循環(huán)冷卻水的處理

1、17.7.循環(huán)冷卻水的處理循環(huán)冷卻水的處理烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系2教學(xué)目的、要求：教學(xué)目的、要求：掌握冷卻原理、水垢的控制、腐蝕的類型、掌握冷卻原理、水垢的控制、腐蝕的類型、微生物控制微生物控制熟悉工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的類型、冷卻構(gòu)筑物、熟悉工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的類型、冷卻構(gòu)筑物、污垢的控制污垢的控制了解工業(yè)冷卻水循環(huán)利用的意義，設(shè)備腐蝕了解工業(yè)冷卻水循環(huán)利用的意義，設(shè)備腐蝕的影響因素的影響因素37.1 概述概述一、工業(yè)循環(huán)冷卻水循環(huán)利用的意義：穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)約用水減少環(huán)境污染節(jié)約鋼材和提高經(jīng)濟(jì)效益4二、工業(yè)冷卻水系統(tǒng)的類型直接冷卻水系統(tǒng)冷卻水僅僅通過換熱設(shè)備一次特點(diǎn)：投資少，操作簡便，但是冷卻水的操作費(fèi)

2、用大，而且不符合當(dāng)前節(jié)約用水的要求循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包括封閉式和敞開式包括封閉式和敞開式封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：冷卻水的水質(zhì)處理比較簡單，：冷卻水的水質(zhì)處理比較簡單，維護(hù)容易，而且補(bǔ)充水量極少，有利于水資源的節(jié)約。維護(hù)容易，而且補(bǔ)充水量極少，有利于水資源的節(jié)約。但是冷卻效率很低，循環(huán)系統(tǒng)的基建造價和能耗高，一但是冷卻效率很低，循環(huán)系統(tǒng)的基建造價和能耗高，一般用于發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或有特殊要求的單臺換熱設(shè)備。般用于發(fā)電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)或有特殊要求的單臺換熱設(shè)備。 5敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：與直流冷卻水系統(tǒng)相比，補(bǔ)充的與直流冷卻水系統(tǒng)相比，補(bǔ)充的新鮮水一般只是

3、直流用水量的新鮮水一般只是直流用水量的10%左右，可節(jié)約大量冷卻左右，可節(jié)約大量冷卻水，排污水量也相應(yīng)減少，是目前應(yīng)用最廣泛的一種循環(huán)水，排污水量也相應(yīng)減少，是目前應(yīng)用最廣泛的一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)循環(huán)水同被冷卻物料、工藝介質(zhì)或裝置冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)循環(huán)水同被冷卻物料、工藝介質(zhì)或裝置是否有接觸，可分為清循環(huán)、污循環(huán)和集塵循環(huán)三種類型。是否有接觸，可分為清循環(huán)、污循環(huán)和集塵循環(huán)三種類型。濃縮倍數(shù)經(jīng)過濃縮過程的循環(huán)水的含鹽量與補(bǔ)充水的含鹽量之比。bxccK 61、蒸發(fā)損失E：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，這部分的損失。 E=a(R-B)2、風(fēng)吹損失D：熱水有塔頂向

4、下噴濺時，由于外界風(fēng)吹和風(fēng)扇抽吸的影響，循環(huán)水中由一定的飛濺損失和隨空氣帶走的霧沫夾帶損失，這些損失的水稱為風(fēng)吹損失。 D=（0.2%-0.5%）R3、排污損失B：向系統(tǒng)外面排除一定的污水。 B=E/(K-1)4、滲漏損失F：滲漏不可避免補(bǔ)充水量 M=E+D+B+F77.2 水的冷卻原理與冷卻構(gòu)筑物一、冷卻原理一、冷卻原理接觸傳熱熱傳導(dǎo)：單位面積上的熱傳導(dǎo)速度與導(dǎo)熱面的發(fā)向溫度梯度有關(guān)，還與導(dǎo)熱介質(zhì)有關(guān)。TKq對流傳熱：流體本身由于流動把熱量從一個地方帶到另一個地方的傳熱方式。)(22TTaq8二、 冷卻構(gòu)筑物1. 水面冷卻池（1）水面面積有限的水體（2）水面面積很大的水體2. 噴水池3. 冷

