工业循环水知识集锦
一、天然水中的杂质:
各种天然水都是由水和杂质组成的,它们决定了不同水系的特性,因此所谓水质是水和其中杂质共同表现的综合特性。
水中杂质的种类很多,按其性质可分为无机物、有机物和微生物;按其颗粒大小可分为悬浮物、胶体、离子和分子(即溶解物质)。
1、悬浮物:水样中能被某种过滤材料分离出来的固体物质称为悬浮固形物,简称悬浮物。对同一个水样采用不同过滤材料过滤,可以得到不同的测定结果。悬浮物颗粒较大,一般大于100nm,容易去除。当水静止时,相对密度较小的悬浮物会上浮于水面,它们主要是腐殖质等一些有机化合物;相对密度较大的则下沉,它们主要是砂子和黏土类无机化合物。
2、胶体物质:胶体微粒是许多分子和离子的**体。这些微粒因为其表面积较大,有很强的吸附性,在其表面常吸附很多离子而带电,结果使同类胶体因带同性电荷而互相排斥,在水中不能相互结合形成更大的颗粒,而稳定在微小的胶体颗粒状态,使这些颗粒不能依靠重力自行沉降。在天然水中,这些胶体物质主要是腐殖质以及铁、铝、硅等的化合物。
3、溶解物质:天然水中的溶解物质多数是离子和一些可溶气体。
(1)各种离子:常溶解在水中的各种离子如表1所示:其中以Ⅰ类最为常见。
表1溶解在天然水中的各种离子
类别 阳离子 阴离子 浓度 类别 阳离子 阴离子 浓度
Ⅰ Na+ K+ Ca2+ Mg2+ HCO3-
Cl-
SO42-
H3SiO4- 从几mg/L到几万mg/L不等 Ⅲ Cu2+
Zn2+
Ni2+ HS-
BO2-
NO2-
Br-
I-
HPO42-
H2PO4- 小于0.1mg/L
Ⅱ NH4+
Fe2+
Mn2+ F-
NO3-
CO32- 从0.1mg/L到几mg/L
① 钙离子(Ca2+):对于含盐量少的水,钙离子的量常在阳离子中占第一位。天然水中的钙离子主要是由地层中的石灰石(CaCO3)和石膏(CaSO4•2H2O)溶解而来。CaCO3在水中的溶解度虽小,但当水中含有CO2时,CaCO3容易转化成溶解度较大的重碳酸钙【Ca(HCO3)2】因而使钙离子含量增多。
② ②镁离子(Mg2+):水中的镁离子主要是由含CO2的水溶解了地层中的白云石(MgCO3•CaCO3)所致,白云石在水中的溶解和石灰相似。
③ 重碳酸根离子(HCO3-)水中的HCO3-主要是由水中的CO2和碳酸盐反应后产生,HCO3-是天然水中最主要的阴离子之一。
④ 氯离子(Cl-):天然水中都含有氯离子,这是由于水流经地层时溶解了氯化物而产生的。
⑤ 硫酸根(SO42-):天然水中都含有硫酸根,主要来自于矿物盐的溶解以及有机物的分解。
⑥ 钾离子(K+)和钠离子(Na+):天然水中的钾离子和钠离子统称为碱金属离子,它们的盐类都非常易溶于水。主要是由岩石和土壤中这些盐类的溶解所带来的,钠离子在水中含量变化的幅度较大,从基本上为0直到上万mg/L,钾离子的含量一般远低于钠离子。由于它们特性相近,常合在一起测定。
⑦ 铁(Fe)和锰(Mn):铁化合物是常见矿物,所以天然水中铁也是常见杂质,地表水中由于溶解氧充足,铁主要以Fe3+形态存在,可以成为氢氧化铁沉淀或胶体微粒;地下水中的铁由于不接触空气而以Fe2+形态存在。含铁地下水是透明的,但这种水取出后与空气接触,Fe2+容易被空气中的氧所氧化而变成Fe3+,然后生成氢氧化铁沉淀或胶体等,使水呈黄褐色浑浊状态,一般含铁量超过1mg/L时就会出现这种现象。锰的各种特性与铁相近,它在天然水中的含量比铁小得多,水中的锰常以Mn2+形态存在,其氧化反应比铁要困难且进行缓慢,也有以胶体状态存在的有机锰化合物。
⑧ 硝酸根(NO3-):天然水中NO3-有可能来自它的盐类的溶解,但主要是有机物分解带入的。
