循環(huán)水系統(tǒng)培訓(xùn)教程

1、福建省鑫東華實業(yè)有限公司 循環(huán)水處理系統(tǒng)培訓(xùn)教程2014年8月8日第一節(jié)：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)總概水是地球上分布最廣的自然資源之一，也是人類環(huán)境的一個重要組成部分。地球上的水總量約1.4×1019m3，海洋中聚集著絕在部分的水，占地球總水量的97.2%，而淡水只占總水量的2.53%。水資源是指全球水量中對人類生存、發(fā)展的可利用的水量，主要是指逐年可以得到更新的那部分淡水量，所以淡水總量并不等于水資源，實際上能供人類生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的淡水資源還不到淡水總量的萬分之一,可見水資源并不是取之不盡用之不絕的資源。人類日常生活離不開水，工業(yè)生產(chǎn)也同樣離不開水，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，用水量越來越大，

2、很多地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)供水不足的現(xiàn)象，因此合理和節(jié)約用水已經(jīng)成為發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要問題。工業(yè)用水主要包括鍋爐用水、工藝用水、清洗用水和冷卻用水、污水等。其中用水量最大的是冷卻用水，約占工業(yè)用水量的百分之九十以上。不同的工業(yè)系統(tǒng)和不同用途對水質(zhì)的要求是不同的；但各工業(yè)部門使用的冷卻水對水質(zhì)的要求基本上是一致的，這就使得冷卻水質(zhì)控制在近年來作為一門應(yīng)用技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展。在工廠中，冷卻水主要用來冷凝蒸汽、冷卻產(chǎn)品或設(shè)備，如果冷卻效果差，就會影響生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量下降，甚至于會造成生產(chǎn)事故。水是比較理想的冷卻介質(zhì)。因為水的存在很普遍，和其它液體相比，水的熱容或比熱較大，水的汽化潛熱

3、（蒸發(fā)潛熱）和熔化潛熱也很高。比熱是單位質(zhì)量的水溫度升高一度時所吸收的熱量。常用的單位是卡/克·度(攝氏)或英熱單位(BTU)/磅·度(華氏)。用這兩個單位表示水的比熱度時，其數(shù)值是相同的。熱容大或比熱大的物質(zhì)升高溫度時需要吸收大量的熱量，而本身溫度并不明顯升高，因此水具有良好的貯熱性能。潛熱是物態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時所吸收或放出的熱量。一克分子水蒸發(fā)成為一克分子蒸汽需要吸收近一萬卡的熱量，因此水蒸發(fā)時能吸收大量的熱量，從而使水溫下降，這種依靠水份蒸發(fā)帶走熱量的過程稱為蒸發(fā)散熱。和水一樣，空氣也是一種常用的冷卻介質(zhì)。水和空氣的導(dǎo)熱性能都很差，在0時，水的導(dǎo)熱系數(shù)是0.49千卡/米&#

4、183;小時·，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.021千卡/米·小時·，但水與空氣相比，水的導(dǎo)熱系數(shù)要比空氣高24倍左右。因此，當(dāng)冷卻效果相同時，用水冷卻比用空氣冷卻的設(shè)備要小得多。大型工業(yè)企業(yè)和用水量大的工廠一般都采用水冷卻。第二節(jié)：冷卻水系統(tǒng)類型一、直流冷卻水系統(tǒng)：在直流冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水僅僅通過換熱設(shè)備一次，用過后水就被排放掉，因此，它的用水量很大，而排出水的溫升卻很小，水中各種礦物質(zhì)和離子含量基本上保持不變。早期工廠的冷卻水系統(tǒng)采取直流系統(tǒng)，其冷卻水從水源流經(jīng)換熱器后又回流到水源處。其優(yōu)點為快速有效，水源處的水溫較低；靈活性，可在最小的傳熱面條件下冷卻；表現(xiàn)為腐蝕、

