《精编》工业冷却水基础知识

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1、工业冷却水基础知识 冷却水的基本知识冷却水系统的类型冷却水系统的三大问题 冷却水的基本知识 为什么要使用冷却水 水源充足 使用方便 便宜流动容易 泵打循环常温条件下不膨胀不会分解水可以携带比任何别的物质都多的热量 可广泛用于工业冷却温度上升很小环境影响最小 冷却水的基本知识 为什么水是最佳的冷却 可以溶解其接触的任何东西 金属 泥土 砂石独特的溶解能力使水具有 万能溶液 之称水中的三种不纯物 溶解固体 钙 镁 钠等 溶解气体 二氧化碳 一氧化碳等 悬浮物 黏土 砂等 冷却水的基本知识 水的来源表面水溶解固体低悬浮物高水质受天气和季节影响大地下水溶解固体高悬浮物低高的铁和锰氧气含量低 可能含有硫

2、化气体水质和水温波动不大 冷却水的基本知识 水质指标PH测试水中的氢离子浓度 氢离子上升 PH下降 氢离子下降 PH上升PH为7 意味着中性水水中氢离子和氢氧根离子的平衡保持好的PH控制 有益于冷却水系统运行低PH 腐蚀 高PH 结垢电导率是用来表示水中离解成分的导电性能 它与水中总离解成分的总浓度 离子价数 各种离子的相对浓度 迁移度 温度等条件有关纯水没有导电性离子升高 电导率也升高与水中的溶解固体成正比钙 镁 碱度 硅 钠电导率腐蚀 结垢趋势 冷却水的基本知识 水质指标硬度钙和镁的总和硬度离子会与其它离子如碳酸盐 磷酸根和硫酸根反应在热交换器有析出和生成沉积的趋势钙 镁的溶解度与温度成反

3、比生成硬度沉积的趋势受碱度影响碱度碳酸根和碳酸氢根离子和硬度离子会生成沉淀 如碳酸钙 需要保持一定的范围碱度高 垢 沉积碱度低 腐蚀 冷却水系统的简介 冷却水系统的类型冷却过程冷却水系统的目的是将热量从一个物体转移到另一个物体放出热的介质叫做被冷却体吸收热的介质叫做冷却体典型的工业冷却水系统类型 直流水系统闭路循环系统开路循环系统 冷却水系统的简介 直流冷却水系统最简单的冷却方式水只经过热交换器一次水排放到初始的补水源 水源通常为海水 湖水 或河水没有循环 水中的离子成分保持不变例 饮用水系统 工艺过程水 常见工业特点 平均温差4 4 5 6 需使用大量的水来达到冷却的效果 大量的水排放排放水

4、回到同样的补水源 但是在不同的地点以避免循环 冷却水系统的简介 直流冷却水系统优势 低运行费用 泵和热交换水温变化小劣势 需要大量的水环境问题 热污染操作费用大考虑因素 环境取水 排放限制工厂通过增加压力来减少水的使用量 原则水必须保证最低生产需求能力 可行的水源供应需求水质 枯水期水质问题 冷却水系统的简介 密闭循环水系统密闭循环系统 闭路 通过不与大气接触的冷却水来去除热量 没有水份的蒸发例 涡轮机发电机组 发电机 内燃机 或有特殊要求的单台换热设备特点 平均温差10 18 F 5 6 10 水的使用量 少在高热负荷系统 水不是很充裕的情况下使用密闭循环系统效果好 理论上系统没有水损耗水的

5、泄漏发生在膨胀箱 焊头和阀门主要问题腐蚀 腐蚀产物生成 淤积 小喷嘴 喷口 阀门微生物繁殖 堵塞通常在密闭系统垢的问题很少 冷却水系统的简介 开路循环水系统开路循环系统是冷却塔暴露空气中 水流经冷却塔 从过程中携带的热量通过蒸发而释放 冷却水重新回到热交换器交换更多的热 例 喷洒池塘 冷却塔 凝汽器特点 温差11 1 16 7 水使用量 中等热交换器形式开路循环系统的工作原理基于两点 热交换和蒸发a 热交换热从一种物体交换到另一种物体的过程b 蒸发热的冷却水将热释放到大气中的过程 这样 重新冷却下来的水可以回到热交换器密闭循环水系统密闭循环系统 闭路 通过不与大气接触的冷却水来去除热量 没有水