5、卻塔濕式干式5. 旁濾池4. 集水井91. 1. 水面冷卻池水面冷卻池102. 2. 噴水冷卻池噴水冷卻池113.3.濕式冷卻塔濕式冷卻塔12冷卻塔冷卻塔13（1）配水系統(tǒng) （2）淋水填料（3）風(fēng)機(jī) （4）風(fēng)筒（5）空氣分配裝置 （6）除水器（7）集水池 （8）塔體冷卻塔的組成部分14自然通風(fēng)冷卻塔自然通風(fēng)冷卻塔自然通風(fēng)式冷卻塔是利用空氣自然對流來使水冷卻的，水流運(yùn)動形式有噴淋、濺滴等多種 .主要有進(jìn)水管、出水管、分配水管、噴頭和通風(fēng)百葉窗等部件組成。 缺點(diǎn)是：占地面積大；冷卻效率低；冷卻效果不穩(wěn)定，易受風(fēng)速和風(fēng)向的影響，水被吹散的損失大 優(yōu)點(diǎn)是；構(gòu)造簡單；設(shè)備投資少；運(yùn)行維護(hù)方便。15機(jī)械通

6、風(fēng)冷卻塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔冷卻塔水系統(tǒng)通風(fēng)式冷卻塔需要消耗電能，而且維護(hù)管理比較復(fù)雜。但是它的冷卻效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，適用范圍廣 。16抽風(fēng)式機(jī)械通風(fēng)橫流鋼制冷卻塔抽風(fēng)式機(jī)械通風(fēng)橫流鋼制冷卻塔17逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔逆流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔在塔內(nèi)空氣和水通過填料時的流動方向是相逆的：熱水從上向下淋灑，而空氣從下向上流動。冷卻效果比較好，橫斷面積相對較小，其缺點(diǎn)是配水不夠均勻，而且塔體高度較大。18三、敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問題三、敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問題（1）水垢附著：不僅使傳熱效率降低，影響冷卻效果，嚴(yán)重時使設(shè)備堵塞而停工檢修。還降低輸水能力，增加泵的動力消耗，并促使微生物滋生，

7、間接引起腐蝕（2）設(shè)備腐蝕：不僅縮短設(shè)備壽命，而且引起工藝過程效率的降低、產(chǎn)品泄漏等問題，在高溫高壓過程的冷卻水系統(tǒng)，還可能發(fā)生安全事故。（3）冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕（4）有害離子引起的腐蝕（5）微生物引起的腐蝕（6）微生物的滋生和黏泥 循環(huán)冷卻水處理的基本任務(wù)：循環(huán)冷卻水處理的基本任務(wù)：防止或緩減系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢及微生物的危害，確保冷卻水系統(tǒng)高效安全運(yùn)行。19一、水垢及其控制 冷卻水中的水垢一般由CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、硅酸鈣(鎂)等微溶鹽組成。這些鹽的溶解度很小，如在0時，CaCO3的溶解度是20mg/L，Ca3(PO4)2的溶解度只有0.1mg/L，而且它們的

8、溶解度隨pH值和水溫的升高而降低，因此特別容易在溫度高的傳熱部位達(dá)到過飽和狀態(tài)而結(jié)晶析出，當(dāng)水流速度較小或傳熱面較粗糙時，這些結(jié)晶就容易沉積在傳熱表面上形成水垢。 7.3 循環(huán)水水質(zhì)控制循環(huán)水水質(zhì)控制20水垢的種類和特點(diǎn)水垢的種類和特點(diǎn)1碳酸鈣 在冷卻水系統(tǒng)中最常見的水垢。判斷CaCO3結(jié)晶或溶解傾向的兩種方法是飽和指數(shù)法和穩(wěn)定指數(shù)法，兩種指數(shù)協(xié)同使用，有助于較正確地判斷冷卻水的結(jié)垢與腐蝕傾向。2磷酸鈣 為抑制金屬的腐蝕，有時會投加聚磷酸鹽作為緩蝕劑。當(dāng)水溫升高時，聚磷酸鹽會水解成正磷酸鹽。分解率因冷卻水的停留時間而異，約1040。結(jié)果PO43-與Ca2+可生成溶解度很低的Ca3(PO4)2。

9、 21SI=pH-pHSSI=0 穩(wěn)定SI0 結(jié)垢傾向SI0 腐蝕傾向飽和指數(shù)法穩(wěn)定指數(shù)法IR=2pHS -pHIR=4.0-5.0嚴(yán)重腐蝕5.0-6.0輕微腐蝕6.0-7.0基本穩(wěn)定7.0-7.5顯著腐蝕7.5-9.0嚴(yán)重腐蝕223硅酸鹽垢 循環(huán)冷卻水中，SiO2含量過高，加上水的硬度較大時，SiO2易與水中的Ca2+或Mg2+生成傳熱系數(shù)很小的硅酸鈣或硅酸鎂水垢。這類水垢不能用一般的化學(xué)清洗法去除，而要用酸堿交替清洗。 4硫酸鈣 硫酸鈣在98以下是穩(wěn)定的二水化合物(CaSO42H2O)，其溶解度比碳酸鈣大40倍以上。在37以下，溶解度隨溫度升高而增大，在37以上則相反，隨溫度升高而減小。硫