⑨ 硅酸(H4SiO4):又称为可溶性二氧化硅。天然水中硅酸来源于硅酸盐矿物的溶解。硅是地球上含量丰富的元素,因此天然水中普遍含有硅酸,不过含量的变化幅度较大,可以从约6mg/L~120mg/L。地下水中硅酸的含量比地表水中的多。硅酸在水中的基本形态是单分子的正硅酸H4SiO4,它可以电离出H3SiO4--、H2SiO42-等,在浓度较高、PH值较低的 条件下,单分子硅酸可以聚合成多核络合物、高分子化合物甚至胶体微粒。水中硅酸的含量通常以SiO2(mg/L)计算,故又称为可溶性二氧化硅。
(2)各种可溶性其气体
① 二氧化碳(CO2):在天然水中都溶解有CO2气体,地表水中一般不超过20~30 mg/L,地下水则为15~40 mg/L,最多也不超过150mg/L,当然某些矿泉水是例外,其含量可达数百mg/L。
②氧(O2):天然水中溶解的氧主要来自空气中的氧,其次水生植物的光合作用也放出氧。常温下水中的溶解氧大约8~14 mg/L,在藻类繁殖的水中,可能达到饱和状态;水中有机物较多时,其进行氧化分解的耗氧速度超过从空气中补充的溶解氧速度,则水中溶解氧的量将减少,有机物污染严重时,水中溶解氧可接近为零,这时有机物在缺氧条件下分解就出现腐败发酵现象,使水质严重恶化。
③硫化氢(H2S):天然的地表水中一般很少含硫化氢,地下水由于特殊的地质环境有时含有大量的硫化氢,当水体受到污染,如煤气发生站、硫化燃料厂等含有大量硫化氢的废水排入,或大量有机物排入,经过生物氧化还原作用也会产生过量的硫化氢。含硫化氢的水会散发出臭鸡蛋气味,含量达0.5 mg/L时已可察觉,达1 mg/L时就有明显的臭气。这样的水对混凝土及金属都会产生进水侵蚀破坏作用。
二、循环水水质指标的含义
1、PH值:
水溶液中氢离子活度【αH+】的负对数值称为PH。冷却水的PH值是冷却水化学处理的一个重要因素,它是鉴定水的腐蚀和评定水处理的重要依据,是成功实施化学水处理要考虑的一个指标。
2、电导率:
在特定条件下距离为1cm、截面积为1cm2的两电极间介质电阻的倒数定义为电导率。它是水中存在的离子传导电流能力的量度。电导率的大小取决于溶液中的离子浓度、性质和溶液的温度、粘度等,因此在其他条件(离子种类、溶液的温度、粘度等)基本相同的条件下,它间接的表征了水中含有的可溶电解质的浓度。
由于电导率的测定方便、迅速、准确。且便于连续测定和记录,对于同一种水其与含盐量大致成正比关系,因此人们通常用水的电导率来估算水的含盐量。
以25℃为基准,1µS/cm(电导率)≈0.55-0.90mg/L(含盐量),其他温度下则需要校正,即温度每变化1℃,含盐量大约变化2%,温度高于25℃用负值,温度低于25℃用正值。根据实际经验,通常在PH值5-9的范围内,天然水的电导率与水溶液的含盐量之比大约为1:(0.6-0.8),一般锅水,如将电导率最大的OH-离子中和成中性盐,则锅水的电导率与含盐量之比为1:(0.5-0.6),即1µS/cm相当于0.5-0.6mg/L。
3、浊度:
水体中含有悬浮物和胶体颗粒时产生浑浊现象,它是由于水中含有的泥沙、腐殖质和浮游藻类所致。ISO国际标准将浊度定义为由于不溶性物质的存在而引起液体透明度降低的一种量度。
4、硬度及碱度:
水中所含钙、镁离子的总量为水的总硬度。按照阳离子组成,水的硬度可进一步区分为钙硬度和镁硬度;按照阴离子组成,又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。碳酸盐硬度就是钙和镁的重碳酸盐和碳酸盐,这种水煮沸后很容易生成碳酸盐沉淀析出,所以又称暂时硬度;而非碳酸盐硬度是钙和镁的硫酸盐以及氯化物,用煮沸方法不能从水中析出沉淀,所以又称为永久硬度。