5、污垢和微生物繁殖的相對較小；系統(tǒng)內(nèi)由水引起的問題主要取決于原水的性質(zhì)，由于水在系統(tǒng)內(nèi)沒有濃縮，一般不會發(fā)生明顯的物理和化學(xué)變化，其缺點為冷卻水系統(tǒng)內(nèi)水的流量和溫度的變化、加上水的性質(zhì)各不相同（河水、湖水常含有大量懸浮物和沉積物，且隨季節(jié)變化水中常含鐵和結(jié)垢的鹽類變化較大），使得系統(tǒng)的管理工作更加復(fù)雜。圖1: 直流冷卻水系統(tǒng) 二、密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又稱為封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，水在這種系統(tǒng)中循環(huán)進行熱交換，冷卻水升溫后不與大氣直接接觸，而在另一臺換熱設(shè)備中經(jīng)其他冷卻介質(zhì)換熱降溫后再回用，以冷卻高溫?zé)峤橘|(zhì)。 這種封閉式系統(tǒng)須使用含鹽量很低的軟水或純水，冷卻水循環(huán)冷卻過程中，不

6、直接暴露于空氣中，水量損失少，水中各種礦物質(zhì)與離子含量一般也不會發(fā)生變化，溶解氧和雜質(zhì)含量極少，又不與陽光接觸，不利于菌、藻等微生物生長繁殖，系統(tǒng)中結(jié)垢和腐蝕較少發(fā)生，排污量也很小。因此，這種系統(tǒng)的水質(zhì)處理方法比較簡單，維護容易。而且補充水量極少，有利于水資源的節(jié)約。但該系統(tǒng)中的冷卻水不存在蒸發(fā)冷卻過程，只靠傳導(dǎo)散熱，冷卻效率很低，循環(huán)系統(tǒng)的造價和能耗高，一般只用于發(fā)電機、內(nèi)燃機或有特殊要求的單臺換熱設(shè)備。圖2：封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)三、敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：1、分類：敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣、類型最多的一種冷卻系統(tǒng)。它也是以水冷卻移走工藝介質(zhì)或換熱設(shè)備所散發(fā)的熱量，然后利用熱水和空氣

7、直接接觸時將一部分熱水蒸發(fā)出去，而使大部分熱水得到冷卻后，再循環(huán)使用。因此，這樣的系統(tǒng)也稱敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)熱水和空氣接觸方法的不同，可以分成很多類型。敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的分類見表一。表一 敞開蒸發(fā)系統(tǒng)的分類 自然冷卻塔冷卻池 噴淋冷卻池 噴水式敞 開 放 式 橫流式開 點滴式蒸發(fā) 自然通風(fēng)系 點滴式、薄膜式統(tǒng) 風(fēng) 筒 式 噴水式、點滴薄膜式冷卻 點滴式 塔 鼓 風(fēng) 式 薄膜式 逆流式 噴水式 點滴薄膜式 機械通風(fēng) 點滴式 橫流或逆流式 薄膜式 抽 風(fēng) 式 噴水式 點滴薄膜式 逆流式冷卻水由循環(huán)泵送往系統(tǒng)中各換熱器，以冷卻工藝熱介質(zhì)，冷卻水本身溫度升高，變成熱水，此循環(huán)水量為R的熱水被送

8、往冷卻塔頂部，由布水管道噴淋到塔內(nèi)填料上。空氣則由塔底百頁窗空隙中進入塔內(nèi)，并被塔頂風(fēng)扇抽吸上升，與落下的水滴和填料上的水膜相遇進行熱交換，水滴和水膜則在下降過程中逐漸變冷，當(dāng)?shù)竭_冷卻水池時，水溫正好下降到符合冷卻水的要求。空氣在塔內(nèi)上升過程中則逐漸變熱，最后由塔頂逸出，同時帶走水蒸氣。這部分水的損失稱為蒸氣損失E。熱水由塔頂向下噴濺時，由于外界風(fēng)吹和風(fēng)扇抽吸的影響，循環(huán)水會有一定的飛濺損失和隨空氣帶出的霧沫夾帶損失。由于這些損失掉的水，統(tǒng)稱為風(fēng)吹損失D。為了維持循環(huán)水中的一定的離子濃度，必須不斷向系統(tǒng)中加入補充水量M和系統(tǒng)外面排出一定的污水。這部分水量稱為排污損失B。 圖3：敞開式循環(huán)冷卻水