6、份的蒸发例 涡轮机发电机组 汽车水箱 冷却水系统 冷却水系统的简介 开路循环水系统冷却塔是开路循环系统中主要的设备之一 冷却塔用来冷却换热器中排出的热水 在冷却塔中 热水从塔顶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 两种典型的开路循环冷却塔自然通风机械通风 冷却水系统的主要问题 冷却水系统常见的问题 腐蚀结垢微生物上述问题会导致 热交换能力差 设备寿命缩短 设备运行故障 产能下降 增加了维护费用 工厂停车 冷却水系统的主要问题 腐蚀问题所谓腐蚀 即金属和它所存在的环境之间的化学或电化学反应而引起金属的破坏现象 阳

7、极反应是铁溶解过程 2Fe 2Fe2 4e 阴极是氧的还原O2 2H2O 4e 4OH 在冷却水系统中 腐蚀主要以氧腐蚀为主 这种腐蚀反应在敞开式循环冷却水系统中引起的危害 除了使系统的输水管线 水冷设备的寿命减少及损坏等直接的损失之外 同时由于腐蚀产生的锈瘤 也会引起水冷器传热效率下降或管线阻塞等结垢障碍 一般在冷却水系统中 如不使用化学处理方法 碳钢的腐蚀速度 一般平均腐蚀率在70 150mg dm2 day范围之内 但发生点蚀的部位腐蚀速度可达到平均腐蚀率的2 10倍 冷却水系统的主要问题 腐蚀问题影响腐蚀的因素 PH 温度 溶解固体 系统沉积 水流速 微生物繁殖PH 腐蚀 温度升高 腐

8、蚀加快 通常温度每升高17 F 化学反应速度加倍溶解固体 腐蚀 溶解固体完成阴极与阳极间的溶质传输 系统沉积 阳极的垢下腐蚀坑加速水流速太慢易沉积 太快易冲蚀微生物繁殖引起沉积 排泄物易导致腐蚀 冷却水系统的主要问题 腐蚀问题腐蚀的类型均匀腐蚀电偶腐蚀缝隙腐蚀孔蚀选择性腐蚀冲击性腐蚀腐蚀的危害破坏冷却水系统金属 腐蚀产物沉积在热交换器 由于沉积而降低了热交换器的性能 设备的泄漏 物料侧和水侧的污染 水量增多 维护和清洗频率增加 设备需要修理或更换 不定期的停车 控制腐蚀的方法 使用防腐合金 费用问题 调整系统的PH 结垢问题 使用保护涂层 完整性问题 使用化学缓蚀剂 冷却水系统的主要问题 结垢

9、问题结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物 由于种种原因 而沉积在金属表面 敞开式循环冷却水系统的结垢主要成分有CaCO3和腐蚀产物二种 由于缓蚀剂使用使腐蚀产物大大减少 而以CaCO3垢 Ca3 PO4 2垢及锌垢为主要成份 由于垢的产生会引起水冷设备换热效率下降 管线的阻力增大 导致循环水量减少或列管的堵塞等 敞开式循环冷却水系统中影响结垢的主要因素是冷却水PH CaH 总碱度 水温 流速及金属表面状况等 冷却水系统的主要问题 结垢问题影响结垢的因素 PH 温度 固体悬浮物 水流速 温度 结垢 固体悬浮物 结垢 水流速 结垢 PH 结垢 冷却水系统的主要问题 结垢问题结垢的危害会降低热交换器的效

10、率需要机械 化学清洗垢下腐蚀 坑孔 工厂停工设备更换控制腐蚀的方法 降低成垢离子的浓度 排污 澄清 过滤 加酸减少PH或碱度 减少结垢可能 但会增加腐蚀趋势 设备的更换 增加热交换器水的速度 回洗 空气鼓动 使用化学阻垢剂 冷却水系统的主要问题 粘泥问题所谓粘泥主要指的是金属列管等内壁附着的粘性的膜 生物粘泥主要由于细菌及藻类等微生物分泌产物同时粘附了水中悬浮杂质而形成 生物粘泥产生的后果与结垢一样会影响传热 堵塞列管 引起局部的腐蚀等危害 影响粘泥生成主要因素与水温 PH 溶解氧 营养源及金属表面特性等有关 工艺物料泄漏对生物粘泥繁殖更为有利 这点应引起足够的重视 常见淤积物悬浮物 淤泥 砂