碱度是指水中能与强酸即氢离子发生中和反应的物质的总量。天然水中碱度由氢氧化物、碳酸盐和重碳酸盐组成,通常称为总碱度。 水中的碱度PH值得关系:如果水中单独存在OH-碱度,水中PH>11.0;水中同时存在OH-、CO32-时,PH9.3~11.0;如果水中只有CO32-存在时,PH=9.4;当CO32-、HCO-共同存在时,PH8.3~9.4;单一的HCO-其存在范围是8.3;但当PH<8.3时,如水中碱度只有HCO-存在,此时的PH变化只与HCO-和游离的CO2含量有关。
三、循环水水质指标的控制要求
要搞好循环水,取得良好的效果,对于循环水和补充水的各种杂质应当有限制性的要求,这种限制性的控制指标就是水质控制的边界条件。如果超出控制指标,会给循环水处理带来危害。这些指标应随着缓蚀阻垢剂的发展而调整.杂质要求 最高最低允许含量 过量时的危害
含盐量
(以电导率计) 投加缓蚀阻垢剂时,一般不宜大于3000us/cm 腐蚀或结垢
Ca2+ (以CaCO3计) 根据碳酸钙和磷酸钙饱和指数进行控制一般循环水中要求≤500mg/L,≥75 mg/L;全有机系统≥150 mg/L。
使用多元醇和木质素磺酸盐分散剂时≤1000mg/L,Ca2+×SO42-(mg/L,均以CaCO3计) ≤150000 ;Ca2+×CO32-(mg/L,均以CaCO3计) ≤1200


结 垢
Mg2+
(以CaCO3计) Mg2+(mg/L)×SiO2(mg/L)<15000 产生类似蛇纹石组成、粘性很强的污垢
铁和锰(总铁量) 补充水中(特别在预膜时)≤0.2~0.5 mg/L 催化结晶过程,本身可成为粘性很强的污垢,导致局部腐蚀
铜离子 补充水中≤0.1mg/L(碳钢设备)
补充水中≤40ug/L(铝材) 产生点腐蚀,导致局部腐蚀
铝离子 补充水中≤1~3mg/L 起粘结作用,促进局部腐蚀
总碱度
(以CaCO3计 根据碳酸钙饱和指数进行控制一般不宜超过500mg/L,磷系需>50 mg/L;全有机系统>100mg/L。
结 垢
Cl- 在使用不锈钢较多的系统中要求≤300mg/L,碳钢设备系统中≤1000mg/L。 强烈促进腐蚀反应,加速局部腐蚀,主要是缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂
SO42- SO42-+ Cl-≤1500mg/L,Ca2+×SO42-(mg/L,均以CaCO3计) ≤150000 腐蚀。又是水中硫酸盐还原菌的营养源。
PO43- 根据磷酸钙饱和指数进行控制 引起磷酸三钙沉淀,再高温下会缓慢转化成羟基磷灰石
浊度(悬浮物) 一般要求≤20mg/L,使用板式、翅片式和螺旋式换热器≤10mg/L 污 泥 沉 积
SiO2 ≤175mg/L,
Mg2+(mg/L)×SiO2(mg/L)<15000 污泥沉积,硅垢
油 应≤5mg/L,炼油企业应≤10mg/L 污泥 沉 积
细菌总数 循环水中总菌数<1×105个/m L
污泥中的总细菌/循环水中的总细菌<100 微生物繁殖
PH值 必须严格按设计指数加以控制,这有助于聚磷酸盐膜的生成和维持 过高容易结垢,偏低对膜有破坏作用,且使腐蚀倾向增加
Cl-是引起水质腐蚀性的催化剂,能强烈地推动和促进金石表面电子的交换反应,特别是对水系统的不锈钢材料,应力集中处(如热应力、震荡应力等),会引起Cl-的富集,加速电化学腐蚀过程。
四、敞开式循环冷却水系统
1、浓缩倍数:循环冷却水通过冷却塔时水分不断蒸发,因为蒸发掉的水中不含盐分,所以随着蒸发量的增大,蒸发过程的进行,循环水的溶解盐类不断被浓缩,含盐量不断增加。为了将循环水中含盐量维持在某一个浓度,必须排掉一部分冷却水,同时要维持过程中水量的平衡,为此就要不断的补充新鲜水,新鲜水的含盐量和经过浓缩过程的循环水的含量是不相同的,两者的比值N称为浓缩倍数,并以下式表示:
N=S循/S补
式中:S循——循环水中的含盐量,mg/L
S补——补充新鲜水的含盐量,mg/L
用含盐量计算浓缩倍数较为复杂,同时因倍数提高之后有些盐类沉积,故用含盐量算出的倍数也有误差。因此,一般选用在水中比较稳定的离子来计算倍数,这种离子在浓缩过程中不应受外界条件干扰,不分解,不沉积,投加的药剂中不应含有此离子。在实际过程中往往选择循环水中某种不易消耗而又快速测定的离子浓度或电导率来代替含盐量浓缩倍数。通常选用的物质有氯离子、钾离子等物质。有时也可采用几种离子测定的浓缩倍数的平均值来作为倍数的基准。但循环水中以液氯而引入氯离子时则不宜采用氯离子计算倍数。
2、补充水量:水在循环过程中,除因蒸发损失和维持一定的浓缩倍数而排掉一定的污水外,还由于空气流由冷却塔顶逸出时,带走部分水滴,以及管道渗漏而损失部分水,因此补充水是蒸发损失E(m3/h)、风吹损失(包括飞溅和雾沫夹带)D(m3/h)、排污损失B(m3/h)和渗漏损失F(m3/h)之和。
3、排污水量:排污水量B(m3/h)的确定与冷却塔的蒸发损失E和浓缩倍数N有关。当系统管路连接紧密,不发生渗漏时,F=0;当冷却塔收水器效果较好时,风吹损失D很小,如略去不计,则:
B=E/(N-1)
4、提高浓缩倍数可以节约用水和药剂费用
根据循环水系统的水量平衡和物料衡算,浓缩倍数N可按下式计算:
N=M/(M-E)
由上式可知:
补充水分/蒸发水分 即M/E随浓缩倍数的升高而降低,并趋近于1,从中我们可以看出,浓缩倍数N值越大,M/E比值越小,即在蒸发水量E,风吹损失水量D不变,排污水量B越小的条件下,补充水量M就越小,说明为了节约补充水和减少排污水量,应该尽量采用大的浓缩倍数。当N=1~2时,随着浓缩倍数增加,补充水量M和排污水量B迅速减少,但当浓缩倍数大于5~6以后,M/E接近常数,因此排污量B的进一步减小,节水量就不大了,不同浓缩倍数时,补水量排污量占循环水量的百分率大致如下表:
冷却塔进出口水温差
蒸发水率%
M或B 浓缩倍数
1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 5.0
补充水率(M)或排污水率(B)%
5 0.85 M 2.6 1.7 1.4 1.3 1.2 1.13 1.06
B 1.6 0.8 0.5 0.33 0.24 0.18 0.11
8 1.36 M 4.1 2.7 2.3 2.0 1.9 1.8 1.7
B 2.6 1.3 0.9 0.6 0.44 0.35 0.24
提高浓缩倍数不但可以节约用水,而且也可减少随排水而流失的药剂量,因而节约了药剂费用,敞开式循环水系统的浓缩倍数应尽量争取达到3~5倍,但究竟选用多大的浓缩倍数为合适的,必须首先分析出浓缩后的水质情况。如果水中有害离子氯根或成垢离子钙镁等含量过高,并有产生腐蚀或结垢的倾向,则浓缩倍数不宜提的过高,以免增加腐蚀或结垢,浓缩倍数高了,增加了水在系统的停留时间,不利于微生物的控制。
操作时若保持浓度倍数不变,蒸发量大时,要增大补充水量,操作时若保持水平衡,增大补充水量M或排污水量B,都要影响浓缩倍数下降,因而操作时,不能任意改变M B值。
5、冷却水循环使用后所带来的问题及浓缩倍数管理的意义:
首先,加药并不能改变水中各种离子的浓度,它是水中各种离子的浓度在一定的范围内,控制循环冷却水对系统的管道和设备的腐蚀、结垢在可允许的程度。
