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1、 工业循环水知识探讨 2003年9月 工业用水分类及要求 工业用水包括： 工艺用水 洗涤用水 锅炉用水 空调用水 冷却用水 用水作为冷却介质的特点 化学性质稳定，不易分解； 热容量大，常温下不会产生明显膨胀或压缩 ； 沸点高，通常条件下在换热器中不致汽化； 流动性好，易于输送和分配； 价格低。 对于冷却水质要求 水温要尽可能低一些 水温对于冷却效果有明显作用，同时水 温高用水量要加大，但是水温控制（降 温）需要借助动力实现，因此从经济性 来讲必须综合处理水温的高低； 对于冷却水质要求 水的浑浊度要低 水中悬浮物带入冷却系统，会沉积在换 热管道中，甚至使管子堵塞；浑浊度过 高还会加速金属设备的腐
2、蚀，在国外一 般控制在2ppm以内，在国内根据不同用 途可控制在10ppm（）、50ppm（）， 100ppm（） 对于冷却水质要求 水质不易结垢 工业冷却水控制的一个重要因素 水质对金属设备不易产生腐蚀 水质不易滋生菌藻 不免因菌藻繁殖而形成大量的粘泥污垢， 过多的粘泥污垢会使管道堵塞和腐蚀 循环冷却水处理 封闭式循环冷却水系统 1 23 4 敞开式循环冷却水系统 循环冷却水处理 水源 1 2 3 循环冷却水处理 原水处理方法 1.自然沉淀 利用泥沙与水的密度差 2.混凝 杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，无法 用沉淀法去除因此采用混凝法 循环冷却水处理 水垢的控制 在循环水中一般无过量的PO
3、43-和SiO2，最 容易生成水垢的是碳酸钙垢，因此控制 水垢主要是防止碳酸盐水垢的析出。 一.从冷却水中除去成垢的Ca2+ 1.利用离子交换树脂法 2.石灰软化法（CaO和Ca（OH） 循环冷却水处理 水垢的控制 二.加酸或通CO2，降低pH，稳定重碳酸钙 1.加酸 加酸降低pH值，但是很难控制 2通CO2 Ca（HCO3）2 CaCO3+H2O+CO2 由于在敞开式冷却塔CO2容易逸散，故不易控制 循环冷却水处理 水垢的控制 三.投加阻垢剂 阻垢剂阻垢机理：破坏晶粒的增长 1.晶格畸变论 2.增加成垢化合物的溶解度 3.吸附分散作用和减低沉降速度 投加阻垢剂 常用阻垢剂及性质） 1.聚磷酸
4、盐（缓蚀消垢效果不理想，在水中会水解） 2.有机膦酸（能与其他药剂混合使用，效果良好，属 于无毒药剂） ATMP EDTMP HEDP 等 3.有机磷酸酯（POE）（对于含油冷却水处理效果 好） 4.聚合电解质（对于泥土、粉尘等无定型不溶物起 到分散作用，同时对于含油冷却水处理效果好） 循环冷却水处理 冷却水腐蚀的控制 一.腐蚀的机理 1.金属表面的不均匀 a.化学成分和金相组织不均匀 b.应力分布不均匀 c.金属表面有伤痕、裂缝 2.氧的去极化作用 O2+2H2O+4e=4OH- 循环冷却水处理 腐蚀的形态 1.均匀腐蚀 2.局部腐蚀（点蚀、斑点腐蚀、垢下腐蚀、磨损腐蚀） 3.奥式体不锈钢的
