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循环冷却水处理概要

发布时间：2011/4/16 阅读次数：6281 字体大小: 【小】【中】【大】

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第二章 循环冷却水系统中的沉积物及其控制

第一节循环冷却水系统中的沉积物

一、沉积物的分类

（一）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、为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。因此，如果使用含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

↓↑

冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的会逸出，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的反应

↓

当水中溶有氯化钙时，还会产生下列置换反应

↓

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

↓

上述一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。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。当水流速度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。

这类沉积物通常称为水垢。因为这些水垢都是由无机盐组成，故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称硬垢。他们通常牢固地附着在换热表面上，不易被水冲洗掉。

大多数情况下，换热器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。同时天然水中溶解的磷酸盐较少，因此除非向水中投加过量的磷酸盐，否则磷酸钙水垢将较少出现。

（二）污垢

P42第2，3，4节

二、水垢析出的判断

（一）碳酸钙垢析出的判断

1. 饱和指数（L.S.I.）

2. 稳定指数（R.S.I.）

（二）磷酸钙垢析出的判断

在许多水质处理方案中，常在循环冷却水中投加聚磷酸盐作为缓蚀剂或阻垢剂，而聚磷酸盐在水中会水解成为正磷酸盐，使水中有磷酸根离子存在。磷酸根与钙离子结合会生成溶解度很小的磷酸钙沉淀，如附着在传热表面上，就形成磷酸钙水垢。因此，在投加有聚磷酸盐药剂的循环冷却水系统中，必须要注意磷酸钙水垢生成的可能性。

为了能事先预测磷酸钙水垢析出与否，有人提出磷酸钙饱和pH值。以此预示该水中磷酸钙有沉淀析出的可能。

式中左边二项之和通称为pH温度因素，右边二项则分别称为钙因素和磷酸盐因素，它们分别与磷酸盐的一、二、三级电离常数和磷酸三钙的溶度积及循环水中钙离子浓度、浓度有关。该式就是计算磷酸三钙饱和pH值的计算式。为方便计算通常将有关数据列成表格，直接读取磷酸钙的饱和pH值。

（三）硅酸盐垢析出的判断

循环冷却水中，硅酸（以SiO₂计）含量过高，加上水的硬度较大时，SiO₂易与水中Ca²⁺和Mg²⁺生成传热系数很低的硅酸钙或硅酸镁水垢。这类水垢不能用一般的化学酸洗法去清洗，而要用酸、碱交替清洗的方法。如硅酸钙（或镁）垢中含有Al³⁺或Fe²⁺等金属离子时，清洗就更为困难。

为避免硅酸盐垢的生成，通常限制冷却水中SiO₂含量，一般以不超过175mg/L为宜。

当镁的含量大于40mg/L，与浓度极高的钙共存时，即使SiO₂含量低于150mg/L，仍会生成硅酸镁水垢。《工业循环冷却水处理设计规范》（GB 50050-95）中提出用控制硅酸镁浓度积的办法来控制硅酸镁水垢，他们提出硅酸镁浓度积应大致限制在：

[Mg²⁺][SiO₂]<15000mg/L

实践经验指出，有时即使循环冷却水中硅酸镁的浓度积小于15000仍会生成硅酸镁，这说明生成硅酸镁的条件还与换热器管壁温度、循环冷却水的pH值以及是否存在其他离子有关。

第二节循环冷却水系统中沉积物的控制

一、水垢的控制

（一）从冷却水中出去成垢的钙离子

水中钙是形成碳酸钙垢的主要原因，如能从水中除去Ca²⁺，使水软化，则碳酸钙就无法结晶析出，也就形不成水垢。从水中除去钙离子的方法主要有离子交换树脂法和石灰软化法。

（二）加酸或通CO₂气，降低pH值，稳定重碳酸盐

1. 加酸

通常是加硫酸，由于重碳酸盐在水中呈现下列平衡

所以加酸带入的H⁺，可促使反应向左进行，使重碳酸盐稳定。由于硫酸加入后循环水pH值会下降，如不注意控制而加酸过多，则会加速设备的腐蚀。在操作中如果依靠人工分析循环水的pH值来控制加酸量，则有取样点是否有代表性以及调节pH值滞后的问题。因此，如果采用加酸法，最好配有自动加酸、调节pH值的设备和仪表。

2. 通CO₂气

将CO₂气或烟道气通入水中，可使下列平衡向左进行，从而稳定了重碳酸盐

但此法常因冷却水通过冷却塔时，CO₂气易从水中逸出，因而在冷却塔中析出碳酸钙，堵塞冷却塔中填料之间的空隙。这种现象称钙垢转移，因此采用有困难。

（三）投加阻垢剂

从水中析出碳酸钙等水垢的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程。按结晶动力学观点，结晶的过程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒，然后这种微笑的晶体在溶液中由于热运动不断地相互碰撞，和金属器壁也不断地进行碰撞，碰撞的结果就提供了晶体生长的机会，使小晶体不断地变成大晶体，也就是说形成了覆盖传热面得垢层。从CaCO₃的结晶过程看，如能投加某些药剂，破坏其结晶增长，就可达到控制水垢形成的目的。目前使用的各种阻垢剂有聚磷酸盐、有机多元膦酸、有机膦酸酯、聚丙烯酸盐等。

二、污垢的控制

（一）降低补充水浊度

天然水尤其是地面水中总夹杂有许多泥砂、腐殖质以及各种悬浮物和胶体物，他们构成了水的浊度。作为循环水系统的补充水，其浊度越低，带入系统中可形成污垢的杂质就越少。干净的循环水不易形成污垢。当补充水浊度低于5mg/L以下，如城镇自来水、井水等，可以不作预处理直接进入系统。当补充水浊度高时，必须进行预处理，使其浊度降低。因此循环冷却水中悬浮物浓度不宜大于20mg/L。当换热器的型式为板式、翅片管式和螺旋板式时，不宜大于10mg/L。

（二）做好循环冷却水水质处理

冷却水在循环使用过程中，如不进行水质处理，必然会产生水垢或对设备腐蚀，生成腐蚀产物。同时必然会有大量菌藻滋生，从而形成污垢。如果对循环水进行了水质处理，但处理得不太好时，就会使原来形成的水垢因阻垢剂的加入而变得松软，再加上腐蚀产物和菌藻繁殖分泌的黏性物，它们就会粘合在一起，形成污垢。因此，做好水质处理，是减少系统产生污垢的好方法。

（三）投加分散剂

在进行阻垢、防腐和杀生水质处理时，投加一定量的分散剂，也是控制污垢的好方法。分散剂能将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒使之悬浮于水中，随之水流流动而不沉积在传热表面上，从而减少污垢对传热的影响，同时部分悬浮物还可以随排污水排出循环水系统。

（四）增加旁滤设备

在系统中增设旁滤设备，只要控制旁流量和进、出旁流设备的浊度，就可保证系统在长时间运行下浊度也不回增加，维持在控制的指标内，从而减少污垢的生成。

第三节阻垢剂及分散剂

一、聚磷酸盐

二、有机膦酸

三、膦羧酸

四、有机膦酸酯

五、聚羧酸

六、天然分散剂

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