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循环冷却水处理概要

发布时间：2011/4/16 阅读次数：6283 字体大小: 【小】【中】【大】

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第五章 冷却水系统的清洗和预膜

冷却水系统在运行过程中，其冷却设备的金属表面上常常会发生沉积物（污垢）的集积，大大降低换热器的冷却效果。

与此同时，沉积物还使换热器中冷却水通道的截面积和冷却水的通量变小，从而使冷却效果进一步降低。

微生物黏泥和油垢是微生物生长的基地和养料。黏泥还是微生物躲避杀生剂的庇护所。油垢的存在会增加冷却水的耗氧量，降低氯的杀菌效果。这些都将促进微生物的生长和微生物腐蚀的发展。

沉积物还阻碍冷却水中缓蚀剂和预膜药剂到达冷却设备的金属表面，使它们难于与金属反应而生成保护膜，从而降低缓蚀剂和预膜处理的效果。

沉积物覆盖于金属的表面，为垢下腐蚀创造了必要的条件。

因此，不论从提高冷却效果来考虑，还是从防止腐蚀和抑制微生物生长来考虑，冷却水系统都应定期进行清洗，以除去金属表面上的那些沉积物。

新的冷却设备，在制造加工、运输及储存期间会发生锈蚀，带入切削油、防锈油；在安装过程中可能留下碎屑、油类、泥砂和杂物。因此，在开车之前，新的冷却水系统往往也需要清洗。

如果冷却水系统中的换热器准备采用防腐涂料进行保护，则在涂装之前，换热器的金属表面也需要进行清洗。

冷却水系统的清洗方法可以分为两大类：物理清洗和化学清洗。

第一节物理清洗

物理清洗是指通过物理的或机械的方法对冷却水系统或其设备进行清洗的一大类清洗方法。常用的方法有：捅刷、吹气、冲洗、反冲洗、刮管器清洗、胶球清洗、高压水射流冲洗等。物理清洗常和化学清洗配合使用。

物理清洗的有点是：① 可以省去化学清洗所需的药剂费用；② 避免了化学清洗后清洗废液带来的排放或处理问题；③ 不易引起被清洗设备的腐蚀。

物理清洗的缺点是：① 一部分物理清洗方法需要在冷却水系统中断运行后才能进行；② 对黏结性强的硬垢和腐蚀产物，物理清洗（除了高压水射流清洗和刮管器清洗外）的效果不佳；③ 清洗操作比较费工。

第二节化学清洗

化学清洗是通过化学药剂的作用使被清洗设备中的沉积物溶解、疏松、脱落或剥离的一大类清洗方法。化学清洗常常与物理清洗互相配合或交替使用。

一、分类

人们往往从不同的角度对化学清洗进行分类。

（一）按清洗方式分

（1）浸泡法它适用于小型冷却设备以及被沉积物堵死而无法将清洗液进行循环的设备；

（2）喷淋法它适用于大型容器的内外壁清洗；

（3）泡沫法将发泡剂加入清洗液中，再吹入空气、氮气等气体，使药剂充满整个容器，以便用少量的清洗剂去清洗一个大容器的内壁；

（4）循环法这是一种最普遍使用的方法。单台设备清洗时，通常是在清洗液储槽和被清洗的设备之间接上循环泵和管道，形成一个闭合回路，使清洗液不断循环，沉积物层不断受到新鲜清洗液的化学作用和冲刷作用而溶解和脱落。

（二）按使用的清洗剂分

（1）碱清洗

（2）酸清洗

（3）络合剂清洗

（4）聚电解质清洗

（5）表面活性剂清洗

（6）杀生剂清洗

（7）有机溶剂清洗

（三）按清洗的对象分

（1）单台设备清洗

（2）全系统清洗

（四）按是否停车分

（1）不停车清洗；

（2）停车清洗

二、化学清洗的方法

随着清洗技术的发展，出现了许多化学清洗的方法。它们使用不同的清洗剂和缓蚀剂，去清洗不同金属材质的换热器中不同的沉积物。现按所使用的清洗剂扼要介绍几种主要的化学清洗方法。

