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循环冷却水处理应用

来源:     作者:     发布时间:     184次浏览
循环冷却用水简介;循环冷却水处理是通过在循环水中加入化学药剂来防止腐蚀、水垢和粘泥等危害的产生,以达到水处理目的的方法。循环水中加入水稳药剂,使水质得到改善,提高换热器等设备的效率和寿命,降低能耗,保...

循环冷却用水简介;循环冷却水处理是通过在循环水中加入化学药剂来防止腐蚀、水垢和粘泥等危害的产生,以达到水处理目的的方法。循环水中加入水稳药剂,使水质得到改善,提高换热器等设备的效率和寿命,降低能耗,保证生产顺利地进行。

循环冷却水系统的特点及产生的危害
1、循环冷却水系统特点
冷却水系统是用水来作为工业冷却介质的系统,它分为直流冷却水系统和循环冷却水系统。直流冷却水系统因其消耗水量大、加药处理费用过高,已基本被淘汰。循环冷却水系统中的冷却水流经换热器时,和工艺介质进行热交换,热介质通过冷却水冷却到需要的温度,冷却水温度升高,成为热水。热水基本不排放,经过冷却后仍返回系统重复使用。即冷却水被加热成热水,热水被冷却成冷水,冷水再加热,热水再冷却,循环不止,因而大大节约了用水。这就是循环冷却水系统与直流冷却水系统不同之处。循环冷却水系统又可分为密闭式和敞开式两种,其区别在于敞开式系统中的热水是经过冷却塔(又称凉水塔)或冷却池与空气直接接触被冷却为冷水,再返回系统循环使用的,而密闭式系统中水不与大气接触,密闭循环,水不浓缩,也基本上不消耗。
在敞开式循环冷却水系统中,热水通过冷却塔时,部分水被蒸发,使循环水中盐水被浓缩。水不断循环,含盐量就不断增加。为了维持水中的水量平衡,必须不断向循环系统中补充新鲜水,同时排放掉一部分循环冷却水,以保持循环水的含盐量稳定在某一浓度。因此,在水系统循环运行的时候,补充水和循环水中的含盐量是不同的。循环冷却水与补充水中含盐量的比值,就称为浓缩倍数。浓缩倍数是敞开式循环冷却水系统运行的一项重要参数。循环水中保持一定的浓缩倍数,不仅能节水、节药、提高经济效益,而且对稳定水质有重要作用,也有利于进行化学处理。
敞开式循环冷却水系统的水质有以下特点:
(1)因冷却塔的蒸发冷却作用,使一部分循环冷却水被空气带走,系统中损失了一部分水。这部分水没有带走所溶解的固体,而将它原来溶解的固体留在循环系统中,使循环水中的溶解固体物浓度增加,这就是浓缩现象。浓缩会改变水的腐蚀结垢性质,加重水的结垢或腐蚀倾向。
(2)在冷却塔中,水在与空气的接触过程中还会失去一部分游离二氧化碳。由于二氧化碳的逸出,使水中碳酸氢钙容易转化成碳酸钙沉积在换热设备上,其反应如下:
Ca(HCO3)2        Ca CO3 +CO2 +H2O
水在与空气接触时,还会溶解空气中的氧气,使水中的溶解氧总处于饱和状态。当碳钢与溶有O2的冷却水接触时,由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性,在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池,使阳极区的金属不断溶解而被腐蚀,其反应如下:
在阳极区      Fe      Fe2++2e
在阴极区      1/2 O2+H2O+2e     2OH-
在水中      Fe2++2OH-      Fe (OH)2
O2
Fe(OH)2      Fe(OH)3
O2
Fe(OH)2      1/2 Fe2O3·H2O
(3)水在与空气的接触过程中,还会将空气中所带的灰尘、微生物、污染气体(如SO2、H2S、NH3等)或昆虫带入水系统,引起水质污染,造成腐蚀或污垢沉积等问题。其中微生物带来的危害特别严重。
如硫酸盐还原菌分解水中的硫酸盐,产生H2S,引起碳钢腐蚀,其反应如下:
SO2-4+8H++8e      S2-+4H2O+能量(细菌生存所需)
Fe2++S2-    FeS 
又如铁细菌腐蚀钢铁,产生锈瘤,并释放能量供细菌生存,其反应如下:
细菌
Fe2+    Fe3++能量(细菌生存所需)
