(shù)，控制排污量，嚴禁系統(tǒng)在循環(huán)水使用溫度范圍內(nèi)參緩蝕阻垢劑，也是提高濃縮倍數(shù)的方法之一。7強化設備管理 （1）、隨時消除設備的跑、冒、滴、漏，避免工藝介質(zhì)對循環(huán)水系統(tǒng)的污染或循環(huán)水對工藝

42、介質(zhì)的影響（2）、涼水塔收水器的規(guī)格、安裝要求是控制漂水量的關鍵環(huán)節(jié)，努力降低系統(tǒng)的滲水、漏水量（3）、抓好設備安裝和維修質(zhì)量是控制工業(yè)循環(huán)水運行費用的有效措施。8強化生產(chǎn)管理； 加強對輸水管道、水溝、水池的封閉管理，防止雜物、塑料袋、包裝盒、雜草之類的物質(zhì)進入循環(huán)水系統(tǒng)。6微生物的控制61微生物引起的危害循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的環(huán)境極利于微生物的生長繁殖，微生物滋生將產(chǎn)生兩大直接危害，即微生物腐蝕和沉積腐蝕。循環(huán)水系統(tǒng)中大量細菌分泌出的粘液像粘合劑一樣，并以微生物群體及其遺骸為主體，與水中灰塵、雜質(zhì)、化學沉淀物、腐蝕產(chǎn)物等粘結(jié)在一起，形成粘糊糊的膠粘狀物，即微生物粘泥。微生物粘泥既能促進污垢沉積，又

43、能促進腐蝕，給系統(tǒng)造成的危害是相當突出的。粘泥是微生物引起的最嚴重的危害，常表現(xiàn)在以下幾個方面：1、粘泥附著在換熱部位的金屬表面上，降低冷卻水的冷卻效果。2、大量的粘泥將堵塞換熱器中冷卻水的通道，從而使冷卻水無法工作；少量的粘泥則減少冷卻水通道的截面積，從而降低冷卻水的流量和冷卻效果，增加泵壓。3、粘泥集積在冷卻塔填料的表面或填料間，堵塞了冷卻水的通過，降低冷卻塔的冷卻效果。4、粘泥覆蓋在換熱器的金屬表面上，阻止緩蝕劑和阻垢劑到達金屬表面發(fā)揮其緩蝕和阻垢的作用，阻止殺生劑殺滅粘泥下的微生物，降低這些藥劑的功效。5、粘泥覆蓋在金屬表面，形成氧濃差腐蝕電池，引起金屬設備及管道的腐蝕。62微生物的控

44、制指標冷卻水系統(tǒng)中微生物的控制主要是通過對微生物生長的控制來實現(xiàn)的，即通過控制冷卻水中微生物的數(shù)量來實現(xiàn)的。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物生長的控制可采用表6-1中的一些指標。表6-1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中微生物控制的指標及監(jiān)測頻率監(jiān)測項目控制指標監(jiān)測頻率異養(yǎng)菌真菌硫酸鹽還原菌鐵細菌黏泥量5105個/ml（平皿計數(shù)法）10個/ml5個/ml100個/ml4 ml/m3（生物過濾網(wǎng)法）1 ml/m3（碘化鉀法）23次/周1次/周1次/月1次/月1次/天1次/天63微生物的控制在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中主要是投加某種化學藥劑來控制微生物污的污染。控制水中微生物的藥劑分為殺死生物藥劑和抑制生物繁殖藥劑兩類。這兩種藥劑

45、在使用過程中要根據(jù)循環(huán)冷卻水的實際殺生效果，不斷調(diào)整藥劑的劑量和種類，以取的最佳的殺菌效果。631選用耐腐蝕材料金屬材料耐微生物腐蝕的性能大致可以排列如下：鈦不銹鋼黃銅純銅硬鋁碳鋼目前常用的海洋用低合金鋼耐受好氧性和厭氧性細菌腐蝕的能力都較抵。632控制水質(zhì)控制水質(zhì)主要是控制冷卻水中的氧含量、ph值、懸浮物和微生物的養(yǎng)料。油類是微生物的養(yǎng)料，故應盡可能防止它泄漏入冷卻水系統(tǒng)。如果漏入冷卻水系統(tǒng)中的油較多，則應及時清除。清除漏油的方案中應包括機械除油和化學清洗除油。633采用殺生涂料在采用防腐涂料保護金屬換熱器的冷卻水一側(cè)時，所用的涂料應能耐受冷卻水中微生物的破壞。涂料中添加能抑制微生物的殺生劑

