循环水处理技术以及化学水处理培训资料

循环水处理技术以及化学水处理培训资料2010.4.23一冷却水系统•1.直流冷却水系统•2.循环冷却水系统•A封闭式循环冷却水•B敞开式循环冷却水二冷却塔•1自然通风•2机械通风三敞开式循环冷却水系统•循环水量：系统中循环水的量对时间的函数，以R表示，单位t/h。•保有水量：循环水系统内所有水容积的总和，等于水池容积及管道和水冷设备内水的容积总和，以V表示，单位t。•补充水量：用来补充循环水系统中由于蒸发、排污和飞溅的损失所需的水，以M表示，单位t/h。•蒸发损失：在敞开式循环水系统中，从设备部分来的热水回到冷却塔，通过蒸发而冷却，在此过程中，有水的损失，称为蒸发损失，以E表示，单位t/h。•渗漏损失：从系统中散失到大气中的水，以L表示，单位t/h。•风吹损失：从系统中散失到大气中的水，以D表示，单位t/h。浓缩倍数：循环冷却水中某离子浓度与补充水中某离子浓度之比，以K表示。•排污水量：在确定的浓缩倍数条件下，需要从循环冷却水系统排放的水量，以B表示，单位t/h。•旁滤水量：从循环冷却水系统中分流出部分水量按要求进行处理后，再返回系统的水量，以F表示，单位t/h。•药剂停留时间：药剂在循环冷却水系统中的有效时间，以T表示，单位h。•冷却水进出口温差：冷却塔入口与水池出口之间水的温差，以△t表示，单位℃。敞开式冷却水系统•水平衡关系式•E=1%R•K(⊿t=4~10℃)•K：夏季：0.9~1.0，春秋：0.7~0.9，冬季：0.6~0.7•M=E+D+B+LL≈0D≈0M=E+B•B=E/(K-1)•T=V/B•⊿t=t2-t1•K=M/BM=E×K/(K-1)•F=5～10%R•浓缩倍数的计算•浓缩倍数是循环冷却水管理的一项重要指标。目前水质管理有二种方法，一般对补充水中含盐量受季节变化不大的水质以控制离子浓度为主。反之以控制循环水中离子强度为主。•循环水中总固体浓度或不与其它离子起反应的某一离子浓度与补充水中总固体浓度或相应离子浓度的比值称浓缩倍数，以K表示。•K=C/CM=M/B=(E+B)/B•式中：C：循环水中某离子浓度(mg/L)•CM：补充水中某离子浓度(mg/L)•当循环水设备处于正常运行时，蒸发水量E的值是一定的，所以浓缩倍数可以通过改变排污量B来调节。四敞开式循环冷却水系统产生的问题•水系统常见问题•冷却水在循环使用过程中，由于水的不断蒸发，水中的有害离子和钙镁离子成倍增加，会导致腐蚀、结垢和生物粘泥滋生等危害，产生以上危害的原因及对水冷设备的影响如下：•1腐蚀问题•所谓腐蚀，即金属和它所在环境之间的电化学反应而引起金属的破坏现象。在冷却水系统中，腐蚀主要是由氧引起的电化学腐蚀、有害离子引起的腐蚀和微生物引起的腐蚀，如下图：•电化学腐蚀•敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分的接触，因此水中溶解氧可达饱和状态，当碳钢与溶解氧的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区与阴极区分别发生下列的氧化还原反应：•阳极反应是铁溶解过程：2Fe→2Fe2++4e•阴极是氧的还原反应：O2+2H2O+4e→4OH-•在水中：Fe2++2OH-→Fe(OH)2•Fe(OH)2+O2→Fe(OH)3•这些反应促使微电池中的阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。•有害离子引起的腐蚀•循环水在浓缩过程中，除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增长而增长外，其他的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当Cl-和SO42-离子浓度增高时，会增加腐蚀速度。