所以,冷却水循环使用后,运行浓缩倍数提高,各种离子及杂质随之被浓缩,硬度和碱度也大幅度增加,二者平衡被打破而形成水垢,并且,水垢在沉积过程中,常与淤泥、粘泥、腐蚀产物及其它杂质混合在一起形成污垢,污垢附着在设备上又会产生垢下腐蚀,加速设备的穿孔泄漏,危害性更大。水和大气在冷却塔中对流时,吸收了大气中的灰尘、微生物及其孢子,使系统中微生物和悬浮物数量明显增加,且由于养分的浓缩,日光的照射,适宜的温度,充足的溶解氧等条件使得微生物迅速繁殖和滋生。微生物的危害与一般电化学腐蚀及水垢的危害比起来,微生物危害的严重性更胜一筹,其显著特点是危害速度快,被称之为循环冷却水系统处理中的“急性病”,其危害不可小视。微生物滋生将产生两大直接危害,即微生物腐蚀和沉积腐蚀。微生物腐蚀的一个重要特点是腐蚀速度集中于局部部位,主要是由于微生物繁殖将产生特殊的腐蚀环境,如硫酸盐还原菌产生硫化氢气体,硫细菌、铁细菌和线状菌等产生的酸性环境,造成局部腐蚀,最后将导致严重的点蚀直至穿孔,其危害特别严重。另外,空气中的灰尘进入冷却水系统中沉积,菌藻的滋生加速了这种粘附物的沉积,并且,微生物大量地繁殖和进行新陈代谢,致使系统内水侧表面越来越多的沉积生物粘泥、污垢及腐蚀产物,温度越高的地方沉积越厚,而且较多的沉积在流速骤降的滞流区和水流的死角,这些沉积物的导热性能比金属差几百倍,且沉积物覆盖下的金属表面是贫氧区,形成氧浓差电池使金属遭受严重的沉积腐蚀。另一方面,由于金属腐蚀产物进入水中,使水质恶化,加剧了水侧受热面上的结垢趋势,引起化学硬垢的产生及垢下腐蚀,如此恶性循环,将严重影响生产的长周期安全正常运行。
综上所述,循环冷却水系统由于空气污染、水温升高、水流速度变化、浓缩倍数提高、工艺介质泄漏和工况环境等因素的影响,给系统带来的危害突出地表现在金属设备及管道腐蚀,沉积物的析出和附着,微生物滋生和粘泥形成上。并且这些问题相互作用,形成恶性循环,危害甚大,它们的解决直接关系着生产的正常与否。若不采取必要的水处理技术加以解决,任其泛滥,将给生产带来严重后果,给企业造成巨大的经济损失。
2、循环冷却水系统运行障碍产生的危害
(1)腐蚀引起的危害
①腐蚀消耗金属材料,使换热器强度下降,降低换热器使用寿命,增加设备投入费用及因停产检修造成经济损失。
②腐蚀常引起换热器管壁穿孔,形成渗漏,或工艺介质泄漏进入冷却水中,损失物料,污染水体;或冷却水渗入工艺介质中,使产品质量受到影响,甚至成为废品。
③严重的腐蚀造成换热器传热面急剧减少,失去冷却作用,而且可能引发泄漏事故,危害工厂安全生产,影响生产装置的长周期运行。
④腐蚀产物会形成污垢,污垢附着在设备上又会产生垢下腐蚀,形成恶性循环,其危害性更大。
(2)水垢引起的危害
①高热阻的无机盐垢,导热性能极低,降低换热器传热效率和冷却塔效率。1mm的垢厚大约相当于8%的能源损失,垢层越厚,换热效率越低,能源消耗也越大。不但增加循环水的消耗量,造成有限资源的浪费,而且还会影响产品的产量和质量。
②水垢的形成使管道管径缩小,流量降低,增加能耗,泵压上升,系统阻力增加,使工艺介质的冷却达不到设计要求,影响生产。
③结垢严重时,将换热管道完全堵死,使生产无法进行,造成非正常停车,导致生产工期的延误。
④水垢在金属壁上的沉积,容易诱发垢下腐蚀,加速设备的穿孔泄漏,使设备遭受严重破坏。
⑤水垢的形成增加清洗次数和费用,尤其是系统停车清洗,造成生产被迫中断,减少有效生产时间。同时,频繁的清洗必将加速设备的损耗,影响材料性能,降低使用寿命。
(3)微生物引起的危害
循环冷却水系统的环境极利于微生物的生长繁殖,微生物滋生将产生两大直接危害,即微生物腐蚀和沉积腐蚀。循环水系统中大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样,并以微生物群体及其遗骸为主体,与水中灰尘、杂质、化学沉淀物、腐蚀产物等粘结在一起,形成粘糊糊的胶粘状物,即微生物粘泥。微生物粘泥既能促进污垢沉积,又能促进腐蚀,给系统造成的危害是相当突出的。粘泥是微生物引起的最严重的危害,常表现在以下几个方面:
①粘泥附着在换热部位的金属表面上,降低冷却水的冷却效果。
②大量的粘泥将堵塞换热器中冷却水的通道,从而使冷却水无法工作;少量的粘泥则减少冷却水通道的截面积,从而降低冷却水的流量和冷却效果,增加泵压。
③粘泥集积在冷却塔填料的表面或填料间,堵塞了冷却水的通过,降低冷却塔的冷却效果。
④粘泥覆盖在换热器的金属表上,阻止缓蚀剂和阻垢剂到达金属表面发挥其缓蚀与阻垢的作用,阻止杀生剂杀灭粘泥中和粘泥下的微生物,降低这些药剂的功效。
⑤粘泥覆盖在金属表面,形成氧浓差腐蚀电池,引起金属设备及管道的腐蚀。