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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-2H+H+d+d-水中的主要物质阴离子： SO4 -2 ,Cl-,HCO3-,SiO3-2 etc 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
2、高水中含 盐量越高。 表示水中 含盐量的另一单位是总溶 解固体（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pHp H = - 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
3、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程 度 浊度根据 测量方法的不同分为三种l直射光 测定：单位为ppml折射光 测定：单位为 FTUl散射光 测定：单位为 NTUl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H2 O +CO2H2 CO3 H+HCO3- H+ CO3-2PH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
4、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 冷却水l冷冻水 系统l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l阳极： Fe Fe2+2el阴极： 2H2OO24e 4OH- l金属在 水中的腐蚀是电化学腐蚀e-e-e-FexOyOH-OH-O2铁腐蚀微电 池 H2OH2OH2OO2Fe2+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
5、小，可分为以下几种l一般腐 蚀l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lpH （碱度）l温度l水的流 速l含盐量l腐蚀性 气体l微生物pH对腐蚀的影响腐蚀的危害腐蚀产物 成为软垢的一部分，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
6、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 、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
7、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+PCa+2+P碱度 饱和指数 PH PHs0 有碳酸钙沉积趋势=0 既无沉积又无腐蚀9.0 不允许的腐蚀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
8、增加 费用（元/年）0.01英寸 /0.25毫米10%144,540.00 0.02英寸 /0.5毫米20%289,080.00 0.03英寸 /0.75毫米30%433,620.00 0.04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
9、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
10、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l氧化性 杀生剂l非氧化 性杀生剂l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, or IX2 + H2O HOX + HXHOX H+ + OX-ActiBrom -更好的氧化性杀菌剂HOBr H+ + OBr HOBr + NH3 H2NBr + H2O HOBr + H2NBr HNBr2 + H2O HOBr + HNBr2 NBr3 +
11、 H2O pH对杀生剂活性的影响pH6.06.57.07.58.08.59.09.510.0% HOCl or HOBr0102030405060708090100Log Kill (cfu/ml)0123456Chlorine KillBromine KillHalogens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（412小时）但持 续作用时间长N7330杀生示意图-SH groups- NH2 groupsCell wallCyto
12、plasmic membraneCoagulation-COOH groupsN-7330DNA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l循环量l蒸发量l补充水 量l排污量l保有水 量l 温差l浓缩倍 数参数间近似计算公式lE=R T /lB=E/(K -1)lM=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l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（化学处理）l保证设备使用 寿命、延长检修周期l保持能耗水平浓缩倍数l浓缩倍 数循环水离
13、子浓度/补充 水离子浓度补充水量/排污量l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 系浓缩倍 数1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0M/R%5.2 3.5 2.6 2.3 2.2 2.1 2.0B/R% 3.4 1.7 0.8 0.5 0.4 0.3 0.2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
14、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 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补充水回系统 123排污/取样控制效果USLLSLTRASAR/电导率控制自动加药21排污/取样补充水回系统110 ppmTRASAR1255 umhos 7.35 pH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
15、Emission荧光产生的原理TRASARScale/corrosion inhibitorPolymerTRASAR因子是一种添加在纳尔科化学品中的荧光物质Product DosageFluorescence Intensity040806020100TRASAR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l方法： 在线直读腐蚀率仪 腐蚀挂片测 试； 监测换热器管l标准： （碳钢） 国 标：小于0.125毫米/年（5 mpy） 中 石化：化工0.075,炼油0.1 毫米/年 纳 尔科：小于0.075毫米/年（3 mpy） 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）l方法： 监测换热器管l国标： 结垢速率20MCM（mg/ cm2 .月）l中石化 ：化工15MCM炼油20MCMl在线污 垢热阻仪测试 污 垢热阻3104m2小时。C/千 卡 水处理效果的评定指标（续）微生物控制l细菌总数 :l标准：小 于105个/毫升l生物粘泥 量：l标准： 5
