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专题热文

循环冷却水系统

王仲萍来自:美国 纽约州 纽约大学 时间:2020-05-11 17:19:42 坐标: 6074°

精选的循环冷却水系统

摘要
        冷却水在循环系统中不断循环使用,由于水的温度升高,水流速度的变化,水的蒸发,各种无机离子和有机物质的浓缩,冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的进入,以及设备结垢和材料等多种因素的综合作用,会产生严重的沉积物的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生,以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题,它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产,甚至造成经济损失。因此,不能掉以轻心。必须要选择一种经济实用的循环冷却水处理方案,使上述问题得到解决和改善。

关键词:循环冷却水  存在问题   解决方案

1.概述
        我厂的循环水冷却处理系统是由以下几部分组成:①生产过程中的热交换器;②冷却构筑物(冷却塔);③循环水泵及集水池。该系统是利用冷却水进行降温和水质处理。冷却水在冷却生产设备或产品的过程中,水温升高,虽然其物理性状变化不大,但长期循环使用后,水中某些溶解物浓缩或消失、尘土积累、微生物滋长,造成设备、管道内垢物沉积或对金属设备管道腐蚀。因此,必须对其进行降温和稳定处理等解决方案,才能使循环水系统正常进行,使上述问题得到解决或改善。
2.敞开式循环冷却水系统存在的问题
2.1循环冷却水系统中的沉积物
2.2.1沉积物的析出和附着
        一般天然水中都含有重碳酸盐,这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成分。
        在直流冷却水系统中,重碳酸盐的浓度较低。在循环冷却水系统中,重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加,当其浓度达到过饱和状态时,或者在经过换热器传热表面使水温升高时,会发生下列反应
Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O
        冷却水在经过冷却塔向下喷淋时,溶解在水中的CO2要逸出,这就促使上述反应向右进行。
        CaCO3沉积在换热器传热表面,形成致密的碳酸钙水垢,它的导热性能很差。不同的水垢其导热系数不同,但一般不超过1.16W/(m.K),而钢材的导热系数为46.4-52.2 W/(m.K),可见水垢形成,必然会影响换热器的传热效率。
        水垢附着的危害,轻者是降低换热器的传热效率,影响产量;严重时,则管道被堵。
2.2设备腐蚀
        循环冷却水系统中大量的设备是金属制造的换热器。对于碳钢制成的换热器,长期使用循环冷却水,会发生腐蚀穿孔,其腐蚀的原因是多种因素造成的。
2.2.1冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀
        敞开式循环冷却水系统中,水与空气能充分的接触,因此水中溶解的氧气可达饱和状态。当碳钢与溶有氧气的冷却水接触时,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,微电池的阳极区和阴极区分别会发生下列氧化反应和还原反应。
在阳极区      Fe=Fe2++2e
在阴极区      0.5O2+H2O+2e=2OH-
在水中        Fe2++2OH-=Fe(OH)2
               Fe(OH)2→Fe(OH)3
这些反应,促使微电池中阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。
2.2.2有害离子引起的腐蚀
        循环冷却水在浓缩过程中,除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增加而增加外,其他的盐类如氯化物、硫酸盐的浓度也会增加。当CL-和SO42-浓度增高时,会加速碳钢的腐蚀。CL-和SO42-会使金属上保护膜的保护性能降低,尤其是CL-的半径小,穿透性强,容易穿过膜层,置换氧原子形成氯化物,加速阳极过程的进行,使腐蚀加速,所以氯离子是引起点蚀的原因之一。
        对于不锈钢制造的换热器,Cl-是引起应力腐蚀的重要原因,因此冷却水中Cl-的含量过高,常使设备上应力集中的部分,如换热器花板上胀管的边缘迅速遭到腐蚀破坏。循环冷却水系统中如有不锈钢制的换热器时,一般要求Cl-的含量不超过300mg/L
2.2.3微生物引起的腐蚀