10、酸鈣垢非常硬，難以用化學(xué)清洗法去除。 23水垢的控制方法水垢的控制方法控制冷卻水結(jié)垢的途徑主要有三條：(1)降低水中結(jié)垢離子的濃度使其保持在允許的范圍內(nèi)；(2)穩(wěn)定水中結(jié)垢離子的平衡關(guān)系；(3)破壞結(jié)垢離子的結(jié)晶長大。 在選擇控制水垢的具體方案時，應(yīng)綜合考慮循環(huán)水量大小、使用要求、藥劑來源等因素。 241從冷卻水中除去成垢離子 對含Ca2+、Mg2+離子較多的補(bǔ)充水。可用離子交換法或石灰軟化法預(yù)處理。投加石灰的軟化反應(yīng)如下：22OHCaOHCaOOHCaCOOHCaCO2322OHCaCOOHCaHCOCa2322322OHOHMgCaCOOHCaHCOMg223223222252加酸或通CO

11、2，降低pH，穩(wěn)定重碳酸鹽 對一些水量較大，而水質(zhì)要求并不十分嚴(yán)格的循環(huán)水系統(tǒng)，一般采用加酸法處理。通常加H2SO4，若加HCl會帶入Cl-,增強(qiáng)腐蝕性，而加HNO3則會帶入NO3-,促使硝化細(xì)菌繁殖。加酸后，pH值降低，反應(yīng)向左進(jìn)行。使碳酸鹽轉(zhuǎn)化成溶解度較大的硫酸鹽： 也可向水中通入CO2或凈化后的煙道氣，穩(wěn)定重碳酸鹽。該法適用于生產(chǎn)過程中有多余的干凈CO2氣體或有含CO2的廢水可以直接利用的情況， OHCOCaSOSOHHCOCa224422322263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，并按一種特有的次序

12、排列起來，使小晶粒不斷長大，形成大晶體。如果投加某些藥劑，破壞或控制結(jié)晶的某一進(jìn)程，水垢就難以形成。具有阻垢性能的藥劑包括螯合劑、抑制劑和分散劑。螯合劑與陽離子形成螯合物或絡(luò)合物，將金屬離子封閉起來，阻止其與陰離子反應(yīng)生成水垢。EDTA是性能良好的螯合劑，幾乎能與所有的金屬離子螯合。抑制劑能擴(kuò)大物質(zhì)結(jié)晶的介穩(wěn)定區(qū)，在相當(dāng)大的過飽和程度上將結(jié)垢物質(zhì)穩(wěn)定在水中不析出。27二、污垢的控制二、污垢的控制 降低補(bǔ)充水濁度 做好循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理 投加分散劑 增加旁濾設(shè)備28三、腐蝕及其控制 腐蝕機(jī)理及其影響因素 冷卻水對碳鋼的腐蝕是一個電化學(xué)過程。由于碳鋼組織和表面以及與其接觸的溶液狀態(tài)的不均勻性，表面

13、上會形成許多微小面積的低電位區(qū)(陽極)和高電位區(qū)(陰極)，每一對陽極和陰極通過金屬本體構(gòu)成一個腐蝕原電池，分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)。eFeFe22OHeOHO222/122222OHFeOHFe322222/12OHFeOHOOHFe在陰極 在水中 在陽極29腐蝕類型 全面腐蝕在整個金屬表面均勻進(jìn)行，腐蝕電流極微小，難以觀察辨識陰陽極，腐蝕產(chǎn)物對金屬有一定保護(hù)作用。 局部腐蝕僅在金屬表面局部范圍內(nèi)進(jìn)行，其余區(qū)域不受腐蝕。這類腐蝕速度快；腐蝕產(chǎn)物分布在局部表面；常引起換熱設(shè)備等早期穿孔。其表觀特征是可宏觀識別陰陽極和腐蝕電流的方向、可測出電極電位值。 局部腐蝕原因引起：(1)金屬本身有缺陷，如表面

