工业循环冷却水系统的水质问题与稳定处理

工业循环冷却水系统的水质问题与稳定处理水是吸收和传递热量的良好介质，常用来冷却生产设备和产品。工业生产过程中，往往会产生大量热量，使生产设备或产品温度升高，必须及时冷却，以免影响生产的正常进行和产品质量。但在循环冷却水系统实际运行中，由于循环冷却水的温度、盐份、pH值等均适合微生物的繁殖和水垢的生成，若不加以控制，微生物繁殖将导致粘泥堵塞热交换器，而水垢也会影响输送管线的流量，并且在粘泥沉积的地方会产生垢下腐蚀。在外界条件（如温度、流速、浓度）改变时，循环冷却水水质多表现为不稳定的状态，极易产生金属材质腐蚀、设备表面结垢、粘泥沉积与微生物滋生等三类问题。如不进行科学的水处理，势必会引起管道堵塞、腐蚀泄漏、换热效率降低等一系列问题，对系统设备和管道造成损坏或非计划性停机停产。一、循环冷却水系统存在的问题循环冷却系统虽然包括许多组成部分，但循环冷却水处理的目的则主要是为了保护换热器免遭损害。为了达到循环冷却水所需要的水质指标，必须对腐蚀、沉积物和微生物三者的危害进行控制。由于腐蚀、沉积物和微生物三者相互影响，故必须采取综合处理方法。为便于分析问题，先分别进行讨论。1腐蚀控制（1）碳钢材质与水中的氧气作用而发生腐蚀，会发生下列反应即铁锈的生成：Fe+O2+H2O=Fe(OH)3↓（2）有害离子引起的腐蚀循环水在浓缩过程中，各种盐类的浓度相应增加，当Cl-和SO42-离子浓度较高时，会使金属表面保护膜的防腐性能降低。尤其是Cl-的离子半径小、穿透性强，容易破坏金属表面的保护膜增加其腐蚀反应的阳极过程速度，引起金属的局部腐蚀。（3）两种不同的金属接触时，因金属间电位差而造成电池腐蚀，例如热交换器的铜管与碳钢端板，其接触部分的钢铁材质会因此加速腐蚀。（4）水中微生物的滋生也会产生细菌性腐蚀，如硫酸还原菌、铁细菌等。（5）其它引起腐蚀的影响因素有：pH值、溶解的气体、温度、流速等。2沉积物控制在循环冷却水系统中，所溶解的重碳酸盐浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态，或者在经过换热器传热表面使水温升高时，水中盐份溶解平衡遭到破坏，会发生下列反应即水垢的生成：Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O生成的CaCO3水垢沉积在换热器的传热表面，形成一层硬垢，导热性能很差，严重影响换热效率。由于循环水系统设备、管道主要材质是碳钢，其腐蚀产物主要是氢氧化物和铁的氧化物的水合物，呈胶体状态，稳定地悬浮于水中，但当通过热交换器时易在受热面胶体相互凝集沉淀。沉淀的Fe2O3由于它的不连续性和不致密性而对金属无保护作用，而且由于它的磁性，粘着力强，且比重大，消除困难，形成污垢。并且循环水中也有天然有机物、泥沙、微生物群落等悬浮物，它们于流速慢或温度高的地方慢慢沉积而形成污垢沉积在设备、管道表面。此类污垢一般较为疏松，易用水冲洗去除。3微生物控制微生物可分为细菌、真菌及藻类，由于其散布在自然界各个角落，而循环水之温度、盐份、pH值、溶解氧等比较适合微生物繁殖。若未能得到有效控制，微生物不断滋生，并分泌出大量粘液，将水中不溶性杂质粘结在一起，产生粘泥附着于设备和管道的内表面，阻碍水的流动和系统热交换，且在粘泥沉积地方往往会造成沉积物下腐蚀。而且，微生物又与腐蚀有关，故控制微生物的意义更加深远。化学处理所用的药剂，可以分为氧化型杀菌剂、非氧化型杀菌剂及表面活性剂杀菌剂等。二、化学清洗说明首先对于存在上述问题的循环冷却水系统进行化学清洗。清洗之前需对水质进行采样分析，调查了解设备运行使用情况，判断污垢主要成分。根据水质分析、系统材质和设备系统运行与结垢情况制订清洗方案。其具体操作步骤分为：1、清水冲洗启动系统循环水泵，用大流量的清水尽可能的冲洗掉系统中的灰尘、泥沙、脱落的藻类及腐蚀产物等疏松的污垢，以节约用清洗药剂量，降低清洗成本，为下一步的化学清洗做准备。