9、系統(tǒng)1-補充水（M）；2-冷卻塔；3-冷水池；4-循環(huán)水泵；5-滲漏水（F）；6-冷卻水；7-冷卻用換熱器；8-熱水（R）；9-排污水（B）；10-蒸發(fā)損失（E）；11-風(fēng)吹損失（D）；12-空氣2、冷卻原理：通過水與空氣接觸，由以下三個過程共同作用的結(jié)果。2.1、水的蒸發(fā)散熱：2.1.1、水在冷卻設(shè)備中形成大小水滴或極薄水膜，擴大其與空氣的接觸面積和延長接觸時間，加強水的蒸發(fā)，使水汽從水中帶走汽化所需的熱量，從而使水冷卻。2.1.2、為了加快蒸發(fā)散熱，一方面應(yīng)增加熱水與濕空氣之間的接觸面積，以提供水分字逸出的機會；另一方面提高水氣界面上的空氣流動速度，以保持蒸發(fā)的推動力不變。2.2、水的接觸

10、傳熱：借傳導(dǎo)和對流傳熱，稱為接觸傳熱；水面與較低溫度的空氣接觸，由于溫差使熱水中的熱量傳到空氣中去，水溫得到降低，溫差愈大，傳熱效果愈好。2.3、水的輻射傳熱：不需要傳熱介質(zhì)的作用，而是由一種電磁波的形式來傳播熱能的現(xiàn)象；輻射傳熱只是在大面積的冷卻池內(nèi)才起作用。在其它類型的冷卻設(shè)備中，輻射傳熱可以忽略不計。3、冷卻塔的工藝構(gòu)造：冷卻塔一般由通風(fēng)筒、配水系統(tǒng)、淋水裝置、通風(fēng)設(shè)備、收水器及集水池等部分組成。下圖為抽風(fēng)式逆流冷卻塔的工藝構(gòu)造圖，熱水從上向下噴灑成水滴或水膜，空氣經(jīng)風(fēng)機或自然風(fēng)筒抽進塔內(nèi)由下向上流動，在淋水填料中水與空氣進行熱交換，從而降低水溫。 圖4： 機械通風(fēng)冷卻塔 1-配水系統(tǒng)；

11、2-填料；3-百葉窗；4-集水池；5-空氣分配區(qū)；6-風(fēng)機； 7-風(fēng)筒；8-熱空氣和水蒸汽；9-冷水3.1、配水系統(tǒng)：配水系統(tǒng)的作用是將待冷卻的熱水均勻的分布到冷卻塔整個淋水面上。若配水不均勻，淋水填料上水流密集的部分，通風(fēng)阻力增大，空氣流量就少，水的散熱冷卻效果就差；而水流過少的部分，空氣流量大，許多氣流沒有充分發(fā)揮其攜熱能力即逸出塔外，從而影響全塔的冷卻效果。配水系統(tǒng)還應(yīng)適應(yīng)流量在一定范圍內(nèi)變動時的配水均勻，對塔內(nèi)氣流阻力影響小，有利于防堵維修。配水系統(tǒng)一般由布水器及噴嘴組成。3.2、淋水裝置：淋水裝置主要由淋水填料組成，填料是冷卻塔內(nèi)水、氣兩相進行傳熱、傳質(zhì)的效能核心，是影響冷卻塔熱力性