Cl-和SO42-会使金属上保护膜的保护性能降低，尤其是Cl-的离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层加速阳极反应的进行使腐蚀加速。•对于不锈钢和铜换热设备，Cl-是引起应力腐蚀的主要原因，因此冷却水中Cl-离子的含量过高，常使设备上应力集中部分迅速受到腐蚀破坏。•微生物引起的腐蚀•微生物的滋生也会使金属发生腐蚀，这是由于微生物排出的粘液、无机垢和泥沙杂物等形成的沉积物在金属表面和沉积物之间由于却氧一些厌氧菌得以繁殖更快，它分解水中的硫酸盐，产生硫化氢引起碳钢腐蚀。换热器以及管道腐蚀图片敞开式循环冷却水沉积物问题•2结垢问题•结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因，而沉积在金属表面，敞开式循环冷却水系统的结垢主要成分有CaCO3和腐蚀产物二种，由于缓蚀剂使用使腐蚀产物大大减少，而以CaCO3垢、Ca3(PO4)2垢、Zn垢等为主要成份。•由于垢的产生会引起水冷设备换热效率下降，管线的阻力增大，导致循环水量减少或列管的堵塞等，敞开式循环冷却水系统中影响结垢的主要因素是冷却水pH、CaH、总碱度、水温、流速及金属表面状况等。对电厂系统由于希望能在高浓缩倍数条件下运行，所以对结垢问题将做为重点。结垢原理•工业循环冷却水中硬度物质，其存在形态以钙、镁的重碳酸盐Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2为主，都为易溶盐类。但在冷却水中重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增高，当其浓度达到饱和状态，会从水中析出；或经过换热器传热表面使水温升高时，发生如下反应：Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O冷却水经过冷却塔时产生气水分离，溶解在水中的游离CO2要逸出，这就促使上述反应向右方进行。反应产物CaCO3为难溶物质，且富有粘性，沉积在换热器表面，形成致密的碳酸钙水垢。水垢使换热器效率下降，系统阻力增加，设备出力下降；严重时，会使换热器堵塞，同时产生垢下腐蚀。循环冷却水粘泥以及微生物问题•3粘泥问题•粘泥是水中的悬浮物沉积而形成的，可能来自环境，也可能来自系统内部。多数证据表明：粘泥的沉积来自低流速区或流速受限地区。粘泥包括各种形式，如：昆虫、软体动物、泥沙、铁锈、油和油脂、其它部位形成的垢和其它各种碎片。软性物质，如：油/油脂/生物团的存在，通过捕获悬浮物质，形成粘泥团，会加速沉积物的增长。生物粘泥主要由于细菌及藻类等微生物分泌产物同时粘附了水中悬浮杂质而形成，生物粘泥产生的后果与结垢一样会影响传热，堵塞列管，引起局部的腐蚀等危害，影响粘泥生成主要因素与水温、pH、溶解氧、营养源及金属表面特性等有关。系统工艺物料泄漏对生物粘泥繁殖更为有利。•4微生物问题•微生物是系统存在的微小生物的总称，其自身或其代谢产物－生物粘泥，是系统产生故障的主要原因。冷却水系统为微生物的生长提供了相当适宜的生长和繁殖的环境，这些有机物包括藻类、真菌和不同种类的细菌：好氧菌、厌氧菌和铁细菌。最明显的就是粘液、发臭物质、生物团在设备上的沉积。位于垢下的厌氧菌会通过造酸作用加速局部腐蚀。其它菌种，如真菌会恶化冷却塔的木质构件。由于水质为污水处理排放水，水中有机物COD和BOD含量可能较高，同时微生物和生物粘泥问题应是这类水质的主要问题。