华北理工水质工程学Ⅰ课件24循环冷却水水质（稳定）处理

第二十四章循环冷却水水质（稳定）处理水质稳定处理§24-1循环冷却水的特点及处理要求直流式：用后直接排放（水量大）密闭式：完全封闭，与大气仅有热量传递，无水量传质散热。冷却水系统损失水量小，水质处理单纯。问题：腐蚀。敝开式：水质处理最复杂，应用的最多(主要讲敝开式系统水处理)一、循环水的处理特点和任务1、水垢：原因：CaCO3，Mg(OH)2危害：交换器热交换效率下降，管道过水断面减小，增加管阻，耗能。造成事故。2、腐蚀：防止水对金属管道及器件的腐蚀。3、污垢：悬浮物，有机或无机物质——产生泥垢。微生物及其分秘物——粘垢。任务：防止或减轻水垢、防止或减轻水对设备及管系统的腐蚀、防止或减轻系统中产生的污垢。二.循环冷却水的基本水质要求:常用腐蚀和沉积物控制要求——基本水质指标。表中要求条件：1、年污垢热阻m2·h·℃/kJ2、腐蚀率：mm/a并且总碱度：以C(1/2Ca2+)计，是极限碳酸盐硬度。（一）腐蚀率：每年平均腐蚀深度（mm/a）CL由实验确定。P0，P——腐蚀前后金属重量；gρ——金属密度；g/cm3F——试件表面积；m2t——试验（腐蚀作用）时间。hFtPPCL076.81、点蚀系数：金属最大腐蚀深度与平均腐蚀深度之比。反映的是点蚀危害程度。2、缓蚀率η：处理后的水质腐蚀率降低的效果。C0，CL——循环水未处理和处理后的腐蚀率。0L0CCC（二）污垢热阻：1、热阻：传热系数（K）的倒数。2、污垢热阻：（Rt）由于结垢和污垢沉积使热交换器热阻增加的量称为污垢热阻。（m2·h·℃/KJ）K0——未结垢所测总传热系数；kJ/m2·h·℃Kt——运行t时间（结垢了）所测总传热系数；ψt（普西）——积垢后传热效率降低百分数。可作t~Rt的变化曲线，工作中应用，可做控制指标。11111110000ttttKKKKKR二、循环冷却水的积垢和腐蚀（一）水质影响因素：1、循环水的水质污染：（1）补充水带来污染：悬浮物，溶解盐，有机物，微生物。（2）水处理引起的污染：药剂带入杂质，冷却时，大气带进杂质：尘埃，杂草，树叶，有机物。（3）工艺流体的漏入。（4）系统内部产生的污染：金属，砼受腐蚀脱落产物，藻类脱落物。2、循环水脱CO2作用：在冷却塔中有一定量的CO2进入空气。Ca(HCO3)→CaCO3↓+CO2↑+H2O由于CO2进入空气中，使反应产生水垢。3、循环水的浓缩作用：补充水量=损失水量=P=P1+P2+P3+P4设补充水含盐量SB、循环水含盐量S，补充水带进盐：SB（P1+P2+P3+P4）风吹、排污渗漏及生产耗水带走的盐量：S（P2+P3+P4）系统运行一定时间后，带进盐≈带走盐系统中的含盐量趋于一个稳定值，用SP表示，即：SB（P1+P2+P3+P4）=SP（P2+P3+P4）令其为：K——浓缩倍数。由于有P1→K大于1→SP＞SB→系统有可能结垢。11143243211PPPPPPPPPPPPPSSBp111PPPSSKBp4、溶解度与温度的关系：单位：mg/L水温变化的影响：（1）热交换器中：t升高，Ca2+、Mg2+的盐类溶解度降低。当Ca2+、Mg2+及HCO3－、OH－含量高于溶解度时。水失去稳定性（可能）产生结垢。（2）冷却塔：t下降；Ca2+、Mg2+的盐类溶解度升高。即有HCO3－水显酸性产生腐蚀。t020406080100CaCO3956539262015Mg(OH)210986.55.75.2（3）系统由温度引发的：低温区（设备冷水进口）——腐蚀高温区（设备热水出口）——结垢（二）金属化学腐蚀：化学已学过：是电位差使电子迁移的过程。1、电池阳极：铁失去了2个电子：Fe－2e-→Fe2+2、电池阴极：电子沿铁中电阻小的途径达到阴极部位。