14、有切痕、擦傷、縫隙或應(yīng)力集中的地方；(2)金屬表面保護(hù)膜或涂料局部脫落；(3)水垢局部剝離；(4)金屬表面局部附著砂粒、氧化鐵皮、沉積物等。上述這些部位電位比較低，成為陽極，引起局部腐蝕。 （共有5種）30影響金屬腐蝕的操作因素 （1）水質(zhì)：鈣硬度高或濃縮倍數(shù)大的水容易產(chǎn)生堅硬的CaCO3 水垢，對碳鋼起保護(hù)作用，軟水腐蝕性比硬水嚴(yán)重。 （2）pH值：如圖11-8所示。 （3）溶解氣體：水中溶解氧在金屬表面的去極化作用，是金屬腐蝕的主要原因。如圖11-9所示。 （4）水溫：水溫升高能加快氧的擴(kuò)散速度，從而加速腐蝕。 （5）流速：如圖11-10所示。 （6）微生物：冷卻水中滋生的微生物直接參與腐

15、蝕反應(yīng)。 31腐蝕的控制 控制腐蝕的基本方法有三類： (1)通過電鍍或浸涂的方法在金屬表面形成防腐層使金屬和 循環(huán)水隔絕； (2)使用電極電位比鐵低的鎂、鋅等犧牲陽極與需要保護(hù)碳 鋼設(shè)備連接，使碳鋼設(shè)備成為陰極而受到保護(hù)。或者將 需要保護(hù)的碳鋼設(shè)備接到直流電源的負(fù)極上，并在正極 上再接一個輔助陽極，設(shè)備在外加電流作用下轉(zhuǎn)成陰極 而受到保護(hù)； (3)向循環(huán)水中投加無機(jī)或有機(jī)緩蝕劑、使金屬表面形成一 層均勻致密、不易剝落的保護(hù)膜，這是目前國內(nèi)外普遍 采用的處理方法。 32緩蝕膜類型典型緩蝕劑名稱保護(hù)膜的持點(diǎn)氧化膜型(鈍化膜型)鉻酸鹽亞硝酸鹽鎢酸鹽鉬酸鹽致密薄膜(320nm) 與基礎(chǔ)金屬的結(jié)合緊密緩

16、蝕性能好 沉淀膜型水中離子型（與水中鈣離子等生成不溶性鹽）聚磷酸鹽磷酸鹽硅酸鹽鋅鹽與基礎(chǔ)金屬結(jié)合不太緊密緩蝕效果不佳多孔，膜厚（金屬離子型與緩蝕對象的金屬離子生成不溶性鹽）琉基苯并噻銼 苯并三氮銼 甲苯基二氮銼 較致密，膜較薄緩蝕性能較好吸附膜型胺類硫醇類表面活性劑木質(zhì)素 對酸液、非水溶液等，在金屬表面清潔的狀態(tài)下，形成較好的吸附層。在淡水中，對碳鋼的非清潔表面，難以形成吸附層表1 緩蝕膜類型及特點(diǎn)33四、微生物及其控制 微生物在冷卻水系統(tǒng)中繁殖形成粘泥，使傳熱效率下降，加速金屬腐蝕，影響輸水，粘泥腐敗后產(chǎn)生臭味，使水質(zhì)變差。因粘泥引起的故障往往與腐蝕和水垢故障同時發(fā)生，按照故障的表現(xiàn)形式，可

17、分為粘泥附著型和淤泥堆積型二類，前者主要是微生物及其代謝物和泥砂等的混合物附著于固體表面上而發(fā)生故障，常發(fā)生在管道、池壁、冷卻塔填料上，后者是水中懸浮物在流速低的部位沉積，生成軟泥狀物質(zhì)而發(fā)生故障。常發(fā)生在水池底部。在換熱器殼程和配水池中二類故障都可能發(fā)生。 34產(chǎn)生主要危害的幾類微生物氨化細(xì)菌硝化細(xì)菌鐵細(xì)菌硫細(xì)菌硫酸還原菌35冷卻水系統(tǒng)中微生物生長繁殖的控制方法 1防止冷卻水系統(tǒng)滲入營養(yǎng)物和懸浮物 營養(yǎng)物進(jìn)入系統(tǒng)主要通過補(bǔ)充水、大氣和設(shè)備泄漏三條 途徑。磷系和胺系藥劑的分解也提供部分營養(yǎng)物。對原水進(jìn)行混凝沉淀和過濾預(yù)處理可去除大部分懸浮物和微生物。藻類生長需要日光照射進(jìn)行光合作用，如能遮斷陽光，就可防止藻類繁殖。 2投加殺生劑 在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中投加殺生劑是目前抑制微生物的通行方法。殺生劑以各種方式殺傷微生物、如重金屬可穿透細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中，破壞維持生命的蛋白質(zhì)基團(tuán)。 36殺生劑分類及選擇1、氧化型殺生劑鹵素中的氯、溴碘，氯的化合物，臭氧等工業(yè)上常用的是氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣372、非氧化性殺生劑（1