12、能的主要組件。其作用是將配水系統(tǒng)濺落下來的熱水形成水膜或細小水滴，以增大水和空氣接觸表面積并延長水在塔中的流程，創(chuàng)造良好的傳熱傳質(zhì)條件。填料應(yīng)具有較大的比表面積，通風(fēng)阻力小，親水性強，化學(xué)穩(wěn)定性好，質(zhì)輕耐久，抗腐蝕，價廉易得，施工維護方便等特點3.3、通風(fēng)筒：冷卻塔靠高大的風(fēng)筒上下存在的空氣密度差所產(chǎn)生的抽力形成穩(wěn)定的氣流，起到抽風(fēng)和送濕熱空氣的作用，筒體越高，抽風(fēng)效果越好，筒體一般設(shè)計成雙曲線型。外界空氣由塔筒下部進風(fēng)口進入塔內(nèi)，空氣通過淋水填料時與熱水進行濕熱交換，然后通過風(fēng)筒排出塔外。3.4、通風(fēng)設(shè)備：通風(fēng)設(shè)備一般選用軸流風(fēng)機，可通過調(diào)整葉片的角度在一定范圍內(nèi)改變風(fēng)量與風(fēng)壓。3.5、進風(fēng)

13、口：進風(fēng)口一般是指填料以下到集水池水面以上的空間，進風(fēng)口一般設(shè)置向塔內(nèi)傾斜成45°交角的進風(fēng)百葉窗。3.6、收水器：收水器是冷卻塔防止飛濺損失，減少補充水量，節(jié)約用水的重要組成部分，其作用是回收利用即將出塔的濕空氣中攜帶的霧狀小水滴，一般安裝在配水系統(tǒng)上部與風(fēng)機下部。3.7、集水池：集水池設(shè)在冷卻塔塔體下方，起儲存和調(diào)節(jié)冷卻水水量的作用，其底部低點處設(shè)置排污口。3.8、塔體：塔體在冷卻塔功能上起著封閉和圍護的作用，一般在形狀上有方形、圓形、矩形等。四、循環(huán)冷卻水處理：1、弊端及問題：冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，由于水的溫度升高，水流速度的變化，水的蒸發(fā)，各種無機離子和有機物質(zhì)的濃

14、縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進入，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會產(chǎn)生比直流系統(tǒng)更為嚴(yán)重的沉積物的附著、設(shè)備腐蝕和微生物的大量滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等問題。1.1、 腐蝕：所謂腐蝕，即金屬和它所存在的環(huán)境之間的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起金屬的破壞現(xiàn)象。在冷卻水系統(tǒng)中，腐蝕主要以氧腐蝕為主，一般來說陽極反應(yīng)是鐵的溶解過程：2Fe2Fe2+4e；陰極反應(yīng)是氧的還原反應(yīng)：O22H2O4e4OH -。這種腐蝕反應(yīng)在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中引起的危害，除了使系統(tǒng)的輸水管線、水冷設(shè)備的壽命減少及損壞等直接的損失之外，還會因泄漏造成各種污染甚至意外停車事故。

15、另外由于腐蝕產(chǎn)生的銹瘤，也會引起水冷器傳熱效率下降或管阻塞等結(jié)垢障礙，一般在冷卻水系統(tǒng)中，若不使用化學(xué)處理方法，碳鋼的平均腐蝕率一般在 70150 mg/dm2 ·day(0.30.7mm/a)范圍之內(nèi)，但發(fā)生點蝕的部位腐蝕速度可達到平均腐蝕率的 210 倍。1.2、 結(jié)垢：結(jié)垢是指在水中溶解或懸浮的無機物，由于種種原因，而沉積在金屬表面，敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢主要成分有 CaCO3、Ca3(PO4)2、Zn 垢和腐蝕產(chǎn)物等。由于緩蝕劑使用致使腐蝕產(chǎn)物大大減少，而以 CaCO3 垢，Ca3(PO4)2 垢及鋅垢為主要成份。Ca(HCO3)2CaCO3H2OCO23Ca2+ 2PO

