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1、循环冷却水处理基础概念 李飞雁2006年6月5日 循环冷却水处理 水的基本知识 水 是极性分子 溶解能力很强 O 2 H H d d 水中的主要物质 阴离子 SO4 2 Cl HCO3 SiO3 2etc阳离子 Ca2 Mg2 Na K Fe2 etc溶解气体 O2 CO2 etc有机物 微生物 油脂等悬浮颗粒 泥沙胶体等水中阴离子的总当量数和阳离子的总当量数相等 水质分析项目及含义 电导率总碱 M碱度 pH硬度钙硬浊度总溶固 电导率 电阻率的倒数称为电导率 单位是 s cm2电导率仅决定于水中离子的多少和性质 代表了水中的含盐量 因此电导率越高水中含盐量越高 表示水中含盐量的另一单位是总溶解
2、固体 TDS 其单位是ppm对普通水 炉水 冷却水在20oC pH中性情况下 TDSppm 0 7 电导率 s cm 碱度 碱度 指水中能与强酸发生中和反应物质的总量 一般水中碱度由氢氧化物 碳酸盐 重碳酸盐组成 称为总碱度 总碱度 在甲基橙指示剂变色的等当点时所需的酸量 HCO3 CO32 OH M碱度碱度只存在于pH 4 3以上 pH pH log10 H mol l pH是水中氢离子浓度的负对数 硬度 一般将水中钙 镁离子称作硬度 钙离子叫钙硬度 钙 镁离子总量叫总硬度 硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度 总硬度与总碱度之差叫负硬度 浊度 浊度是表示水中的悬浮物及胶体对光透过时所发生的阻碍
3、程度浊度根据测量方法的不同分为三种直射光测定 单位为ppm折射光测定 单位为FTU散射光测定 单位为NTU浊度的各单位间无法进行换算 指水中溶解物质的总量 它也可以理解为水中的含盐量 溶解于水中的盐类 阴离子的总当量数和阳离子的总当量数相等 总溶固 水中碳酸盐平衡 H2O CO2 H2CO3 H HCO3 H CO3 2 PH与碳酸盐平衡密切相关 PH的变化会引起各类碳酸盐比例变化 外界引起某种碳酸盐的浓度变化也使PH变化 循环冷却水处理 循环水系统类型循环水系统中要解决的问题循环水处理效果的评价水处理方案的实施纳尔科的水处理循环水处理常见问题及处理 循环冷却水系统类型 一次冷却系统闭路循环冷
4、却水冷冻水系统热水系统敞开式循环冷却水 循环冷却水系统中的问题 腐蚀 微生物 结垢 微生物 循环冷却水的腐蚀及其控制 腐蚀的定义腐蚀是金属转变成金属氧化物的过程阳极 Fe Fe2 2e阴极 2H2O O2 4e 4OH 金属在水中的腐蚀是电化学腐蚀 e e e FexOy OH OH O2 铁腐蚀微电池 H2O H2O H2O O2 Fe2 阴极 氧减少 阳极 金属流失 腐蚀的常见类型 腐蚀的形式 根据腐蚀时腐蚀面积的大小 可分为以下几种一般腐蚀局部腐蚀点蚀电偶腐蚀氧浓差腐蚀不锈钢应力破裂 影响腐蚀的因素 pH 碱度 温度水的流速含盐量腐蚀性气体微生物 pH对腐蚀的影响 腐蚀的危害 腐蚀产物成
5、为软垢的一部分 增加软垢损坏设备缩短设备寿命增加维修费用 腐蚀的控制 使用耐腐蚀材料 不易被氧化在金属表面形成耐腐蚀层 隔断与水的接触 采用阴极 阳极保护 使用缓蚀剂 对金属进行钝化 避免不同金属的直接接触 常用的缓蚀剂 缓蚀剂是在金属表面形成一层膜 隔离金属与水的接触而达缓蚀目的 缓蚀剂的类型有沉淀膜型 氧化膜型 金属离子沉淀膜型 吸附膜型 常用缓蚀剂 沉淀膜型聚磷酸盐 六偏磷酸钠三聚磷酸钠 正磷酸盐焦磷酸有机磷酸盐锌盐硅酸盐氧化膜型如铬酸盐钼酸盐亚硝酸盐钨酸盐金属离子沉淀膜型苯并三氮唑 BTA 甲基苯并三唑 TT 巯基苯并噻唑 MBT 冷却水中的沉积物及其控制 水中常见沉积物 水垢 污泥