2、杀菌剥离排放出污水后补充清水，在循环水系统内的冷却水池中分别一次性的加入杀菌剥离剂，杀死系统中菌藻类微生物，并使设备、管道内表面附着的生物粘泥剥离脱落；通过水泵循环运行12～24小时，进行杀菌灭藻剥离污垢，最后从最低点排放污水。3、清洗除垢系统补入清水后加入具有溶垢、渗透与分散作用的清洗剂和清洗缓蚀剂，启动水泵将管道系统内的浮锈、水垢、油污等清洗下来，分散于水中，随水排出，还原清洁的金属表面。循环清洗两次，每次12小时，并要求加清水置换排污至浊度小于20ppm即视为清洗结束，最后将Y型过滤器上的过滤网拆开，蘸药剂手工清洗干净。4、钝化或预膜设备管道经过清洗后其金属表面处于十分活跃的活性状态，极易二次氧化锈蚀。A：若设备清洗后封存，则对设备进行预膜钝化处理；B：若设备清洗后立即投入使用，则需进行预膜缓蚀处理，以更好的保护洁净的金属表面防止氧化锈蚀。循环冷却水系统清洗过程完成后，就进入了日常水质稳定维护阶段，即通过加入水质稳定剂，降低金属材质生锈速率，抑制水中菌藻滋生，防止钙、镁盐结垢、沉淀，最大限度的保持设备和管道的金属表面清洁。这样就可减少设备清洗次数，延长其使用寿命。三、水质稳定处理目前，采用化学加药处理方法是循环水质稳定处理中最为有效且经济的技术措施，即根据循环冷却水系统的水质和材质特点，采用合适的水质稳定剂以维持和修补系统内金属表面形成的保护膜，并阻止和分散各种成垢离子结垢，控制菌藻的生成，达到防腐、防垢和控制微生物生长的目的。加药处理后的循环水质要求符合GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》，其中：碳钢腐蚀率≤0.075mm/a；铜腐蚀率≤0.005mm/a；污垢热阻≤4.0×10-4mk/s；异养细菌总数≤5×105个/mL。一般来说，用于工业循环冷却水处理的水质稳定剂主要有三大类：阻垢缓蚀剂、缓蚀剂和杀菌灭藻剂。1.阻垢分散剂该水质稳定剂为复合型水处理药剂，具有协同增效作用，化学稳定性强，耐高温，低磷环保，可同时控制多种金属材质的腐蚀及污垢的产生，具有良好的阻垢缓蚀效果。本品能通过络合增溶、晶格畸变及吸附分散作用，破坏垢物形成与增长的条件，使Ca2+、Mg2+等致垢离子稳定地溶于水中，对碳酸钙、硫酸钙、磷酸盐及碳酸钡等有卓越的阻垢效果，能很好地控制系统结垢，并对氧化铁、二氧化硅等胶体也有良好的分散作用，同时能在碳钢金属表面形成致密的保护膜，阻止腐蚀性离子的浸入，对设备表面起到良好的缓蚀保护效果，是阻垢性能优良兼具缓蚀效果的高效阻垢缓蚀剂。2.缓蚀剂这是一种阳极型缓蚀剂，稳定性能好，能在碳钢、铜及其合金材质表面形成多层致密的高分子防护膜，使金属表面不起氧化还原反应，具有良好的缓蚀性能。主要的几种缓蚀剂如：氧化膜型缓蚀剂、水中离子沉淀膜型缓蚀剂、金属离子沉淀膜型缓蚀剂、吸附膜型缓蚀剂。其中，氧化膜型缓蚀剂虽然效果和经济上占有优势，但从保护环境考虑，今后不会有大的发展前途；金属离子沉淀膜型缓蚀剂发展也不大；到目前为止，主要采用的还是水中离子沉淀膜型缓蚀剂，即聚磷酸盐和锌盐；近年来国外大量发展吸附膜型有机缓蚀剂，国内也在开展这方面的试验和研究。3.杀菌灭藻剂杀菌灭藻剂分为氧化型和非氧化型两种杀菌剂，能够不可逆的有效控制和杀死范围很广的微生物，本身也能被分解或被微生物降解；具有穿透粘泥和分散或剥离粘泥的能力，兼有优良的粘泥剥离和抑制菌藻繁殖的效果。同时在使用浓度下，与水中的缓蚀剂和阴垢分散剂能够彼此相容。在循环冷却水系统中，在可能条件下，用两种或两种以上药剂配合使用，可达到药剂间相互增效的作用。为了防止微生物逐渐适应杀菌剂而产生抗药性，应该选用几种药剂，轮换使用。工业循环冷却水系统的日常水质稳定处理不仅可延长管线和设备的使用寿命，即水处理的效果是使管线和设备达到设计的使用寿命；而且能节约大量的电能及水资源；还可防止设备水系统结垢、腐蚀，菌藻附着，保证系统设备经济而安全运行，因而是相当重要的。