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1、循环冷却水运行维护培训,安全环保部 主讲：刘迎春,提 纲,概述,循环水系统及设备,缓蚀阻垢杀菌机理,1 概 述,循环冷却水系统是指以水作为冷却介质并循环使用的一种冷却运行系统，由换热设备（如换热器、冷凝器）、冷却设备（如冷却塔、空气冷却器）、水泵、管道和其他有关设备组成。,冷却水循环系统及水冷却基本原理,逆 流 塔 冷 却 机 理,2.1 循环冷却水系统,分 类,冷却水系统的分类直流水系统和循环水系统。 所谓直流水系统即为只经过换热器一次利用就被排放掉。 循环水系统是指冷却水可以反复使用的系统。 循环冷却水系统分为：密闭式循环水系统和敞开式循环水系统。 密闭循环冷却水系统中冷却水用过后不立即被
2、排放而是回收利用，循环水不引起系统中水裸露与空气中，故基本无蒸发损失，并不是不损失，损失很少。水的再冷是通过一定类型的换热设备用于其他的冷却介质进行冷却。 敞开式循环水系统是目前应用最为广泛、类型最多的一种冷却系统。它是系统中的换热设备经冷却塔与空气接触被冷却为冷水。,2.2 循环冷却水设备,冷却池是最早使用的冷却系统，目前已多采用冷却塔做冷却设备。 冷却塔一般由通风筒、配水系统、淋水系统、通风设备、收水器和集水池等部分组成。 冷却原理：热水由塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下而上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在汽水接触过程中进行热交换，使水温降低。其传热过程由蒸发散热、接触散
3、热和辐射散热三个过程共同作用的结果。,2.2 循环冷却水设备,循环水冷却设备：所用为间壁式，水不与工艺介质接触，通过间壁进行换热。 间壁式换热器的型式有夹套式、蛇管式、套管式、列管式、板式、螺旋式等。 水冷器以列管式最为常见 下图分别为：列管式、套管式、板式、螺旋式,2.3 循环冷却水术语及符号,2.4循环冷却水平衡及各量的关系,浓缩倍数：K =（循环水中电导或K+或Cl-）（补充水中中电导或K+或Cl-） 补充量：M = E K /（K-1），M = B+E+D 排放量：B = EKT 每周期的时间 = HR 蒸发量：E = RK/r r(蒸发潜热) = 573(千卡/公斤) 43 574(
4、千卡/公斤) 40 577(千卡/公斤) 35 风吹损失：D = R0.1% 注：补水量M；蒸发损失E；风吹损失D；排污或排放率B；冷却范围或温降度T；循环量R；浓缩倍数K；系统容积H,3.1 阻垢机理,结垢的原因,天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的重碳酸盐如Ca（HCO3)和Mg（HCO3)2最不稳定，受热容易分解生成碳酸盐。因此，如果使用重碳酸盐含量较多的水作为循环水，随着水温的升高会发生下列反应:Ca（HCO3)2CaCO3+H2O+CO2 如果水中有磷酸盐时，将会生成磷酸钙,2PO43-+3Ca2+Ca3(PO4)2 上述反应中生成的碳酸钙和磷酸
5、钙均属微溶性盐，同时它们的溶解度随着温度的升高而降低，因此这些微溶性盐很容易达到过饱和状态并由水中结晶析出。当循环水流速较小或换热面较粗糙时，这些结晶沉淀物就容易沉积在传热表面上。此外水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其离子浓度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀，沉积在管道和换热面上。 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换热管的堵塞等。 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、Ca2+、总碱度、水温、换热器表面温度、表面状态等。,3.1 阻垢机理,阻垢机理,由于阻垢机理较复杂，目前对其看法尚不统一，归纳起来可分为以下几类: 鳌合增溶作用