46、（例如偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等）是人們常采用的一些控制微生物生長、破壞涂料和引起腐蝕的有效措施。用由改性水玻璃、氧化亞銅、氧化鋅和填料等制成的無機防藻涂料涂刷在冷卻塔和水池的內(nèi)壁上，則不但可以控制冷卻水系統(tǒng)中冷卻塔、水池內(nèi)壁、抽風筒、收水器等處藻類的生長，而且還可以控制冷卻水中異養(yǎng)菌的生長。634陰極保護法冷卻水系統(tǒng)中存在硫酸鹽還原菌時，碳鋼的陰極保護電位一般應為-095v（相對于cu/cuso4電極）。這一電極可使碳鋼在厭養(yǎng)環(huán)境中處于免蝕狀態(tài)，也就是使碳鋼處于熱力學的穩(wěn)定狀態(tài)，從而防止碳鋼被腐蝕。采用犧牲陽極保護時，則應注意生物附著物的影響。有研究表明，鋁合金犧牲陽極表面易

47、長滿海洋生物，能導致犧牲陽極的電阻增高，陽極輸出電流下降，影響陰極保護的效果。與之相反，鋅犧牲陽極則極少受到生物污染的影響。635清洗進行物理清洗或化學清洗，可以把冷卻水系統(tǒng)中微生物生長所需的養(yǎng)料（例如漏入冷卻水中的油類）、微生物生長的基地（例如黏泥）和庇護所（例如腐蝕產(chǎn)物和淤泥）以及微生物本身從冷卻水系統(tǒng)中的金屬設備表面上除去，并從冷卻水系統(tǒng)中排除。清洗對于一個被微生物嚴重污染的冷卻水系統(tǒng)來說，是一種十分有效的措施。清洗還可以使清洗后剩下來的餓微生物直接暴露在外，從而為殺生劑直接達到微生物表面殺死它們創(chuàng)造有利的條件。636防止陽光照射藻類的生長和繁殖需要陽光，故冷卻水系統(tǒng)應避免陽光的直接照射

48、。為此，水池上面應加蓋；冷卻塔的進風口則可加裝百葉窗。637旁流過濾在循環(huán)水系統(tǒng)中，設計安裝用砂子或無煙煤等為濾料的旁濾池過濾冷卻水是一種控制微生物的有效措施。通過旁流過濾，可以在不影響冷卻水系統(tǒng)正常運行的情況下除去水中大部分微生物。638混凝沉淀在補充水的前處理或循環(huán)冷卻水的旁流處理過程中，常使用鋁鹽、鐵鹽等混凝劑或高分子絮凝體一起沉淀下來，從而把它們除去。用這種辦法除去的微生物占水體中微生物的80左右。639噬菌體法噬菌體（bacteriophage）是一種能夠吃掉細菌的微生物，也稱為細菌病毒。這種細菌病毒與動物病毒、植物病毒不同，它們只對細菌的細胞發(fā)生作用，故是一種很小的、在控制細菌數(shù)量

49、方面非常有用的病毒。噬菌體靠寄生在叫做“宿主”的細菌里進行繁殖，繁殖的結(jié)果使“宿主”裂解、被吃掉。其“吃菌”機理為：噬菌體首先吸附于敏感細菌表面，釋放酶水解細菌細胞壁的胎聚糖，把頭部的核酸注入到細菌細胞內(nèi)，利用細菌內(nèi)的dna合成自身的dna，然后在細菌內(nèi)裝配成噬菌體，借宿主細胞裂解而釋放，這個過程叫做溶菌作用。近20年來的研究表明，利用噬菌體控制和消除冷卻水中的微生物是一種頗有前途的生物學方法。已用與于防止電站的海水冷卻水系統(tǒng)和造紙廠的地表水冷卻水系統(tǒng)中微生物黏泥的形成，十分有效。圖6-1中示出了動態(tài)模擬試驗中噬菌體對循環(huán)水中有害細菌的殺滅作用。曲線1代表未加噬菌體的循環(huán)水中細菌數(shù)量的變化，曲

50、線2代表加入噬菌體的循環(huán)水細菌數(shù)量的變化。由圖中可見，加入了噬菌體的循環(huán)水中，細菌的增殖較慢，24h時達到最高點，繼而下降。以對照細菌量達最高時計算，噬菌體的殺菌率達到833。圖6-1動態(tài)模擬試驗水樣中加入噬菌體后細菌數(shù)量的變化圖6-2表明掛片菌量達到最高的時間同水樣一致，按24h時計算，噬菌體對于掛片附著菌的殺菌率為70。噬菌體對掛片上附著菌的殺菌率低于在水樣中的殺菌率，可能同噬菌體在液體中比在固體表面游動快、吸附幾率大以及菌分泌黏液層覆蓋保護作用而妨礙噬菌體侵染有關。圖6-2動態(tài)模擬試驗中掛片上細菌數(shù)量的變化噬菌體法消除冷卻水系統(tǒng)中黏泥和微生物的優(yōu)點：與加氯相比，噬菌體的溶菌作用不會影響生態(tài)環(huán)境；一個噬菌體溶菌后，能放出數(shù)百個噬菌體，故只要加入少量噬菌體，就能獲得好的效果；噬菌體的增殖保存技術已經(jīng)建立，渴望實