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循环冷却水处理技术巴克曼实验室化工（上海）有限公司目录1.水作为工业冷却剂2.冷却水术语3.冷却水系统通常存在的问题4.系统调查5.案例PartOne:为什么用水作为工业冷却剂?可获取性廉价易处理和泵送有利环保良好的传热介质比热－一种物质吸热和放热的能力纯水比热为1.0相对较而言甲醇比热为0.39苯比热为0.10因此水是一种理想的用于冷却塔的传热介质为什么水不是十全十美的冷却介质?水是“万能溶剂”－易溶解氧气、二氧化碳等气体钙、镁、铁等固体粘土、淤泥等悬浮物所有这些污染物使水对工厂设备会造成损害。重要化学特性电导率-能传导电流的能力.纯水（不含可溶固体）不会导电。随着水中集聚越多溶解的物质，它的电导率也越大。高溶解物质含量高电导率结垢和腐蚀倾向增加。重要化学特性硬度-溶解的钙和镁.易从溶液中析出而形成垢沉积。碱度-溶解的碳酸盐和碳酸氢盐过高－形成结垢。过低－发生腐蚀。重要化学特性pH-水的酸度和碱度平衡状态pH7.0–酸性pH=7.0–中性pH7.0–碱性冷却水的PH值必须保持在规定允许范围内，否则可能会形成结垢或发生腐蚀。冷却过程ColdcoolingwaterinHotcoolingwateroutHotprocessinCooledprocessoutPartTwo:冷却水术语冷却塔基本概念热负荷BDC冷却塔MURT2T1DLCBCM参数:E=蒸发量evaporation(gpmorm3/h)D=漂移损失drift(gpmorm3/h)MU=补充水makeup(gpmorm3/hBDC=控制排污量controlledblowdown(gpmorm3/h)BD=总排污量totalblowdown(gpmorm3/h)L=渗漏leakage(gpmorm3/h)R=循环量recirculationrate(gpmorm3/h)f=蒸发系数evaporationfactor(一般1.5%per10C)T1=（回流）热水温度hotwater(return)temperature(oForoC)T2=（给水）冷水温度coldwater(supply)temperature(oForoC)CR=浓缩倍率cyclesofconcentrationV=体积volume(galorm3)蒸发（汽化）-较热的水经由冷却塔向空气中释放热量，与此同时通过部分循环水汽化带走热量而使水被冷却。浓缩比(浓缩倍数)-只有纯水才可汽化，所以留下的循环水中溶解的固体累积。浓缩比就是冷却塔水中溶解固体含量与补充水中溶解固体含量的比值。排放-将塔内溶解固体高的水部分排出从而降低循环水的溶解固体含量（或电导率）。-切记，高电导率。易发生矿物结垢。这些被排放的高浓度的水被等量（含蒸发部分）的低浓度的新鲜水所补充。温降–温差-较热回水与较冷的供应水之间的温差。PartThree：冷却水易发生的问题结垢腐蚀结污微生物滋长结垢冷却水中的矿物质通常溶解在水中，但在某些条件下它们会析出而形成坚硬、致密的晶状物质，称为垢。垢可由单一矿物组成，可由多种矿物组成，也可含悬浮固体或细菌组成。结垢的换热器管下列因素会影响结垢：矿物质浓度当冷却水中溶解矿物质超过一定限定（溶解度）时就会结晶析出。温度大部分生成结垢的矿物的溶解度随着温度的升高而降低。所以当温度升高时，结垢趋势加大。正相关溶解度硫酸钙碳酸钙磷酸钙温度以下因素影响结垢的形成:水的pH值随着pH值的增加，碱度和结垢（特别是碳酸盐）的倾向也随之增加。悬浮物其它污染物（如灰尘、泥土、淤泥、细菌）可诱发新的结垢。流速低速水流和工艺设备中的“死角”会促进结垢的生成。结垢是怎样影响工厂生产的?矿物垢往往在冷却系统中温度较高的部分生成（如换热器）。这会导致:传热效率降低垢下腐蚀微生物及结污倾向加大导致工厂效率降低，生产率下降，停工时间增加，设备清洗和设备维修/更换费用加大。