5、应力腐蚀（Cl-） 控制方法 1.投加缓蚀剂法（重点介绍） 2.电化学保护法（护屏保护、外加电流） 3.图层覆盖法（费用高、施工难） 缓蚀剂的分类及机理 一.分类 阳极性缓蚀剂、阴极性缓蚀剂、混合型缓蚀剂 1.阳极性缓蚀剂（铬酸盐、亚硝酸盐） 属于氧化剂使金属钝化，加入量必须大，否则 不但不能起到钝化反而引起点蚀，同时对于 水体污染较大） 2.阴极性缓蚀剂（聚磷酸盐） 使阴极过程变慢，比较安全 循环冷却水处理 微生物的控制 一.循环水中常见的微生物 1.细菌 2.真菌 3.藻类 二.控制 1.防止日光照射 微生物的控制 2.采用过滤装置 可采用旁滤法除去悬浮的混浊物、藻类 过滤设备有 a用铺沙
6、子或无烟煤的过滤池（目前所用的） B微过滤机 3.加强原水前的处理、改善 4.投加杀菌剂和粘泥剥离剂 微生物的控制 杀菌剂的应用 一.氧化性杀菌剂(氯、次氯酸钙、次氯酸钠） 具有较强的氧化性破坏微生物的细胞 在pH在6.57时使用效果最佳,在加杀菌剂时 必须过了“转化点”后有多余的氯才能起到杀 菌作用，一般余氯保持在0.11.0PPm，接触 时间在4h 常用的氧化性杀菌剂目前有： 1.氯及次氯酸钠： 微生物的控制 2.二氧化氯：它不与氨及其它粘泥等有机物 反应，性质比较稳定，不受pH、温度等因 素的影响，实际消耗量小，相对经济，同 时对环境没有影响。 3.臭氧：与氯基本相近，但是它不会增加水
7、中的氯离子，但是成本较高。 二.非氧化性杀菌剂 其杀菌效果比氧化性要好，通常为了使杀 菌效果控制范围更广泛，就将氧化性和非 氧化杀菌剂交替使用。 非氧化性杀菌剂 常用非氧化性杀菌剂 1.氯代酚类：与细胞质作用形成胶体，使蛋白质沉淀（毒性大 ，污染严重） 2.季胺盐类：在碱性条件下最有效，吸附到细胞壁并产生压力 引起细胞的溶解和死亡，系统如果有灰尘、油污大大降低效果 杀生剂使用注意事项 1.应采用冲击式间接加药 2.杀生剂必须考虑与阻垢剂、缓蚀剂相互适应 3.杀生剂的使用受冷却水温度、pH值的影响。 循环水系统参数、操作 一.主要参数 1.浓缩倍数：循环水中某种离子（稳定）浓度与补充水相应离子浓
8、 度的比值。 K=C循/C补 这种离子要求它的浓度除了随着浓缩过程改变而增加外，不受其 它条件的干扰。常选用的有Cl-、SiO2、K+ 2.蒸发损失E（m3/h） E=a（R-B） a=e（t1-t2）% 式中：a：蒸发损失率 R：系统中循环水量m3/h B：系统中排污量m3/h t1、 t2：循环水进、出水温度 e：损失系数 夏季：0.150.16；冬季0.06-0.08；春秋： 0.1-0.12 循环水系统参数、操作 3.风吹损失D（ m3/h） D=（0.20.5%）R 4.渗漏损失F （ m3/h） 如果系统管理完善一般不考虑 5.排污量B （ m3/h） B=E/（K-1） 6.补水
9、量 M=E+D+B+F 7.旁滤处理量S （ m3/h） 经验值：（15）%R 精确值：S=MCM（1+n）-BC/C-CS n=(c/Kcm)-1 目前循环水的参数 补充水量M：45.78 m3/h 蒸发水量E：24.47 m3/h 排污水量B：18.31 m3/h 浓缩倍数K：2.5 如何确定浓缩倍数 确定循环水最适宜的浓缩倍数涉及到诸多因素： 水源供应、冷却塔形式、操作条件，冷却水温差流速等 。 1.冷却塔的形式和操作条件 当管路损失很小、风损失小，存在以下关系： M/R=ak/（K-1+a） M：补水量 R：循环量 K：浓缩倍数 a：蒸发损失率 如何确定浓缩倍数 K与M和R的关系 M