（一）碱清洗

碱清洗又简称为碱洗。碱清洗是以强碱性或碱性的化学药剂作为清洗剂去疏松、乳化和分散金属设备内沉积物的一类方法。

常用的碱清洗药剂有氢氧化钠、碳酸钠、磷酸氢二钠和硅酸钠。碱清洗时要同时添加表面活性剂去润湿油脂、尘埃和生物物质，以提高清洗效果。

碱清洗常用于：① 除去系统或设备中的油脂和安装时遗留的碎屑；② 与酸清洗交替使用，以除去诸如硅酸盐等酸清洗难于除去的沉积物；③ 碱清洗也用于酸清洗之后，以中和水中或设备中残留的酸，降低其腐蚀性。

如果冷却水系统中有铝或镀锌钢件，则碱清洗时应特别慎重，因为这些＊＊金属既能溶于酸中，也能溶于碱中。

（二）酸清洗

酸清洗常被简称为酸洗。

许多年来，冷却水系统的化学清洗主要是采用某些酸或酸式盐进行的。这些酸或酸式盐是盐酸、硫酸、硝酸、氨基碘酸、氟化氢铵等。其中以盐酸使用得最多。

酸能有效地清洗掉金属设备中由碱土金属碳酸盐组成的硬垢和由金属氧化物组成的腐蚀产物。这些酸与金属的碳酸盐或氧化物反应，使之转变为可溶性的金属盐类。

酸能溶解碳酸钙、磷酸钙、硫化铁以及金属的氧化物。但酸（除了氢氟酸）对硅酸盐则无效。对于油脂、悬浮物和微生物生长形成的沉积物，酸洗的效果则很差。

许多酸对金属设备有很强的腐蚀性，因此，酸洗前要向酸洗液中加入一些专用的高效酸洗缓蚀剂，以减轻酸对被清洗设备金属基体的腐蚀。为了除去酸洗不易除去的一些物质、减少酸的消耗量以及使酸能与沉积物反应，在酸洗之前，往往需要对被清洗的设备进行吹扫、水冲洗和碱洗（或除油）处理。

在酸洗结束时，为了出去设备中的残酸，需要进行中和、水冲洗和漂洗。

酸洗后的金属设备表面非常活泼，极易生锈或腐蚀。为此，需要对它进行钝化或预膜处理。

（三）络合剂清洗

络合剂又称配体。络合剂清洗是利用各种络合剂（其中包括螯合剂）对各种成垢离子（例如钙离子、镁离子和铁离子）的络合作用（配位作用）或螯合作用，使之生成可溶性的络合物（配位化合物）或螯合物而进行的清洗。

络合剂清洗中常用的无机络合剂有聚磷酸盐，常用的有机螯合剂有柠檬酸、乙二胺四乙酸（EDTA）和氮三乙酸（NTA）等。

使用有机螯合剂的清洗主要用于一些大型压力设备，例如高压蒸汽发生系统的清洗、不锈钢-碳钢焊接设备的清洗以及循环冷却水系统的不停车清洗中。用聚磷酸盐的无机络合剂清洗则广泛用于一般循环冷却水系统的停车清洗过程中。

络合剂清洗具有溶垢效率高、对基体金属和水泥设施的侵蚀性小、无氢脆和无晶间腐蚀等优点，故常被应用于循环冷却水系统的不停车清洗中。但络合剂清洗也具有价格高，并要在较高温度下才有效地缺点。

（四）表面活性剂清洗

表面活性剂和润湿剂通常使用于清洗冷却水系统中含油的或含胶状物质的沉积物。它们能分散冷却水中的油类、脂类和微生物产生的沉积物，然后通过排放把这些物质从冷却水系统中除去。

冷却水系统中通常所添加的表面活性剂是一些低泡的、非离子型的表面活性剂。添加的浓度取决于冷却水系统中存在含油沉积物的情况，一般为10~100mg/L（以活性物质计）。

（五）杀生剂清洗

当冷却水系统中有微生物黏泥和含油沉积物时，可采用低泡型非离子型表面活性剂和非氧化性杀生剂（例如二硫氰基甲烷），同时通入氯气，水的pH值保持在6~7，对冷却水系统进行循环清洗。