        微生物的滋生也会使金属发生腐蚀。这是由于微生物排出的黏液与无机垢和泥沙杂物等形成的沉积物附着在金属表面,形成氧的浓差电池,促使金属腐蚀。此外,在金属表面和沉积物之间缺乏氧,因此一些厌氧菌(主要是硫酸盐还原菌)得以繁殖,当温度为25-30℃时,繁殖更快。它分解水中的硫酸盐,产生硫化氢,引起碳钢腐蚀,其反应如下:
SO42-+8H++8e=S2-+4H2O+能量(细菌生存所需)
Fe2++S2-=FeS↓
        铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因,它能使Fe2+氧化为Fe3+,释放的能量供细菌生存需要。
Fe2+细菌→Fe3++能量(细菌生存所需)
        上述各种因素对碳钢引起的腐蚀常使换热器管壁被腐蚀穿孔,形成渗漏,或工艺介质泄漏入冷却水,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。当被腐蚀穿孔的管子数目不多时,可采取临时堵管的办法,使换热器在减少传热面的情况下继续使用。当穿孔的管子过多时,换热器传热面减少的太多,失去冷却作用,此时只有停产更换。因此,腐蚀与水垢附着一样,危害工厂安全生产,造成经济损失。
2.3微生物的滋生和粘泥
        冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。在新鲜水中,一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中,由于养分的浓缩,水温的升高和日光照射,给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的黏液像粘合剂一样,能使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起,形成黏糊糊的沉积物附着在换热器的传热表面上。这种沉积物有人称他为生物粘泥,也有人把它叫软垢。
        粘泥积附在换热器管壁上,除了会引起腐蚀外,还会使冷却水的流量减少,从而降低换热器的冷却效率;严重时,这些生物粘泥会将管子堵死,迫使停产清洗。例如北京某厂因换热器中菌藻大量繁殖,半月之内就使热负荷下降到50%,不得不经常停产清洗,使产量减少。
3.循环冷却水系统存在问题之水处理方案
3.1水垢的控制和污垢的控制
3.3.1水垢的控制
        冷却水中如无过量的PO43-或SiO2,则磷酸钙垢和硅酸盐垢是不容易生成的。循环冷却水系统中最易生成的是碳酸钙垢,因此水垢控制主要是防止碳酸盐水垢的析出。其方法主要有以下几类:1、从冷却水中除去成垢的钙离子(离子交换树脂法和石灰软化法)。2、加酸或通二氧化碳气,降低pH值,稳定重碳酸盐。3、投加阻垢剂
3.3.2污垢的控制
        1、降低补充水浊度;2、做好循环冷却水水质处理;3、投加分散剂;4、增加旁滤设备;
3.2循环冷却水系统中金属腐蚀的控制。
        控制金属腐蚀的方法如下:
        1、添加缓蚀剂;2、提高冷却水的pH值;3、选用耐蚀材料制造的换热器;4、用防腐阻垢材料涂覆。
3.3冷却水中的微生物的控制方法
        1、选用耐蚀材料;2、控制水质;3、采用杀生涂料;4、阴极保护;5、清洗
6、防止阳光照射(水池上面加盖和冷却塔的进风口加装百叶窗);7、旁流过滤 ;8、混凝沉淀;9、噬菌体法;10、添加杀生剂;11、静电水处理和电子水处理。
        需要指出的是:一个良好的微生物控制方案往往是将几种方法联合使用其效果要好的多。
4.结束语
        结合本厂,由于普通旁滤设备的过滤精度非常低,一般在55um,只能去除树叶等大颗粒物体。工业冷却循环水系统内的杂质除了少数大颗粒杂质外,主要由空气中的尘沙、铁锈、粘泥等细小的悬浮物组成,普通旁滤设备对这些悬浮物的过滤效率几乎为零。普通旁滤设备不能解决系统污垢的问题;根据国家冷却循环水设计规范规定,冷却循环水需对菌藻、悬浮物、污垢、腐蚀、生物粘泥进行处理及控制,同时必须控制水质的浓缩比,建议当补充自来水或总硬度在300mg/L(CaCO3)左右的地下水时,浓缩比控制在2.5倍左右。为控制浓缩比,采用直接排污的方式,将浪费大量的水资源。因此,采用这种水处理方式不能完全解决系统存在的问题。根据多方面的学习,我提出了两个还不太成熟的解决方案,还望有关领导依此作为参考,提出宝贵意见。
        (1)(如果采用电子水处理器,也只能解决水垢问题,系统腐蚀、菌藻等问题也不能解决。因此这种水处理配置只能解决一部分问题,不能综合解决问题;)这时可以在被冷却设备前安装防垢除垢设备,根据当地的水质情况,选择特定的射频参数来解决系统中的水垢问题;在系统中回水管安装过滤设备,通过机械变孔径阻挡、活性铁质滤膜及电晕场效应三位一体形成的综合过滤体系来解决系统中水质问题,并最终解决污垢问题;在系统中安装除菌藻设备来控制系统水质的菌藻滋生,并最终解决生物垢问题。(2)也可在系统中安装全程处理器来解决循环水中悬浮物、杂质、菌藻、腐蚀、结垢等所引起的复合垢问题。并通过正常排污控制水的浓缩比,使其控制在2.5~3之间,同时达到节水的目的。

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