（1）酸性水或中性水：H+2H++2e-→H2而Fe2++2OH-→Fe(OH)2Fe(OH)2致密层，保护铁不再被氧化。由H2和Fe(OH)2的生成而引起电位差的变化称为极化。极化的作用——抑制金属腐蚀。(阻兰；烤兰)（2）当水中有溶解氧时O2阴极继续：Fe（OH）3—铁锈，起去极化作用，继续腐蚀金属。（3）碱性水中：阴极直接产生OH－OHOH22221OHOHFeOHOOHFe3222221222222221OHFeFeOHeOOH3、凡是金属表面的两部位间存在差异（电位差），就会发生腐蚀。电位低的成为阳极，受腐蚀。电位高的成为阴极，产生沉积物。4、形成差异的原因：pH值（H+，OH-）；溶解氧；溶解盐；悬浮物；沉积物微生物等。(金属中的杂质等合金)（三）循环水水质稳定的判别：1、极限碳酸盐硬度法：Hjz水中CO2与碳酸盐硬度应保持平衡关系，保持不结垢的碳酸盐硬度——极限碳酸盐硬度Hjz，经验公式：条件t=30~65℃耗氧量＜25mg/l[O]——补充水的耗氧量；mg/lHy——补充水的非碳酸盐硬度;t——循环水的最高水温。当t＜40℃时，仍以40℃计。浓度平衡时，碳酸盐硬度HC=KHB。HB——补充水的碳酸盐硬度。K——浓缩倍数。（1）当HC=KHB≤Hjz水质不结垢（不结垢，但要排污）（2）当HC=KHB＞Hjz产生水垢应处理。Hjz——仅判定是否结垢，不能判定腐蚀，3104070684.2705.5403088.21tHtHyZj2、水质稳定性指标：饱和指数IL，稳定指数IR（1）饱和指数：（LangelirSaturationIndex）IL=pH0－pHs(书：LSI=pH0－pHs)pH0——水的pH值。pHs——水的CaCO3饱和pH值当IL＞0时，CaCO3处于过饱和，有结垢的倾向。当IL＜0时，CaCO3未饱和而CO2过量，水有腐蚀性。当IL=0时，水质稳定。工程控制：IL=±（0.25~0.30）范围内。（2）、稳定指数：IR（Rgznar）经验式：IR=2pHS－pH。IR=4.0~5.0水有严重结垢倾向；IR=5.0~6.0水有轻微结垢倾向；IR=6.0~7.0水有轻微结垢或腐蚀倾向；IR=7.0~7.5腐蚀显著；IR=7.5~9.0时，严重腐蚀。它不能提供计算数据，仅能判断水的结垢和腐蚀的倾向。3、结垢控制指标：（1）其它影响因素：（对结垢有影响的因素）悬浮物及溶解的有机物浓度。水温。（换热器水温升高）处理药剂。（主要是缓垢剂）（2）经验控制指标:pHs——CaCO3饱和时的pH值。pHP——Ca3(PO4)2饱和时的pH值。pH0——循环水的实际pH值。〔SiO2〕——SiO3－以SiO2计。结垢物质控制参数控制指标CaCO3CaSO4Ca3(PO4)2MgSiO3pHs溶解度pHP溶解度pH0＜pHs+（0.5~2.5）〔Ca2+〕×〔SO42－〕＜500000pH0＜pHp+1.5〔Mg2+〕×〔SiO2〕＜3500实际工程中所考虑的一些指标：（1）腐蚀率：CL—实验定，讲了。（2）腐蚀深度：用总蚀系数，讲了。（3）缓蚀率：η讲过了。（4）污垢热阻：Rt讲了。§24-2循环冷却水系统防垢，防腐处理水质稳定内容：（1）防止循环水结水垢；（2）防止循环水结污垢；（3）防止循环水对设备腐蚀。对水的处理，对三者均有影响。所以应用综合处理。一、防腐蚀处理：主要方法：膜保护，在金属表面生成一层保护膜。形成：金属氧化物膜（一）氧化膜型缓冲剂：形成：金属氢氧化物膜1、铬酸盐：Na2CrO4（铬酸钠）K2CrO4（铬酸钾）Na2Cr2O4（重铬酸钠）K2Cr2O4（重铬酸钾）高浓度时：具有阳极和阴极缓蚀铬酸盐具有：剂的双重作用。低浓度时：仅起阴极极化作用。