三、优缺点

化学清洗的优点是：① 可以除去多数物理清洗不易除去的硬垢和腐蚀产物；② 清洗时可以不打开空冷设备，对设备内间隙小的部位也能进行清洗；③ 清洗的时间较短，费工较少；④有些化学清洗可以在不停车状态下进行。

化学清洗的缺点是：① 化学清洗时处理不当或缓蚀剂使用不当，会引起设备严重腐蚀；② 清洗后的废液需要进行处理，否则会引起环境污染；③ 有些化学清洗药剂费用较高，有些药剂对操作人员的健康有影响。

第三节不同情况下的清洗

一、新设备的清洗

新的冷却设备由于没有经过运行，设备内部一般比较干净，故清洗方案主要是除去设备在加工、储存或安装期间集积在设备金属表面的少量氧化物（例如铁锈）和油脂。这时可以采用下面的方案进行清洗。

（1）向冷却水水池中装水达到一定水位，加入氯或次氯酸钠，使水中游离氯浓度达到指定浓度。调整水的pH值达到6.5~7.0.加入表面活性剂以清洗设备上的油脂和增强氯控制微生物生长的效果。

（2）根据冷却水系统的清洁程度，向水中加入200~1000mg/L聚磷酸盐和适量的聚羧酸类化合物。

（3）安装检测用的腐蚀试片。

（4）通过加硫酸，把水的pH值降低到5.0~5.5.循环清洗12小时。

（5）排去冷却水系统中的水，换入新水，准备下一步的预膜。

二、老设备的清洗

对于一些腐蚀和结构严重的冷却设备或换热器，可以在停车后进行单台设备的清洗。若这些换热器都是由碳钢制造的，则可以用加有缓蚀剂的盐酸清洗液进行清洗；若除了碳钢换热器外，还有不锈钢换热器或部件，则可以用10%硝酸清洗液加上清洗缓蚀剂进行循环清洗。清洗时，酸洗液中应放入检测用的腐蚀试片。

对于薄垢，一般进行循环酸洗2小时，对于厚垢，则循环酸洗4~6小时。沉积物洗净后，即停止酸洗，以减轻酸对基体金属的侵蚀。

废酸液应该用氨水或碱液中和后，稀释排放到化学污水中再去处理。

换热器排去残酸后应加清水进行循环，以除去残留的酸和溶解物。水洗干净后，随即对换热器进行预膜或钝化处理。

第四节钝化

一、钝化

在金属表面上形成能抑制金属溶解过程的电子导体膜，而这层膜本身在介质中的溶解速度又很小，以致它能使金属的养鸡溶解速度保持在很小的数值上，则这层表面膜称为钝化膜。在金属表面上生成完整钝化膜的过程，叫做钝化或钝化过程

二、钝化的目的

金属换热器经过酸洗后，换热器中还有残留的酸液，其金属表面则处于十分活泼的活化状态。为此，需要将换热器进行中和及水冲洗，以除去其中的残酸。如果换热器清洗后暂时不使用，则需要进行钝化，然后加以封存。

钝化的目的是防止换热器在清洗后存放期间腐蚀生锈。钝化应该在清洗（包括中和和水冲洗）后进行。

三、钝化处理

下面介绍两种常用的钝化处理的配方。

（1） 1%Na₂CO₃+0.5%NaNO₂

（2） 1%Na₂CO₃+0.25%Na₂HPO₄+0.25%NaH₂PO₄

钝化操作若在27℃以上进行，则钝化可在几小时内完成；若不能在27℃以上进行，则可将钝化液泵入被钝化的冷却设备中封存几天，也是有效的。

第五节预膜

清洗后，尤其是酸洗后的金属冷却设备（其中包括换热器）在投入正常运行之前，需要进行预膜。

一、预膜的目的

预膜的目的，是让清洗后尤其是酸洗后处于活化状态下的新鲜金属表面上，或其保护膜曾受到重大损伤的金属表面上，在投入正常运行之前预先生成一层完整而耐蚀的保护膜。

有人曾对碳钢试样进行了预膜和不预膜的对比试验，试验表明，如果不经预膜处理，则冷却水中缓蚀剂的浓度较高时，才能有效地控制碳钢的腐蚀和沉积物的增长。若先用高浓度的缓蚀剂进行预膜，然后用低浓度的缓蚀剂进行日常运行（正常运行），比不经预膜而直接用高浓度缓蚀剂运行要经济得多，又比直接用低浓度缓蚀剂运行去控制腐蚀要有效得多。