怎样才能防止结垢生成?控制可结垢矿物质浓度，定期排放和补水，降低补充水的电导率。加酸来降低pH值和碱度。系统设计的机械部分改进尽可能增加水流速度。用汽锤和反冲洗来去除设备结垢。降低热负荷（如增加换热器面积）。防止结垢要做些什么?使用化学阻垢剂有三种类型：1.晶体改变－使晶格扭曲而阻碍结垢的成长。2.鳌合剂－化学物质附着于矿物质上使其溶于水中从而防止结垢。3.分散剂－分散剂分子给予矿物质以电荷使其互相排斥而难以集聚结垢。巴克曼阻垢剂实例：应用上述三种原理的聚合物：－首先是可分散铝、铁和硅结垢的聚合物分散剂。－使晶体扭曲并应用鳌合特性防止碳酸钙、磷酸钙和硅酸镁结垢的形成WaterCycleSimulationsWaterCycleSimulations冷却水常有问题结垢腐蚀结污微生物滋长腐蚀使金属重新变成自然（氧化）状态的电化过程。例如，钢中的铁在水和空气接触时被氧化成Fe2O3(铁锈）。腐蚀腐蚀机理的三个步骤：1.与冷却水接解的铁在阳极开始溶解。2.电子释放并转移至阴极。3.在阴极电子与氧生成氢氧根离子，腐蚀就此产生。简单腐蚀电池腐蚀腐蚀破坏作用一直持续下去直至腐蚀路断开。冷却水系统为腐蚀提供良好的条件。被腐蚀了的换热器管壁严重腐蚀的换热器管下列因素影响腐蚀速率：水的pH值酸性随pH值下降而增加，会加速腐蚀。温度腐蚀速度随温度升高而加快，通常来说，每升高10℃，腐蚀速率会增加一倍。下列因素会影响腐蚀速率：固体溶解物正是因有固体溶解物的存在才致使电化学电池形成闭坏，固体溶解物浓度越高腐蚀就越快。沉积当水垢、污垢、细菌和粘泥沉积在金属表面时，这里便成为沉积下点腐蚀理想的场所。下列因素会加速腐蚀速率：水流速度低水流会使固体沉淀而破坏金属保护膜并造成沉积下腐蚀。高速水流会造成侵蚀腐蚀。下列因素会增加腐蚀速率：微生物滋长可在2天内加速腐蚀－沉积于金属表面促成沉积下腐蚀。－一些细菌产生高腐蚀性产物（如酸）造成严重的点腐蚀。腐蚀是如何影响工厂生产的?冷却水系统存在强大化学腐蚀动力，所以所有冷却水系统都存在某种程度上的腐蚀。我们的目标是减少腐蚀，延长设备寿命。腐蚀是怎样影响工厂生产的?腐蚀有多种形式，它们以不同方式影响设备，工业冷却水中通常存在的形式为：面腐蚀腐蚀在整个金属表面均匀地发生。这种腐蚀对设备影响较小。面腐蚀腐蚀是怎样影响工厂生产的?点腐蚀局部小范围内金属损失。点腐蚀通常在金属表面形成深深凹陷，会导致设备迅速报废。点腐蚀腐蚀是怎样影响工厂生产的?很明显，如腐蚀不加以控制便会对冷却系统造成破坏，其影响如下：•破坏冷却水系统金属•腐蚀产物在工艺设备上沉积/降低生产效率•工艺和水侧污染•维修和清洗频率增加•非计划停工增加/产量降低如何才能防止腐蚀?腐蚀不能完全消除，只能减小其腐蚀程度而减少其破坏。应用工程抗腐蚀材料。在经济可行前提下，可使用不锈钢、铜合金、水泥和塑料。调整水的pH值pH值增加，腐蚀倾向减小，但结垢倾向加大。如何才能防止腐蚀?应用保护涂料含锌、镍、铬、锡的涂层可改善金属表面的抗腐蚀性。在水中应用腐蚀剂一些化学药品可阻断阴极和阳极腐蚀电池，故可用来防止腐蚀反应发生。如何才能防止腐蚀?•阳极缓蚀剂－铬酸盐、亚硝酸盐、硫酸盐、硅酸盐和钼酸盐有阻断阳极腐蚀氧化反应功能。•阴极缓蚀剂－锌、碳酸氢盐、聚硅酸盐等有阻断阴极氧化反应的功能。有效的冷却水腐蚀控制方案往往同时使用阳极和阴极缓蚀剂。如何监控缓蚀剂效果?腐蚀挂片设备检修时对设备的考察低碳钢腐蚀的工业标准为小于5mpy(0.125mm/a)。可见缓蚀剂方案效果卓越，可使设备使用年限显著延长。如何监控缓蚀剂效果?冷却水系统通常发生的问题水垢腐蚀粘泥（结污）微生物滋长粘泥（结污）冷却水中任何一种悬浮物均有沉淀而粘附于设备表面的倾向。来源粘泥（结污）补充水淤泥，泥砂携入空气灰尘、污垢、昆虫内部污染物油、腐蚀产物、细菌粘泥（结污）粘泥倾向于集聚在一起并在冷却系统中沉淀出来。