工业循环冷却水处理基础知识

工业循环冷却水处理基础知识第一部分循环水系统及循环水的冷却1、概述1.1. 自然界水的分布1.1.1.地球上有71% 的面积被水覆盖1.1.2 所有水中97.5% 的为海水1.1.3 淡水中有99.4% 在南极和北极以冰雪形式存在1.1.4 我国水质资源贫乏，南北差异大，南方多雨污染大，很多地方并不是没有水，相反水质不合格；北方少雨而缺水。

1.1.5 工业生产中有50～80% 的水用于介质冷却。

1.1.6我国为世界上13 个最贫水国家之一1.1.7 我国工业用水浪费惊人1.1.8 我国工业冷却水循环使用率不足60%1.1.9 发达国家工业冷却水循环使用率已达到80%1.2 水的特点1.2.1 水的热容量大，传热效果好；1.2.2 水的化学稳定性好，常温下呈液态，便于输送，使用方便；1.2.3 水是溶解能力很强的溶剂，多数物质在水中有很大的溶解度；1.2.4水的价格便宜，循环用水经济性优越，由于循环水主要是温度提高，水质变化不大，故采取降温即可循环使用。

1.3 水中的成分1.3.1 溶解物质(直径小于1nm）1.3.1.1各种离子1.3.1.1.1多种金属离子：Ca2+ 、Mg2+ 、k+、Na+、Fe3+等1.3.1.1.2 多种阴离子：Cl-、HCO3- 、CO32-、PO43- 、SO42- 、OH-、NO3-等1.3.1.2各种可溶性气体：CO2、O2，有时还含有H2S、SO2、N2、NH3等2、冷却水系统及其构筑物2.1 冷却水系统不同工业生产中，产热的过程各异，被冷却的对象差别较大，主要的冷却对象有冷凝器，热交换器，油（气或液体）冷却器，发电机组，压缩机组，高炉，炼钢，化学反应器等，这种用水来冷却工艺介质的系统称为冷却水系统，通常分两种：直流冷却水系统，循环冷却水系统。

2.1.1 直流冷却水系统在直流冷却水系统中，冷却水仅通过换热设备利用一次后就被排放掉，用水量很大，水温升高很少，水中各种矿物质和各种离子含量基本不变，对水质要求不高。

2.1.2 循环冷却水系统冷却水被反复多次使用，水经换热设备后温度升高，由冷却塔或其他冷却设备将水温降低，再由泵将水送到冷却系统，重复利用，分为封闭式和敞开式。

2.1.2.1 封闭式循环冷却水系统水在密闭系统循环进行热交换，冷却水升温后不与大气直接接触，在另一台换热设备中由其他冷却介质降温后再回用，必须使用含盐量低的软水或纯水，循环过程中不直接接触空气，水量损失少，水中各种矿物质和各种离子含量基本不变，溶解氧和杂质少，由于不与阳光接触，不利于菌藻的繁殖，系统结垢与腐蚀较少发生，排污量较小，补水也小，一般用于发电机，内燃机或有特殊要求的单台换热器，冷却效率低。

2.1.2.2 敞开式循环冷却水系统水在系统循环过程中通过冷却塔（池）降温，它在循环过程中要与空气接触，部分水被损失，水中各种矿物质和各种离子含量会由于不断的浓缩增大，过程中需要不断的补充新鲜水与排污水，与直流冷却水相比补充水占1/40左右，可节约用水，减少排污。

2.2 冷却塔构筑物2.2.1 冷却池利用天然或人工池塘，水库等来冷却循环水主要靠蒸发带走热量，冷却过程缓慢，效率底，冷热水温差小，冷却占地面积大，储水量大。

2.2.2 冷却塔循环水经过换热后，经过冷却塔与空气直接接触，由蒸发，接触传导方式散热降温，冷却塔具有占地面积小，冷却效果好等特点。

冷却塔一般由通风筒、配水系统、淋水系统、通风设备、收水系统、集水池等组成。

集水池容积占总流量的三分之一到五分之一。

2.3 循环冷却水的冷却机理进塔热水下淋过程中向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。

与周围空气之间存在温度差和湿度差，以及水气相对运动时两相表面存在的速度梯度，水温主要通过水与空气的接触散热以及水的蒸发散热逐渐降低。

3、敞开式循环冷却水水质处理3.1 循环过程中水质变化特点3.1.1 溶解固体浓缩冷却水在循环运行过程中，由于蒸发、风吹、排污、渗漏四种水量损失，需要补充新鲜水。