6、：水溶性的阻垢分散剂分子能与水中离子形成鳌合物(如EDAT可与Ca2+、Mg2+形成鳌合物)，而这种鳌合物往往是可溶于水的而提高了冷却水中Ca2+、Mg2+离子的允许浓度 ,相对来说就增大了钙、镁盐的溶解度。例如CaSO4,在25时的正常溶解度为2100mg/L，当加入微量的ATMP后，其水溶液含有6500 mg/L的CaSO4,仍不产生沉淀。 凝聚与随后的分散作用：对于聚羧酸盐类聚合物阻垢剂，在水溶液中解离生成的阴离子在与CaCO3微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象而使微晶表面形成双电层。聚羧酸盐的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了大晶体的形
7、成。在吸附产物又碰到其它聚梭酸盐离子时，会把已吸附的晶体转移过去，出现晶粒的均匀分散现象。从而阻碍晶粒间及晶粒与金属表面间的碰撞，减少溶液中的晶核数，进而将CaCO3 稳定在水溶液中。,3.1 阻垢机理,阻垢机理,晶格畸变作用：水垢CaCO3微晶成长过程中，抑制剂被吸附在结晶成长格子中，此吸附作用会改变结晶正常形态，而阻碍其成长为较大晶体。由于晶格中吸附有阻垢分散剂分子，大大破坏了结晶的规整性，使结晶的晶格变形，导致水垢结晶的强度降低，变得较为松散而易被水流冲刷，使水垢从传热表面剥落。 阈值效应：在水中投加几种阻垢剂(数量级为每升数毫克)可将，比按化学计量比高得多的钙离子稳定在水中。一般认为产
8、生这一现象的原因在于阻垢剂的阴离子和金属阳子的螯合作用并非按化学计量比而进行。而有些人则认为是由于CaCO3 微晶吸附上阻垢剂后可抑制CaCO3晶体的析出。,3.2 缓蚀机理,腐蚀原因,由于碳钢在冷却水接触过程中，会形成许多微小的腐蚀电池，从而受到腐蚀，其反应如下： 2Fe +O2 +H2O Fe(OH)2 如果水中溶解氧比较充足，则Fe(OH)2会进一步氧化成黄色的锈FeO(OH)或Fe2O3H2O，如果水中溶解氧不充足会进一步氧化成绿色的水合Fe3O4H2O或黑色的Fe3O4。但由于循环水经凉水塔曝气后，溶解氧充足，生成物大多为前者，即黄色的锈FeO(OH)。,3.2 缓蚀机理,缓蚀机理,
9、按保护膜的类型可分为两种理论，即吸附理论和成膜理论。 吸附理论认为，缓蚀剂之所以能阻止、延缓金属的腐蚀，是由于缓蚀剂通过物理和化学吸附在金属表面，减小了介质与金属表面接触的可能性，从而达到缓蚀的效果。 成膜理论认为，缓蚀剂与金属作用生成氧化膜(或钝化膜)，或与介质中的离子反应生成沉淀膜，以及通过特性集团吸附在金属表面形成吸附膜，从而起到抑制金属腐蚀的目的。 （1）氧化膜型缓蚀剂的典型例子是铬酸盐和亚硝酸盐，它们使钢铁表面氧化，生成主要成份为-Fe2O3的保护膜，其厚度通常为几十A，从而抑制了钢铁的腐蚀。 （2）沉淀膜型缓蚀剂的典型例子是硫酸锌和碳酸氢钙等，沉淀膜的厚度一般都比钝化膜厚，约为几百
10、到一千A，其致密性和附着力都比钝化膜差，所以保护效果比氧化膜型缓蚀剂要差。 （3）吸附膜型缓蚀剂的例子有硫脲和乌洛托品等，它们能吸附在金属表面，形成一层屏蔽层或阻挡层，从而抑制了金属的腐蚀。吸附膜是分子级的厚度，较氧化膜为薄。,3.3微生物控制,微生物介绍,微生物是一些细小多为肉眼看不见的生物，在各种水域、空气、土壤中到处都有它们的存在。微生物的种类有细菌、藻类、真菌和原生动物。 微生物的生长受下列因素影响: 1温度(对许多微生物来说，20一30最适宜); 2光照强度(对藻类发生特别重要); 3酸碱度; 4溶解氧与溶解硫化物的含量; 5无机物（SiO2、NO2-N、NH4-N、HCO3-、PO
11、43-、Mn、Fe 等）的浓度; 6. 有机物(COD或BOD)的浓度; 7. 循环水的浓缩倍数。 上述条件并非所有微生物都需要，每种微生物有着各自不同的要求，而且需要量也有一定的限制浓度，如好氧性环境和厌氧性环境均各有相应的菌类繁殖，具有哪种倾向的细菌发生和生长，决定于介质水和土壤中的含氧量和无机物、有机物含量。,3.3微生物控制,微生物危害,微生物在冷却水系统中的大量繁殖，会使冷却水颜色变黑，发生恶臭，污染环境，同时会形成大量粘泥使冷却塔的冷却效率降低，木材变质腐烂。粘泥沉积在换热器内，使传热效率迅速降低和水头损失增加，沉积在金属表面的粘泥会引起严重的垢下腐蚀，同时它还隔绝了药剂对金属的作