二、预膜方案的分类

根据预膜时使用的药剂配方组成与日常运行时使用的药剂配方组成之间是否有直接的联系，冷却水系统中金属冷却设备（主要是换热器）的预膜方案可以分为以下两大类。

（一）专用配方的预膜方案

这类方案所用的预膜配方的性能一般都较好，但它们的组成与该冷却水系统今后日常运行时所用配方的组成之间并无直接联系。

专用配方的预膜方案较多，国内广泛使用的聚磷酸盐-锌盐预膜方案就是一例。

（二）提高浓度的预膜方案

这类预膜方案的特点是预膜配方的组成与正常运行配方的组成之间有着密切的联系。它们是在预膜阶段，将该冷却水系统今后日常运行时配方的浓度提高若干倍（通常是2~4倍）作为预膜配方，在预膜浓度下运行一段时间（通常是几天或1~2周）。然后，把配方的浓度降低到日常运行浓度（维持浓度）运行。这种方案由于操作和管理比较简单，所以也得到广泛的应用。

三、预膜的时机

通常在以下的一些情况下对冷却水系统中的金属冷却设备进行预膜：

（1）新的换热器或冷却水系统清洗之后，投入日常运行之前；

（2）旧的换热器或冷却水系统清洗，尤其是酸清洗之后；

（3）冷却水系统出现了低pH值漂移但被复原到控制的pH值之后；

（4）冷却水系统在检修后随即进行开车之前。

第六章 循环冷却水系统的日常运行

第一节运行过程中水质的变化

循环冷却水在其运行过程中，补充水不断进入冷却水系统。此时，补充水中的一部分水在循环运行过程中被蒸发进入大气，另一部分则留在冷却水中而被浓缩，并发生以下一系列的变化。

一、二氧化碳含量降低

二、硬度和碱度增加

三、pH值升高

四、浊度增加

五、溶解氧浓度增大

六、含盐量升高

七、有害气体进入

八、工艺泄漏物进入

九、微生物滋长

第二节浓缩倍数

循环水的浓缩倍数是该循环冷却水的含盐量与其补充水的含盐量之比。

提高循环冷却水的浓缩倍数，可以降低补充水的用量，从而节约水资源；还可以降低排污水量，从而减少对环境的污染和废水的处理量。此外，提高浓缩倍数还可以节约水处理剂的消耗量，从而降低冷却水处理的成本。但是，过多地提高浓缩倍数，会使循环冷却水中的硬度、碱度和浊度升得太高，水的结垢倾向增大很多，从而使结垢控制的难度变得太大；还会使循环冷却水中的腐蚀性离子和腐蚀性物质的含量增大，水的腐蚀性增强，从而使腐蚀控制的难度增加；过多地提高浓缩倍数还会使药剂在冷却水系统内的停留时间增长而水解。因此，冷却水的浓缩倍数并不是愈高愈好。

一般来说：在低浓缩倍数时，提高浓缩倍数的节水效果比较明显；但当浓缩倍数提高到4.0以上时，再进一步提高浓缩倍数的节水效果就不太明显了。因此，一般循环冷却水系统的浓缩倍数通常被控制在2.0~4.0左右。

与直流冷却水相比，即使循环水的浓缩倍数比较低，例如仅为1.5倍，但此时补充水即可节约94.8%。由此可见，从节约水资源的角度来看，把直流冷却水改造为浓缩倍数不太高的循环冷却水，就可以节约大量的淡水资源。因此，直流冷却水系统的改造与不改造是大不一样的。

敞开式循环冷却水的浓缩倍数可以通过调节排污水量或补充水量来控制。

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