循环冷却水的浓缩倍数是指该循环冷却水的含盐量与其补充水的含盐量之比。

浓缩倍数由1.0（直排）提高到2.0时节约的水量为96.5%，2.0到3.0节约0.87%，3.0到4.0节约0.29%，4.0到5.0节约0.14%，5.0到6.0节约0.09%，6.0到7.0节约0.06%，7.0到10.0节约0.03%。

计算浓缩倍数通常选用的物质有Cl-、SiO2、K+或总溶解固体，一般控制在2.0～4.0。

系统浓缩倍数的大小反映水资源利用率，过小，补水量及排污水量较大，水处理药剂耗量较大。

但浓缩倍率过大，节约的用水量变化不大，但结垢腐蚀趋向增加，也利于微生物的增生。

选择多大的浓缩倍率要结合当地的水质资源，水处理药剂情况和运行管理情况。

不能随意改变补水量及排水量。

3.1.2 二氧化碳的散失天然水中含有钙镁的碳酸盐和重碳酸盐，两类盐与二氧化碳存在平衡，空气中二氧化碳含量很低，占0.03% ～0.1% ，无论水中的碳酸根或碳酸氢根多少，水滴在空气中降落 1.5 ～ 2 秒后，水中二氧化碳几乎全部散失，剩余的只与温度有关，水温50 ℃就没有了，由于碳酸盐溶解度远小于碳酸氢盐，所以循环水更容易结垢。

pH 会上升。

3.1.3 溶解氧含量升高循环水在循环过程中与大气充分接触，水中溶解氧接近平衡浓度，当循环水通过换热器时由于温度升高，氧的溶解度下降，水中氧达到饱和，过饱和溶解氧对钢铁有两个作用：1 .加速腐蚀；2 ·形成氧化膜而抑制腐蚀。

一般规律是在氧低浓度时加速腐蚀，随氧浓度的增加腐蚀加剧，到达一定值后开始下降，这值为氧的临界点，与pH 有关。

pH 低于 6 时，一般不会形成氧化膜；pH 为7 时溶解氧的临界点浓度为16 毫克每升。

故碳钢在中性或微碱性水中，腐蚀速度先是随氧浓度增加增大，过临界点时而减小。

3.1.4 杂质增加循环水在冷却塔中吸收和洗涤了空气中的污染物（SO2、H2S、NH3等），空气中和补充水带入的泥灰，尘土，植物的绒毛，甚至昆虫，使水中杂质增多，及工艺介质的泄漏也会污染循环水。

3.1.5 微生物的滋生循环水中的盐类和其他杂质较高，溶解氧充足，温度适宜（25～45℃），许多微生物（细菌、真菌和藻类）能够在此条件下生长繁殖，形成大量黏泥沉淀物，附着在管壁、器壁或填料上。

3.2 敞开式循环冷却水系统对水质的要求国标＜工业循环冷却水处理设计规范针＞对敞开式循环冷却水的水质要求：含盐量小于3000Us/cm2；氯根小于300 ，1000 ；悬浮物小于20 ，碱度小于500，钙小于200 、大于30 ，总铁小于0.5。

3.3 循环冷却水水质处理冷却水长期循环使用，会出现结垢，腐蚀，微生物滋生等问题，影响系统正常运行，需要投加化学药剂，改变运行条件，改变设备材料性能等处理： 1.控制结垢是去除补水成垢离子，加酸，降低补充水浊度，降低pH，投加阻垢剂；2.控制腐蚀是添加缓蚀剂，提高pH ，在碱性条件下运行，选用耐腐材料，用防腐涂料涂覆等； 3 .控制微生物是投加杀生剂，选用耐腐蚀材料；控制冷却水的氧含量、pH、悬浮物及微生物养料等。