6、生物粘泥 水垢是水中的溶解盐类结晶析出沉积在金属表面的物质 主要是硬度成分 污泥是泥沙微生物残骸黏土胶体等沉积物生物粘泥是专指以微生物代谢物 残骸及菌团形成的沉积物 垢形成的原因 水中所含盐类本身溶度积很小 循环水温度高 成垢盐类的溶解度随温度的上升而下降水在暴气过程pH上升 盐类溶解度下降水被浓缩后 离子浓度上升 超过溶度积 并超过过饱和度 钙 镁 钠离子的溶解度对照 水的结垢性判断 Langlier饱和指数 Ryznar稳定指数饱和PHs的计算PHs PK2 PKps P Ca 2 P 碱度 饱和指数 PH PHs 0有碳酸钙沉积趋势 0既无沉积又无腐蚀 0腐蚀Ryznar稳定指数 2PH
7、s PH 水的结垢趋势判断 续 结垢的危害 阻碍热交换器的热传导效率降低水流量甚至堵塞管路或换热器引起垢下腐蚀增加能耗和维修费用 结垢引起的制冷机能耗 制冷量 冷吨 300制冷效率 千瓦 冷吨 0 55电费 元 1循环量 吨 小时 200作业时间 小时 天 24年作业日 365垢厚度增加能耗增加费用 元 年 0 01英寸 0 25毫米10 144 540 000 02英寸 0 5毫米20 289 080 000 03英寸 0 75毫米30 433 620 000 04英寸 1毫米40 578 160 00 微生物能量标准导热率 菌膜是比碳酸钙更好的绝缘体 结垢形成机理 离子浓度超饱和生成沉积物
8、分子有结晶核可使结晶生成碰撞接触增多使结晶长大结晶长大后形成沉积 附着金属表面 阻垢分散剂作用原理 阀值效应 Threshold 阻垢分散剂控制垢沉积 并非按化学当量进行 几个ppm药剂能控制几百个ppm的钙离子 阻垢剂作用原理 螯合作用晶格崎变分散作用 晶格畸变 常用阻垢分散剂 含膦酸基团的有机化合物 兼有阻垢缓蚀性能常用的有膦酸盐膦酸酯等聚羧酸类水溶性聚合物丙稀酸的聚合物马来酸的聚合物 污泥 污泥是水中的悬浮物尘粒 微生物残骸 油等沉积而成 污泥通常沉积在水流慢的地方表面粗糙处有粘性的地方 污泥和生物粘泥的危害 非常类似于结垢为结垢提供晶核为微生物生长提供条件堵塞管道 污泥生物粘泥的控制
9、良好的缓蚀 阻垢和微生物控制方案可适当减少污泥 粘泥物理 旁滤 在线过滤等 和化学方法相互配合 旁滤装置 旁滤装置的过滤量通常为循环量的5 循环水中微生物及控制 微生物种类细菌真菌藻类 微生物的危害 微生物引起的粘结物导热性差难以清除生物粘泥导致垢下腐蚀 微生物引起金属的腐蚀直接引起金属腐蚀 铁细菌 硫酸盐还原菌 产酸类细菌 硫杆菌 硝化菌 微生物的控制方法 常用杀生剂氧化性杀生剂非氧化性杀生剂生物分散剂 氧化性杀生剂 卤素及卤酸盐臭氧二氧化氯氯化异氰尿酸 卤素类杀生剂在水中的反应 X Cl Br orIX2 H2OHOX HXHOXH OX ActiBrom 更好的氧化性杀菌剂 HOBr H
10、 OBr HOBr NH3 H2NBr H2OHOBr H2NBr HNBr2 H2OHOBr HNBr2 NBr3 H2O pH对杀生剂活性的影响 pH 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 10 0 HOClorHOBr 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 LogKill cfu ml 0 1 2 3 4 5 6 ChlorineKill BromineKill 非氧化性杀生剂 季胺盐酰胺有机硫异噻唑啉酮醛类生物酶制剂生物分散剂 异噻唑啉酮 作用目标 所有的好氧菌和厌氧菌 藻类 真菌与微生物细胞内的蛋白质或酶的硫基发生反应反应速度 慢
11、 4 12小时 但持续作用时间长 N7330杀生示意图 SHgroups NH2groups Cellwall Cytoplasmicmembrane Coagulation COOHgroups N 7330 DNA 杀生剂使用注意事项 药剂浓度 加药周期不同药剂交替使用季节因素药剂的相容性 循环冷却水系统的运行 循环水系统运行参数 循环量蒸发量补充水量排污量保有水量温差浓缩倍数 参数间近似计算公式 E R T B E K 1 M E B 蒸发 排污 补充水 冷却水系统的运行管理原则 尽可能高的浓缩倍数保证处理效果的情况下尽量提高浓缩倍数 节约用水 降低水处理成本良好的缓蚀 阻垢和微生物控制