其次,冷却水在循环使用过程中,水在冷却塔内和空气充分接触,使水中的溶解氧得到补充,所以循环水中溶解氧总是饱和的。水中的溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要原因。加上水浓缩后含盐量增加,电导率上升。也增加了腐蚀倾向,这是冷却水循环使用后易带来的问题之一。
水浓缩知后成垢离子成倍增加,特别由于碳酸氢盐是很不稳定的盐类,它在换热面上受热分解为碳酸盐和二氧化碳。碳酸钙的溶解度很低,使传热面上结碳酸钙水垢的倾向增加,这是问题之二。
冷却水和空气接触,吸收了空气中大量的灰尘、泥沙微生物及其孢子,使系统的污泥增加。冷却塔内的光照,适宜的温度.氧和养分都有利于细菌和藻类的生长。从而使系统黏泥增加,在换热器内沉积下来,造成了黏泥的危害。这是水循环使用后易带来的问题之三。鉴于以上原因,循环冷却水运行过程中必须连续或间断进行水的排放和补充,认真进行水指标的监测,严格控制浓缩倍数。
冷却水的循环使用对换热器带来的腐蚀,结垢和黏泥问题要比使用直流水严重一些或严重的多。因此,循环冷却水如果不加以处理,则以上问题的发生将使换热器的水流阻力加大,水泵的能耗增加传热效率降低。并使生产工艺条件处于不正常状态,现在的一些工厂,为了提高传热效率的需要,换热器的内壁很薄,并且严格控制污垢的厚度,换热器一旦发生腐蚀或结垢,尤其是局部腐蚀的发生,将使换热器很快泄露并导致报废,给生产巨大损失。因此,循环冷却水系统必须综合解决腐蚀,结垢和黏泥(微生物)三个问题。
6、影响浓缩倍数的因素:
理论上影响浓缩倍数的因素:
水在循环过程中,主要有蒸发损失、风吹损失和系统泄漏损失影响浓缩倍数。
(1) 蒸发损失可由下式计算:
E=α(R-B); α=e(t1-t2)%= eΔt%
式中:E为蒸发水量,m3/h;α为蒸发损失率,%;R为系统中循环水量,m3/h;B为系统中排污水量,,m3/h;t1、t2为循环水进、出口温度,℃;Δt为进出水的温差,℃;e为损失系数,与季节有关,夏季(25-30℃)为0.15-0.16;冬季(-15-10℃)为0.06-0.08;春秋季(0-10℃)为0.10-0.12。
(2)风吹损失:通常以占循环水量R的百分率来估算,可由下式计算:
D=(0.05%-0.2%)R
式中D为风吹损失,m3/h。
(3)系统泄漏损失F(m3/h)量不定,应视系统具体情况而定。
实际影响浓缩倍数的因素:
(1)气候条件:由于地区、季节的不同,运行时最高浓缩倍数有所差异,一般北方低南方高;空气湿度的差异也导致西部高东部低。
(2)系统本身:冷却塔的型式和结构直接影响浓缩倍数。例如带托盘回收时冷却塔浓缩倍数较高,而不带托盘回收时则较低。相对来说,热负荷较高的循环冷却水系统,浓缩倍数也较高,系统容积与循环水量的比例(V/R)较大及管网、泵处有泄漏时,浓缩倍数不易升高,以至于有些系统的浓缩倍数不超过2。
7、提高浓缩倍数达到零排污的技术途径:
零排污是指循环系统的浓缩倍数很高,可达到不排污,也就是说在敞开式循环冷却水系统中飞溅损失、泄漏水量等和补充水达到一个动态平衡,从而使浓缩倍数稳定在一个数值,而不进行人工强制性排污。零排污一般出现在浓缩倍数为5-10倍之间,根据实际经验,一般为6左右。
水中各种水垢的产生为阴阳离子共同产生的结果,所以水处理方法的主要手段就是去除其中的一种离子或同时去除形成水垢的离子,或使其稳定在水中,则不会对设备产生危害。水中CaCO3是结垢的主要因素,如能从水中除去Ca2+或CO32-或同时除去Ca2+、CO32,则碳酸钙就无法结晶析出,也就不能形成水垢。
(1)原水的预处理:原水预处理的方法有反渗透膜法(生产纯水)和离子交换树脂法(获得去离子水)。利用原生产过程中的蒸汽冷凝水,经适当的处理可得到回用水。