第二部分循环冷却水系统的结垢及其控制1、水垢的种类、来源和危害循环水遇到的问题是污垢沉积，污垢包括水垢，淤泥，生物黏泥和腐蚀产物。

1.1污垢的来源1.1.1补充水未经处理或处理不好的补充水会将泥沙，悬浮物，微生物带入系统，还带有一定的难溶的盐类；处理好的补充水也会带一定的混凝剂的水解产物。

1.1.2空气泥沙，粉尘，昆虫，微生物及大气污染的硫化氢，二氧化硫，氨等腐蚀气体会随空气进入循环水中造成腐蚀产物的沉积。

1.1.3泄露物某些工艺介质，如油和有机物的泄露会导致污泥沉积。

1.1.4系统腐蚀产物1.2污垢种类的判断分析污垢的化学组成除了使用一般的化学分析法外，对一些复杂的试样还需要鉴定其晶体结构、物相组成、化合物形态等。

1.2.1灼烧灼烧失重达40%～60 %，可认为污垢主要是生物黏泥。

一般情况下大于20%可以判断存在生物粘泥；1.2.2加酸加稀酸溶解且产生气泡为碳酸钙垢，不溶为硫酸钙垢、硅酸盐垢，在稀酸中需加热才能溶解的，不冒气泡的是磷酸钙垢。

1.3污垢的危害1.3.1影响换热1.5毫米的碳酸钙增加20%的能耗；12毫米增加70%的能耗；25毫米增加95%的能耗。

污垢的导热系数仅为碳钢的数十分之一。

1.3.2间接腐蚀（氧浓度差，垢层下缺氧区和没有污垢的富氧区构成腐蚀原电池而腐蚀，垢下为阳极，受到腐蚀，这种局部性腐蚀比全面腐蚀危害更大，导致金属材料穿孔。

）1.3.3微生物滋生（微生物黏泥引起的垢下腐蚀能在短时间使换热器穿孔）1.3.4严重时使换热器堵塞，降低水流量，产量下降2、水垢的结垢趋势判断2.1碳酸盐水垢2.1.1碳酸盐水垢的来源及组成2.1.2碳酸盐水垢的特点最常见的水垢，外观为白色或灰白色，质硬，附着牢固。

常见的稀酸可将溶解并产生气泡，850～950℃灼烧时会损失40%，灼烧后产物污垢变的松散，能溶于水呈碱性；550 ℃灼烧反映微生物的含量，观察水垢溶解后的少量残渣及注意水垢灼烧时的气味，可了解垢中所含的杂质，溶解之后的少量残渣如果是白色是硅酸盐，黑褐色是腐蚀产物，灼烧时有焦糊气味的是有机物（碳水化合物），有腥臭味的是微生物污泥。

2.1.3碳酸盐水垢的稳定性指标2.1.3.1Langelier饱和指数（L.S.I.）L.S.I.=PH-PHS＞0结垢＜0腐蚀=0稳定是判断碳酸盐水垢的方法。

2.1.3.2Ryznar稳定指数（R.S.I.)R.S.I.=2PHS-PH<6结垢＞6腐蚀=6稳定2.1.3.3极限碳酸盐硬度法循环水在一定的水质，水温条件下，保持不结垢时碳酸盐硬度的最高值，也就是二氧化碳很少时循环水可维持重碳酸盐的最高值。

2.2磷酸盐水垢在含磷的水处理药剂中，由于受温度、停留时间、微生物、氧化物质等的影响，含磷药剂会发生水解，在高pH，高硬度下形成磷酸盐水垢，外观为灰白色，质地疏松，附着力差，随受热面的热流强度和金属温度上升，结垢加重，质地坚硬，难于排除。

他与碳酸盐水垢外观接近，但难溶于稀酸，不产生气泡，需要加热。

2.3硅酸盐水垢产生于原水中二氧化硅含量高的锅炉或循环冷却水中。

外观呈白色，有杂质时为灰白色或粉红色，要用酸碱交替清洗。

＜150～175毫克每升。

Mg2+(以碳酸钙计，mg/L) ×SiO2(Mg/L）＜150002.4硫酸盐水垢硫酸钙溶解度大于碳酸钙的40倍以上，37℃以下溶解度随温度升高上升，37℃以上随温度升高而降低。

硫酸钙垢非常坚硬，难以用化学清洗法除去，常规的机械方法也难以除去。