16、4 3-Ca3(PO4)2由于垢的產(chǎn)生會引起水冷設(shè)備換熱效率下降，管線的阻力增大，導(dǎo)致循環(huán)水量減少或列管的堵塞等，敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中影響結(jié)垢的主要因素是冷卻水pH值、Ca 硬、總堿度、水溫、流速及金屬表面狀況等。循環(huán)水中鈣硬度在 200mg/L CaCO3 左右，換熱表面溫度極高，極易成垢，而影響換熱效率，造成生產(chǎn)能力下降。1.3、 粘泥：所謂粘泥主要指的是金屬列管等內(nèi)壁附著的粘性物，粘泥主要由于細菌及藻類等微生物分泌產(chǎn)物同時粘附了水中懸浮雜質(zhì)而形成，粘泥產(chǎn)生的后果與結(jié)垢一樣會影響傳熱、堵塞列管、引起局部的腐蝕等危害。影響粘泥生成主要因素與微生物總數(shù)、水溫、pH、溶解氧、營養(yǎng)源及金屬表面特

17、性等有關(guān)。1.4、腐蝕、結(jié)垢、粘泥對生產(chǎn)系統(tǒng)的影響： 熱交換器效率降低 腐蝕 熱交換器泄漏 材質(zhì)強度降低 熱交換器堵塞 結(jié)垢 水泵壓力上升，流量降低促進腐蝕藥劑消耗量增加粘泥冷卻塔效率降低填料變形塌下外觀污染（視覺公差）1.5、 腐蝕、結(jié)垢、粘泥之間的關(guān)系：以上三個問題是相互促進和關(guān)聯(lián)的，腐蝕產(chǎn)物會催化結(jié)垢而且本身也是一種沉積物，垢下會加快局部腐蝕，生物粘泥會加快成垢速度而且與垢混雜在一起，又會造成腐蝕。2、水質(zhì)處理：為了抑制循環(huán)冷卻水所引起的腐蝕、結(jié)垢、粘泥等的危害，針對不同水質(zhì)和操作條件，投加各種緩蝕劑阻垢劑及殺菌滅藻劑，來達到水處理的目的，除選用較好的水處理藥劑外，還必須有一定的工藝過程

18、和要求：包括清洗、預(yù)膜和正常運行等幾個方面。2.1、清洗：清洗的目的是為了去除系統(tǒng)中的設(shè)備金屬表面的油污、浮銹、污垢及泥沙等雜質(zhì)，以達到凈化金屬表面，確保系統(tǒng)預(yù)膜效果和藥劑正常使用，如果清洗工作沒做好，在換熱器及管道內(nèi)存有大量的油污、泥沙、浮銹等雜質(zhì)，那么緩蝕性的保護膜就很難形成，就會使預(yù)膜效果下降，又會造成污垢沉積。因此對合理使用水處理劑，發(fā)揮水處理劑正常效用，首先對系統(tǒng)進行清洗凈化是非常必要的，也是必不可少的一道工序。清洗工作分物理清洗和化學(xué)清洗二個步驟，根據(jù)系統(tǒng)不同，采取的方法也不同。2.2、預(yù)膜：預(yù)膜就是通過藥劑預(yù)先在金屬表面形成一層保護膜，防止腐蝕。預(yù)膜過程又稱基礎(chǔ)投加處理，它與清洗

19、過程一樣，都是水處理技術(shù)中重要預(yù)處理過程之一，是否進行預(yù)膜，對緩蝕效果有明顯的差別，兩者相差可達20倍左右，一般預(yù)膜處理是加大緩蝕劑的初期投加濃度，使其快速成膜，以抑制初始階段較高的腐蝕速度。2.3、正常運行：當(dāng)預(yù)膜處理完成后，水處理劑從高濃度轉(zhuǎn)入低濃度的處理稱為正常處理，也稱為正常運行。在預(yù)膜處理的基礎(chǔ)上，采用適當(dāng)?shù)乃幚硭巹┡浞?，處理循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)，以維持和修補系統(tǒng)內(nèi)金屬表面形成的保護膜，從而達到防腐、防垢和防止微生物生長的目的，這就是正常運行的作用。正常運行應(yīng)隨水質(zhì)和工藝條件不同而采用不同的水處理藥劑配方。2.3.1、緩蝕劑阻垢劑：阻垢緩蝕劑集緩蝕、阻垢、分散性能于一體，其緩蝕機理為在