(2)软化法:用物理化学方法去除水中有害的钙镁结垢因子,从而使结垢无法形成。也可以用石灰、石灰乳、纯碱或钠型阳离子交换树脂制得软化水。
(3)密封循环水系统采用风冷。由于风冷所带走的热量与水冷相同,所以风冷所需冷却面积极大,只能在小的循环冷却系统中使用,局限性较强。
(4)旁路处理法。是指在循环过程中把其中一部分水进行旁路循环处理,可采用上述纯水制法和软化制法,或加混凝剂进行混凝沉积,使水中杂质和有害离子沉积出一部分,而使循环系统安全运行。当浓度和钙离子增高时,加入混凝剂能打破各离子之间的平衡,形成絮状沉淀,从而使水质迅速恢复到可控制状态。
(5)加阻垢剂法:在水中加入少量的水质稳定剂,就能使CaCO3溶解度成十倍增长,但水处理药剂对钙、镁离子有一个容忍度。这种方法可用在低钙镁和碱度的南方和沿海地区,并需要试验和理论作为技术依据,并不能适用于所有水质中,大部分地区水质的零排污法不能由这一方法完成。
(6)加酸法。该法主要在加酸调整PH值的基础上,与优良的缓蚀阻垢剂共同使用,能达到不排污的目的。
8、加酸法在实际水处理过程中的应用:
加酸法是指在循环水中加入某种酸,中和水中的碱度,再采用投加水质稳定剂,使系统达到零排污的方法。必须具备以下条件:
(1)良好的加酸系统:在高浓缩倍数时,钙、镁、硅酸等离子含量较高,对PH值要求有一个最高限度,当PH值超过这个限度时,会很快发生结垢,而在过饱和状态下,结垢一旦产生,将会破坏原有水系统中各种离子的平衡,使药剂的阻垢率大大降低。例如:水中Ca2+为300mg/L,碱度为5mmol/L,PH值为9.0,阻垢率为96%;当PH为9.2时,阻垢率仅为46%,一旦结垢大量形成,再进一步调低PH值要水垢重新溶于循环水中,将比较困难,这要以时间和高的腐蚀率为代价。

加酸方案中的PH范围,就是由腐蚀所允许的最低PH值至结垢所允许的最高PH值来确定。用ΔPH来表示。循环水的浓缩倍数越低,ΔPH越宽;循环水的浓缩倍数越,高ΔPH越窄。以大庆化三循为例,当N=3时,PH值可控制在8.0-9.0之间,当N=5时,PH值可控制在8.4-8.7。由此可见,控制好水中的PH值是搞好零排污方案成败的关键,这就要求现场最好具备自动加酸系统,另外,在加酸过程中最关键的是避免局部PH过高或过低。
(2)优良的水质稳定剂:由于实际控制的PH范围有一个最高值和一个最低值,这就要求水质稳定剂不但具有优良的分散性能,还要具有同等重要的缓蚀性能,当PH值波动于ΔPH范围之外时,需要药剂有相当强的缓冲能力。
采用高浓缩倍数运行时,药剂在水中的停留时间会增加很多,这就要求药剂有优良的稳定性,不易分解。
不宜选用无机磷类缓蚀剂,和稳定性差的有机磷分散剂,需选用高稳定性的有机水质稳定剂。
在高浓缩倍数运行时,水中各种离子、粒子浓度较高,选用杀菌剂最好是高效无泡或低泡,否则引起浊度上升,导致不必要的人工强制大量排污,以使浊度保持在控制范围内。
(3)强大的技术力量:采用零排污运行方案后,水中各种离子含量极高,日常控制要求较高,一旦发生异常情况要及时处理,因而需要有强大的技术力量作为后盾。在实行零排污方案之前,必须在实验室做好各种试验,确保方案的可行性,因为实验室动态模拟实验和现场实际有较大的出入。比如PH值和碱度的对应关系,齐化集团动态模拟实验做浓缩4倍运行方案时,平衡10d后PH为8.6时,水中碱度为6mmol/L,而实际运行中,浓缩倍数为4、PH为8.6时,水中碱度为4.06mmol/L,并且这一对应关系在不同季节不同系统区别较大,由于许多不确定因素的存在,计算郎格利尔饱和指数出现较大的困难,不利于水型判断和选择条件,这就需要实验室的不断实验和现场的不断调整,所以说强大的技术力量是非常重要的。