11、和铁质 脏物和废弃物 物料 如油 腐蚀产物 微生物 填料 过滤料 石灰软化剂 冷却水系统的主要问题 粘泥问题影响因素水温 水流速 微生物繁殖 腐蚀 物料泄漏结垢的危害沉积会引起腐蚀坑沉积下面会引起细菌大量繁殖金属失效加维修的停车次数设备的维修或更换费用增加降低化学缓蚀剂的效果 冷却水系统的主要问题 微生物冷却水中会引起麻烦的三种微生物类型 1 细菌 2 真菌 3 藻类细菌的类型 黏质 厌氧菌 铁细菌 亚硝酸菌 反硝化菌 产生酸性物质 使PH值降低和引起腐蚀 产生大量的铁沉积引起堵塞 从氨中产生酸性物质引起PH值下降和增加腐蚀 形成黏的细菌斑导致热交换能力差 冷却水系统的主要问题 微生物藻类生长

12、需要阳光在塔板或暴露的地方繁殖形成真菌毯堵塞塔板的分水孔堵塞设备消耗氧气为其他有机生物提供营养真菌以木质纤维中的碳为营养导致不稳定因素是表面或内部的冷却塔木质腐败 深度腐败 使塔结构的稳定性破坏 冷却水系统的主要问题 微生物影响微生物繁殖的因素微生物来源 空气或补充水冷却水系统提供了很好的微生物繁殖的场所 营养 氨 油 有机物料温度 70 140 FPH6 9场所 光 避光空气 厌氧 好氧 冷却水系统的主要问题 微生物影响微生物繁殖的因素微生物来源 空气或补充水冷却水系统提供了很好的微生物繁殖的场所 营养 氨 油 有机物料温度 10 30 PH6 9场所 光 避光空气 厌氧 好氧 冷却水系统的

13、主要问题 微生物影响微生物繁殖的因素微生物来源 空气或补充水冷却水系统提供了很好的微生物繁殖的场所 营养 氨 油 有机物料温度 10 30 PH6 9场所 光 避光空气 厌氧 好氧 冷却水系统的主要问题 微生物控制微生物繁殖的方法水的品质 减少有机物含量 营养 没有营养就没有微生物系统设计考虑 清洁的基座 塑料 盖板用杀生剂进行化学处理 化学杀生剂 氧化型 非氧化型 微生物分散剂 补充内容 术语循环水量 系统中循环水的量对时间的函数 以Q表示 单位t h 保有水量 循环水系统内所有水容积的总和 等于水池容积及管道和水冷设备内水的容积总和 以V表示 单位t 补充水量 用来补充循环水系统中由于蒸发

14、 排污和飞溅损失所需的水 以M表示 单位t h 蒸发损失 在敞开式循环水系统中 从设备部分来的热水回到冷却塔 通过蒸发而冷却 在此过程中 有水的损失 称为蒸发损失 以E表示 单位t h飞溅损失 从系统中散失到大气中的水 以B 表示 单位t h 补充内容 浓缩倍数 在敞开式循环冷却水系统中 由于蒸发 系统的水会愈来愈少 而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓 为了保持水中含盐量维持在一定的浓度 必须补入新鲜水 排出浓缩水 可以用循环冷却水的含盐浓度与补充水的含盐浓度之比值表示 以N表示 排污水量 在确定的浓缩倍数条件下 需要从循环冷却水系统排放的水量 以B2表示 单位t h 旁滤水量 从循环冷却水系统中分流出部分水量按要求进行处理后 再返回系统的水量 以Q旁表示 单位t h 冷却水进出口温差 冷却塔入口与水池出口之间水的温差 以 t表示 单位 药剂停留时间 药剂在循环冷却水系统中的有效时间 以T表示 单位h THANKYOU