12、用，使药剂不能发挥应有的缓蚀阻垢效能。 所有这些问题导致冷却水系统不能长期安全运转，影响生产，造成严重的经济损失。 因此，微生物的危害与水垢、腐蚀对冷却水系统的危害是一样的严重，甚至可以说，三者比较起来控制微生物的危害是首要的。在实际运行系统中，最为直接有效的方法是投加杀菌剂控制系统中的微生物。,3.3微生物控制,杀菌剂介绍,氧化性杀菌剂 1 氯气 在水处理中，氯由于其具有高效、快速广谱、经济、物源广、使用较方便等优点，受到人们的青睐，是目前用量最大的杀菌剂。但经氯气处理，水中易产生三氯甲烷，它是一种致癌物质，同时其半衰期时间长，易对环境造成危害，因此各国相继出台法规，日益严格控制余氯的排放量
13、。另外，随着水处理配方逐渐向碱性水处理方案的过渡，氯气在高pH8.5的条件下杀生活性差的缺点也显现出来。 2二氧化氯 二氧化氯的杀生能力较氯强，约为氯的2.5倍左右，特别适合应用于合成氨厂替代氯进行杀菌灭藻处理。国外于70年代中期开始将其应用于循环冷却水。但由于二氧化氯产品不稳定，运输时容易发生爆炸事故，限制了其广泛的应用。 3臭氧 80年代末，臭氧作为一种杀菌剂应用于冷却水系统受到人们的广泛关注。由于臭氧所具有的一些优越性是传统的化学药剂所无法比拟的，在这方面我国尚处于起步阶段。使用成本较高，现主要应用于饮用水消毒和医院消毒领域。,3.3微生物控制,杀菌剂介绍,氧化性杀菌剂 4过氧化氢 使用
14、过氧化氢的一个优点是它不会形成有害的分解产物。但它存在着在低温和低浓度下活性较低，且可被过氧化氢酶和过氧化物酶分解的缺点。强氧化剂使用要求较高，遇木材质易燃烧。 5溴类杀菌剂 目前在杀生剂市场出现以溴代氯的趋势。试验室的评估结果表明：溴在pH8.0以上时，较氯有更高的杀生活性；在一些存在有工艺污染如有机物或氨污染的系统中，溴的杀生活性高于氯；游离溴和溴化合物衰变速率快，对环境的污染小。目前，人们常用的溴类杀菌剂主要有以下几种： 卤化海因：主要有溴氯二甲基海因（BCDMM）、二溴二甲基海因（DBDMH）、溴氯甲乙基海因（BCMEH）等。 活性溴化物：为由NaBr，经氯源（HOCl）活化而制得的液
15、体或固体产物。特点是可大幅度降低氯的用量，并相应降低总余氯量； 氯化溴：是一种高度活泼的液体，需由加料系统加到水中，因其危险性较大，限制了其推广应用。,3.3微生物控制,杀菌剂介绍,非氧化性杀菌剂 1异噻唑啉酮 常用组份为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，商品异噻唑啉酮是两者1：3的混合物。其杀菌性能具有广谱性，同时对粘泥也有杀灭作用。在低浓度下就能很好地控制细菌的生长。混溶性好，能与氯、缓蚀剂、阻垢分散剂和大多数阴离子、阳离子和非离子表面活性剂等相容。对环境无害，该药剂在水溶液中降解速度快。 对pH值适用范围广，一般pH值在5.59.5均能适用。同时具有
16、投药间隔时间长，不起泡等优点。80年代中后期我国也有多家单位研制出类似国外的同类产品，并投人生产。在循环冷却水中的应用日益广泛。 2戊二醛 已开始使用，其特点是几乎无毒，使用pH范围宽，耐较高温度，是杀硫酸盐还原菌的特效药剂，本身可以生物降解，其缺点是与氨、胺类化合物发生反应而失去活性，因此在漏氨严重的化肥厂不宜使用。戊二醛价格昂贵使其应用受阻。,3.3微生物控制,杀菌剂介绍,非氧化性杀菌剂 3季铵盐 具有广谱、高效的杀菌性能，对菌藻污泥的有剥离作用。目前国内冷却水系统广泛使用的洁尔灭和新洁尔灭均属于此类产品。随着时间的推移和技术进步。该类季铵盐不足之处也逐步显现出来。主要表现在药剂持续时间短、细菌易于对其产生抗药性。使用剂量大（100mgL以上）。费用高，且使用时泡沫多。不易清除等缺点。为了克服上述缺点，国内外又先后开发出了有代表性的一些季铵盐新品种，如双烷基季铵盐。双季铵盐、聚季铵盐和季铵内盐等。具有优良的抗菌性，该产品具有投药