五、《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050—95)要求的循环冷却水的水质标准
循环冷却水指标GB50050--95

注:甲基橙碱度、钙、镁离子均以碳酸钙计,
六、循环水系统中沉积物及其控制
循环冷却水系统在运行过程中,会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物组成。通常人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物三者统称为污垢。
水垢: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)2、Mg(HCO3)2为最多,也最不稳定,容易分解生成碳酸盐。因此如果使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水,当它通过换热器传热表面时,会受热分解:
Ca(HCO3)2 == CaCO3↓+H2O+CO2↑
冷却水通过冷却塔相当于一个爆气过程,溶解在水中的CO2会逸出,因此,水的PH值会升高。此时,重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下反应:
Ca(HCO3)2 +OH- ==CaCO3↓+2H2O+CO32-
当水中溶有氯化钙时,还会发生下列置换反应:
CaCl2+ CO32-== CaCO3↓+2Cl-
如水中溶有适量的磷酸盐时,磷酸根将与钙离子生成磷酸钙,其反应为:
2PO43-+3Ca2+==Ca(PO4)2↓
上述一系列反应生成的碳酸钙和磷酸钙均属于微溶性盐,它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。在20℃时,氯化钙的溶解度是37700mg/L;在0℃时,重碳酸钙的溶解度是2630mg/L;而碳酸钙的溶解度只有20mg/L,磷酸钙更小,是0.1mg/L。此外,碳酸钙和磷酸钙的溶解度与一般的盐类不同,它们不是随着温度的升高而升高,而是随着温度的升高而降低。因此,在换热器的传热表面上,这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出。当水流速比较小或传热面比较粗糙时,这些结晶沉积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,当其阴阳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传热表面上。
这些沉积物通常称为水垢。因为都是由无机盐组成的,又叫无机垢;又由于这些水垢结晶致密,比较坚硬,故又称为硬垢。它们通常牢固的附着在换热表面上,不易被水冲洗掉。
大多数情况下,换热器传热表面上形成的水垢是以碳酸钙为主的。这是因为硫酸钙的溶解度远远大于碳酸钙。例如在0℃时,硫酸钙的溶解度是1800mg/L,比碳酸钙约大90倍。
污垢:一般是由颗粒细小的泥沙、尘不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物等组成。水处理控制不当,补充水浊度过高,细微泥沙、胶状物质等带入冷却水系统,或者菌藻杀灭不及时,或腐蚀严重、腐蚀产物多以及操作不慎油污、工艺产物等泄漏入冷却水中,都会加剧污垢的形成。当这样的水质流经换热器表面时,容易形成污垢沉积物。特别是当水走壳程,流速较慢的部位污垢沉积较多。
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