10、R 从图中发现：浓缩倍数过高或过低在节约补充水量上没有意义 循环水系统参数、操作 二.处理过程 对于一个循环水系统要经过三步处理 1.系统的清洗 对于新系统在开车之前必须对系统进行清洗处理，清除系统内的焊接 碎屑、切削物、润滑剂、建筑碎片，如不清洗或清洗质量不高对与 后道工序甚至系统运行有很大危害；对于旧系统也应定期清洗。 1.1物理方法 A人工清洗 B.冲洗 C空气搅动 D旁滤 1.2化学清洗 1.2.1酸洗（盐酸、硫酸、硝酸） 盐酸用于清洗碳钢设备，硫酸、硝酸用于清洗不锈钢但是浓度应控制 在510%，由于酸对金属腐蚀因此必须与缓蚀剂配合使用，酸洗后 用0.2%NaOH中和后再用清水冲洗 循
11、环水系统参数、操作 1.2.2碱洗：有效清除系统内的油污，一般加入表面活性剂以便增强 去污能力；常用的碱液有烧碱、苏打、水玻璃等，但是系统中有 铝制品和镀锌设备不应用碱液清洗。 1.2.3投加清洗剂 新系统开车前或旧系统停车检修后常用投加清洗剂进行清洗 一般有专用清洗剂（Betz407） 系统在停车前也应作清洗剥离工作：第一天投加杀菌剂；第二天投 加分散剂；第三天再加杀菌剂；第四天再投加分散剂和清洗剂 在清洗过程中要定时检测水的浊度，以掌握清洗效果，一般认为浊 度值到达最大不在变化表示清洗完毕。 2预膜处理 预膜处理：在系统清洗完毕后用大量缓蚀剂系统金属表面形成一层 保护膜，也称基础处理。对于
12、用何种预膜剂根据不同系统定不同 方案。 3.日常的处理和现场监测 循环水日常控制指标 序号项目名称单位质量指标 1总磷酸盐ppm1.5-2.5 2混浊度mg/l15 3pH8.6 4Cl-mg/l80 5Mg2+mg/l330 6总碱度mg/l460 7Ca2+mg/l440 8异氧菌个/ml夏5105 冬1105 9备注冬季：12.1.2 夏季：7.8.9 指标控制方法 1.PH值 如果采取人工方法控制比较危险，目前采用自动监控PH 值的设备，能够根据PH值的波动自动调节加酸量。 2.浊度 主要分析超标原因： 菌藻繁殖、空气中风沙过大等 3.浓缩倍数 主要依靠补水量调节,它是循环水控制的重要
13、指标 冷却塔 冷却塔：主要是由于水的蒸发散热以及水 与空气 接触时的热交换。 散热情况分析： tw：水温 t：空气温度 Q：总散热量 Qa：接触散热 Qb：蒸发散热 1.当twt： Q= Qa+ Qb 2.当tw=t： Q= Qb 3.当twt： Q= Qb- Qa 夏季：蒸发散热量达到：80-90%，传导散热量：10-20% 冬季：传导散热量：50% 甚至70% 冷却塔 冷却塔的结构： 1.淋水装置（填料） 2.配水装置（布水器） 3.通风装置（风机） 4.空气分配装置（百叶窗、导风板） 5.收水器 6.塔体 7.集水器 8通风桶 9.相关管路 冷却塔 冷却塔的冷却极限： 在冷却塔中，最初进塔温度高于空气温度，由于接触和 蒸发散热，水温开始下降，直到达到空气温度，如果 这时空气中的水蒸气还没有饱和，蒸发作用可以继续 进行，理论上达到湿球温度计温度，这个温度称为： 理论冷却极限，实际上考虑到经济性一般设计温度比 冷却极限温度高3-5，温度称为冷却幅高。 衡量冷却塔的主要技术指标 1.冷却塔的进出水温度差 2.冷却后水温与空气湿球温度的接近程度