反应：6FeO+2CrO42－+2H2O=Cr2O3+6Fe2O3+4HO－膜物质有重金属有污染，使用受限制2、亚硝酸盐及硝酸盐：NaNO2NaNO3使阳极极化，反应：4Fe+3NO2－+3H+=2Fe2O3+NH3+N2膜物质（二）、水中离子沉淀膜型缓蚀剂：难溶盐防蚀薄膜形成络合物防蚀膜膜孔多、较厚、松散、密合性差，热阻提高。1、聚磷酸盐：EDTMP（聚磷酸钠）缓蚀用量10~15mg/L(以PO43－计)n=14~16是阴极缓蚀剂，与Ca2+、Mg2+、Zn2+离子形成络合盐保护膜。2、正磷酸盐：阳极缓蚀剂。形成FePO4、Fe2O3保护膜。3、锌盐：阴极缓蚀剂。产生Zn(OH)2保护膜。药剂：ZnCl2、ZnSO4、ZnNO3对环境有污染，使用受限制。（三）金属离子沉淀膜型缓蚀剂：机理：缓蚀剂使金属离子活化溶解，在金属离子浓度高的部位与缓蚀剂形成沉积，形成保护膜。1、巯基苯并噻唑:(MBT)是铜的阳极缓蚀剂。用量：1~2mg/L2、苯并三唑：（BZT）是铜的阳极缓蚀剂。鳌合机理不明确。（四）吸附膜型缓蚀剂：疏水基机理：有机缓蚀剂，分子具有亲水基亲水基吸附在洁净的金属表面，疏水基朝向水中，由疏水作用来阻碍水和溶解氧向金属迁移，来隔绝金属的腐蚀。（1）极性基（亲水基）：如有机胺（胺取代金属吸附的水）HHH｜｜HMO+N—R→MN—R+OH｜｜HHH（2）疏水基R：直链脂肪胺C8~C18缺点：分析方法复杂，浓度难控制，价格贵。二、防垢处理：（一）防结垢处理：1、用排污法减小浓缩倍数：排污量P4SB——补充水含盐量，S——循环水含盐量，P1——蒸发水量百分比，(与循环总水量的百分比)P2P3——风吹和渗漏损失百分比。P4≯3~5%仅适用于SB远小于S，且新鲜水源充足。)(3214PPSSPSPBB2、降低补充水的碳酸盐硬度。降低补充水的碳酸盐硬度，进而使SB降低。适用在补充水水质很差或需提高浓缩倍数的情况采用。酸化法：水中加酸使碳酸盐硬度非碳酸盐硬度转化3、加阻垢剂：（提高冷却水中允许的极限碳酸盐硬度）机理：（1）螯合作用：（增溶Solubiligation）螯合剂将CaCO3螯合在一起在水中呈悬浮状态。（絮凝作用）（2）分散作用：（dispersion分散）分散剂具有表面活性，吸附在CaCO3微小晶坯的表面上，以小晶坯的形式存在于水中，防止结垢。（3）使结晶改良:（crystal晶体modificatim改良）（使晶格歪曲作用）使形成的CaCO3结晶松散，不坚硬，易去除。阻垢剂：六偏磷酸钠（1）聚磷酸盐三聚磷酸钠膦酸盐，代表为乙二胺四甲叉（2）有机磷酸盐膦酸盐，简称EDTMP二膦酸盐，代表为羟基乙叉二磷酸盐，简称HEDP。（3）聚羧酸类阻垢剂：聚丙烯酸钠及聚甲基丙烯酸聚丙烯酸的衍生物聚丙烯酰胺（絮凝剂）三种药剂多为复合使用。4、烟气处理法：CO2、SO2机理：抑制重碳酸盐分解。降低循环冷却水中的碳酸盐硬度。提高允许的极限碳酸盐硬度。Ca(HCO3)2+SO2+H2O→CaSO3+2H2O+2CO22CaSO3+O2→2CaSO4（二）微生物的控制及防污垢:1、化学药剂处理：（1）氧化型杀菌剂：液Cl、ClO2。次氯酸盐。Na、Ca。（2）非氧化型杀菌剂：硫酸铜——CuSO4。一般不单独使用，CuSO4有腐蚀性，与螯合剂联合作用（EDTA）。为了使Cu2+渗入藻类内部，加表面活性剂—脂肪胺（碳原子数为12~16的脂肪胺）。氯酚杀菌剂——五氯酚钠，C6Cl5ONa三氯酚钠，也可用。（3）表面活性剂杀菌剂：三甲基氯化铵ATM季铵盐类化合物二甲基烷氯酸铵DBA十二烷基二甲基苄基氯化铵DBL苄基：2、旁滤：使系统中一部分水分流进行处理，再返回系统中。（不排污）并联：（旁滤）水量为流量1~5%旁两种形式：滤水量也可按悬浮物的动平衡计算确定。串联：过滤：去除悬浮物（螯合的CaSO3）CH2三、综合处理:即防腐，又防垢。（一）、系统预处理——清洗与预膜。1、清洗