12、 化学处理 保证设备使用寿命 延长检修周期保持能耗水平 浓缩倍数 浓缩倍数 循环水离子浓度 补充水离子浓度 补充水量 排污量浓缩倍数代表水的再利用率 浓缩倍数的产生 补充水 循环水 蒸发 排污 浓缩倍数与补水 排污量的关系 控制浓缩倍数的意义 提高浓缩倍数 补水 排污量下降 节约用水 降低药剂成本浓缩倍数与腐蚀结垢控制有直接关系 浓缩倍数的控制方法 控制排污水量 水表控制 消除直排水和泄漏控制循环水电导率或离子浓度 循环冷却水的化学处理 合适的缓蚀剂 防止腐蚀合适的阻垢剂 防止结垢合适的分散剂 防止粘泥垢合适的杀菌剂 控制微生物生长 保持稳定的药剂浓度 自动化的加药设备随时检测系统中药剂浓度并
13、根据需要补充投加药剂的模式 实施自动化加药的原因 由于循环水的运行和处理为一连续的过程 因此 化学水处理也必须适应该过程药剂投加量过多或过少均会对系统造成有害的影响及浪费人工加药浓度波动大 有安全方面的问题 普通的自动加药设备 回系统 1 2 3 排污 取样 控制效果 TRASAR 电导率控制自动加药 2 1 排污 取样 回系统 TRASAR 排放 是一种用于自动加药控制和系统诊断的荧光示踪技术 Excitation Emission 荧光产生的原理 TRASAR因子是一种添加在纳尔科化学品中的荧光物质 ProductDosage FluorescenceIntensity 0 40 80 6
14、0 20 100 TRASAR的荧光强度与化学品浓度保持一致 处理效果 USLLSL 水处理效果的评定指标 腐蚀 监测腐蚀率方法 在线直读腐蚀率仪腐蚀挂片测试 监测换热器管标准 碳钢 国标 小于0 125毫米 年 5mpy 中石化 化工 0 075 炼油 0 1毫米 年纳尔科 小于0 075毫米 年 3mpy 黄铜 0 004毫米 年不锈钢 0 002毫米 年 水处理效果的评定指标 续 沉积速率 粘附速率 方法 监测换热器管国标 结垢速率 20MCM mg cm2 月 中石化 化工 15MCM炼油 20MCM在线污垢热阻仪测试污垢热阻 3 10 4m2小时 C 千卡 水处理效果的评定指标 续
15、微生物控制细菌总数 标准 小于105个 毫升生物粘泥量 标准 5ml m3中石化 化工 3ml m3炼油 5ml m3Legionella 军团菌 10 新加坡 0 1 英国 国内水处理简介 药剂使用情况加药方式和监测药剂供应存在问题循环水系统设计不合理水处理效果不够好浓缩倍数不高自动化程度低 国内水处理急需解决的问题 节省用水提高水处理效果加药及管理自动化 纳尔科的水处理特点 完善的水处理理论多年研究并不断发展的产品系列先进的监测控制技术WELCHEM 自动控制电导率排污NCM100 在线腐蚀率监测TRASAR3000 3DTRASAR 在线自动监测 控制加药针对客户条件专门制定的水处理方案
16、适合不同水质情况的多样化的水处理化学品 纳尔科的水处理特点 续 现场专家服务服务体系 六个服务标准人员调查 系统调查 方案操作手册 服务计划 服务报告和业务总结应急服务技术支持苏州 新加坡和美国的实验室和研究中心电子通讯 设计水处理方案要点 了解用户情况水质数据 包括丰水 枯水期 循环水系统工况装置的工艺条件现有水处理设施水处理管理情况用户存在的问题 实施化学水处理方案的要点 有针对性的水处理方案适当的加药方式自动加药 加药量平稳必要的监测手段监测指标和一定的频率控制及时调整各个指标确保受控故障排除准确的判断问题和解决问题 水处理方案的实施步骤 清洗预膜清洗预膜注意事项水质的浊度 总铁PH值钙离子浓度其它 水处理方案的实施步骤 续 常规处理常规处理任务是控制好水质指标需控制的水质指标如下 控制指标根据选定的处理方案定 需要监测控制的水质项目 水质控制指标与腐蚀 结垢的关系 PH药剂浓度浊度总铁离子钙硬度和总碱度氯离子余卤细菌总数浓缩倍数 冷却水处理常见问题的判断和处理 腐蚀问题状况 监测的腐蚀速率超标 挂片呈局部腐蚀或点蚀明显 水中总铁浓度持续升高 现场换热设备布满锈瘤 有泄漏 垢样分