20、活化的金屬表面形成一層致密的沉淀型保護膜或表面絡(luò)合物，從而阻止了金屬的腐蝕；其阻垢分散機理為復(fù)合型藥劑中的有效基團與循環(huán)冷卻水中 Ca 、Mg 離子發(fā)生螯合，在水垢產(chǎn)生過程中，它能吸附在結(jié)晶表面，使之不能正常生成，而發(fā)生晶格畸變，從而阻止了傳熱表面水垢的生成，或者是與 Ca 、Mg 形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而增加 CaCO3 等的溶解度，同時藥劑能對微小晶粒起到有效的分散作用。2.3.2、殺菌滅藻劑：2.3.2.1、氧化型殺菌滅藻劑：該殺菌滅藻劑為含氯殺菌劑，具有強烈的氧化性，是一種強氧化劑，能有效的抑制青苔、細菌、真菌等微生物的形成，避免水系統(tǒng)阻塞，確保管路暢通，同時又具有很好的緩蝕和污泥剝落效

21、果。2.3.2.2、非氧化型殺菌滅藻劑：系統(tǒng)正常運行過程中，如長時間使用單一品種殺菌劑，容易使細菌產(chǎn)生抗藥性，影響化學(xué)處理效果，所以在化學(xué)處理過程中，常常用非氧化性殺菌滅藻劑與氧化性殺菌劑 交替使用，提高殺菌滅藻及粘泥剝離處理效果。非氧化型殺菌滅藻劑不是以氧化作用殺死微生物，而是以致毒作用于微生物的特殊部位，已達到殺菌滅藻的目的。3、水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)及要求：工藝介質(zhì)管理項目控制范圍循環(huán)冷卻水PH值79濁度20mg/L電導(dǎo)率2500s/cm鈣硬度200mg/L總堿度250mg/L氯離子200mg/L總鐵1.0mg/L總磷35mg/L二氧化硅175mg/L余氯0.30.8mg/L碳鋼掛片腐蝕率0.07

22、5 mm/年不銹鋼、銅掛片腐蝕率0.005 mm/年4、常見故障及處理：4.1、循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)出現(xiàn)異常時處理方案：4.1.1、pH 值、堿度指標(biāo)出現(xiàn)異常：在補充水 pH 正常的前提下，循環(huán)水 pH、堿度在短時間內(nèi)急速下降，應(yīng)首先排查是否有酸性介質(zhì)泄漏進入循環(huán)水系統(tǒng)，如果有泄漏，應(yīng)迅速隔離泄漏設(shè)備，進行水質(zhì)置換，同時適當(dāng)提高藥劑用量，如果 pH 值降至 5 以下，應(yīng)考慮重新進行預(yù)膜或補膜處理。循環(huán)水pH、堿度在短時間內(nèi)較快升高，應(yīng)排查是否有堿性物質(zhì)泄漏進入循環(huán)水系統(tǒng)，如果有泄漏，應(yīng)迅速隔離泄漏設(shè)備，大排大補，必要時加酸調(diào)節(jié)至正常范圍。循環(huán)水 pH、堿度如果在一段時間內(nèi)連續(xù)走低，應(yīng)考慮是否有漏氨的發(fā)生，加大水質(zhì)氨氮含量的測定頻次，如果的確有漏氨發(fā)生，應(yīng)查明泄漏源，盡可能隔離，同時加大殺菌滅藻劑的投加劑量及頻次。4.1.2、濁度指標(biāo)出現(xiàn)異常：在補充水濁度正常的前提下，循環(huán)水濁度在沒有加入大劑量殺菌滅藻劑的前提下出現(xiàn)連續(xù)偏高，應(yīng)檢查旁濾設(shè)備工作是否正常，取旁濾設(shè)備進出口的水質(zhì)化驗其濁度變化，如設(shè)