这种情况发生可导致传热效率降低和垢下腐蚀下列因素影响粘泥（结污）产生:系统特性如冷却塔－最易由空气携入污染物。补充水源某些水源存在大量悬浮物。大雨冲刷而致使补充水受污染。冷却水流速低流速易使悬浮物和其他污物沉积。微生物滋长水中由冷却塔填料上剥落的生物团、藻类是冷却系统结污的主要来源。下列因素影响粘泥（结污）产生:腐蚀产物腐蚀过程中产生的氧化铁（铁锈）剥落成为粘泥的一部分。工艺污染工艺物料，油等渗漏至水侧。下列因素影响粘泥（结污）产生:粘泥（结污）是如何影响工厂生产的?粘泥易在系统中温度较高的部分，传热部分，低流速区域和死角内沉积。其影响如下：降低工厂效益降低生产率增加停工和维护设备修理和更换成本增加如何防止粘泥（结污）的发生?保持系统的清洁！防止污物进学系统降冷却塔置于水泥围墙内，防止垃圾携入，检查防止换热器泄漏等。减少系统内污物保持良好排放；抑制微生物生长；安装旁路过滤。如何才能防止粘泥（结污）?非停工维护-低流速工艺设备和换热器反冲洗。-用压缩空气吹扫工艺设备排出积聚污物。-真空清理冷却塔水池。怎样防止粘泥沉积?化学处理分散剂可最大程度地防止粘泥沉积。分散剂通过加强悬浮物地表面电荷，产生相互排斥力，防止互相粘接来保持浮在水中。冷却水问题结垢腐蚀粘泥微生物滋长微生物的滋生冷却水为微生物的生长繁殖提供了理想的环境。据统计不进行微生物控制导致的问题占所有问题的90％。这就是为什么微生物占据三角形的中心。循环水中的微生物有很多种，共分三大类：细菌这是最主要的一类，按其适应的环境分类。藻类生长在阳光充足的地方。真菌在木质结构中易生长。微生物的滋生细菌好氧菌，粘泥制造者生长在氧气充足的地方，对冷却水系统产生持续的危害。表面有粘液层，可附着在金属表面。其代谢产物具有很强的粘性和腐蚀性，可使悬浮物和其它杂物沉积。AerobicSlimeFormers细菌厌氧菌－强腐蚀性可生存在氧气缺乏的地方。可产生强烈的破坏性：比如硫，其产物具有强腐蚀性。可导致局部腐蚀，穿孔，很难处理。细菌铁细菌广泛存在于水源中，能将Fe转化为FeO。硝化菌能将NH3转化为NO3－，降低pH值，使水具有腐蚀性。连续的营养供给(C、O2、S、PO4).理想的温度15-40oC。理想的pH值6.0-9.0阳光/无阳光(氧气/无氧气)为什么微生物可以在冷却水中生存?微生物对工厂产生怎样的影响?一般问题包括：•微生物膜－降低传热效率。•产生腐蚀－导致泄漏。•木质结构的腐烂。•产生粘泥。•健康原因。目的是要让微生物的生长环境非常苛刻。这样将抑制它的生长繁殖。水质保持良好水质，保证最少的营养源。使用水质良好的补充水，避免有机物的污染，如油脂等。正确使用旁滤系统。机械设计和维护-尽量避免阳光的照射。-使用塑料材质的填料和挡板，减少真菌滋生。-定期清除塔池的污泥。-保持较高的水流。-冲洗水流速较低的区域和死角。怎样减少微生物的生长?化学处理微生物处理剂可以有效控制微生物的生长。微生物处理剂分三类:氧化性杀菌剂非氧化性杀菌剂生物分散剂氧化性杀菌剂功能：将细菌的细胞组织氧化，杀死细菌。包括：氯、溴、ClO2、O3，对各种微生物都有效，使用浓度较低，1.0ppm。在正常的管理下，氧化性杀菌剂不产生抗药性。非氧化性杀菌剂干扰组织的代谢，从而抑制细菌生长。使用浓度较高至30+ppm。配合氧化性杀菌剂的使用，对某特殊的细菌有良好的效果。生物分散剂可加强氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂的效果。有分散和渗透作用，使杀菌剂直接作用于细菌。能保持换热器表面不粘接生物膜。有些氧化性杀菌剂包含生物分散剂。维持余鹵在0.1～0.3ppm，连续投加或0.3～0.5ppm间歇性投加。氧化性杀菌剂有效时间长，至48小时。定期冲击性投加非氧化性杀菌剂化学药剂的安全装运安全防护用品：安全帽、呼吸器、护目镜、橡胶手套、皮围裙、安全鞋。谢谢