五循环冷却水系统腐蚀控制•一腐蚀形态•1.均匀腐蚀又称为全面腐蚀或普通腐蚀。特点是腐蚀过程在金属的全部暴露表面上均匀的进行，腐蚀过程中，金属逐渐变薄，最后破坏。对碳钢而言，均匀腐蚀主要发生在低PH值的酸性溶液中。例如，冷却水系统中的碳钢热交换器在用盐酸、硝酸、硫酸等无机酸进行化学清洗剂，如果没有加缓蚀剂会发生明显均匀腐蚀。又如，在加酸调节PH值的冷却水系统，如果加酸过多，冷却水的PH值降到很低，碳钢设备也将发生均匀腐蚀。腐蚀形态•2电偶腐蚀又称为金属腐蚀或接触腐蚀，当两种不同的液体浸在导电性的水溶液中时，两种金属之间通常存在电位差。如果这些金属互相接触或用导线连接，则该电位差会驱使电子在他们之间流动，从而形成一个腐蚀电池。与不接触相比，耐蚀性较差的金属（电位较低的金属）在接触后腐蚀速度通常会增加，而耐蚀性较好的金属(电位较高的金属）在接触后腐蚀速度会降低。如换热器中的黄铜换热管和碳钢管班或不锈钢水室。腐蚀形态•3.缝隙腐蚀浸泡在腐蚀性介质中的金属表面，当其处在缝隙或其他隐蔽区域内时，常会发生强烈的局部腐蚀。这种腐蚀常常和孔穴、垫片底部、搭接缝、表面沉积物、金属的腐蚀产物以及铆钉铆下的缝隙内积存的少量静止液体有关。因此，这种腐蚀形态被称为缝隙腐蚀，有时也被称为垢下腐蚀、沉积物腐蚀、垫片腐蚀。腐蚀形态•产生缝隙腐蚀的沉积物有：冷却水中的泥沙、尘埃、腐蚀产物、水垢、微生物粘泥和其他固体。沉积物的作用是屏蔽，在其下面形成缝隙，为液体不流动创造条件。缝隙腐蚀一般发生在缝隙宽度等于或小于.01-0.2mm的窄缝处。金属和非金属缝隙也可能发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀机理•缝隙腐蚀总反应包括金属M氧化成金属离子M2+的阳极过程和水中溶解氧还原为氢氧根离子的阴极过程。•在缝隙中，金属生成的离子M2+，而氧则由于缝隙中溶液对流不畅而贫化，所以氧的还原反应主要是在缝隙之外氧容易到达阳极区反应，这样，缝隙中有过剩的正电荷，这些过剩的正电荷需要带负电的氯离子迁徙到缝隙里面去，以保持电中性。结果缝隙中的金属氯化物的浓度增加。之后，金属氯化物MCL2水解，生成不溶性的金属氢氧化物沉淀和可溶性的盐酸。盐酸为强电解质，在水中会全部电力H+和CL-会加速多数金属和合金的腐蚀。腐蚀形态•四孔蚀又称为点蚀或坑蚀。孔蚀是在金属表面的一种局部的腐蚀形态。孔蚀是循环水系统最常见的，又是破坏性和隐患性最大的腐蚀形态之一。孔蚀是一种金属溶解的独特形式，孔蚀中金属的阳极溶解是一种自催化过程。冷却水中大多数孔蚀和卤素有关系。其中影响最大的是氯离子、溴离子硫酸根离子和次氯酸根离子。腐蚀形态•五选择性腐蚀又称为选择性浸出。选择性腐蚀是一种固体金属中有选择的除去其中一种元素腐蚀。冷却水系统中最常见的选择性腐蚀的实例是电厂冷凝器中黄铜管脱锌。黄铜管有原来的黄色变成红色或铜的颜色。腐蚀形态•六磨损腐蚀又称为冲击腐蚀、冲刷腐蚀或磨蚀。磨损腐蚀是由于腐蚀性流体和金属表面间的相对运动的金属加速破坏和腐蚀。他同时还包括机械磨耗和磨损作用。磨损腐蚀的外表特征是：腐蚀的部位呈槽、沟波纹和山谷型，还常常显示有方向性。腐蚀形态•七应力腐蚀是指由拉力和特定腐蚀介质的共同作用而引起金属或合金破裂。引力腐蚀的特点是，大部分表面实际上未遭破坏，只有一小部分细裂纹穿透金属或合金内部。应力可以有各种来源：外加应力、残余应力、焊接应力以及腐蚀产物产生的应力。六冷却水中金属腐蚀的因素•1.PH值•2.阴离子•3.络合剂•4.硬度•5.金属离子•6.溶解性气体（氧二氧化碳氨硫化氢二氧化硫氯）•7浓度•8.悬浮固体•9.流速•10.电偶•11.温度七金属腐蚀控制指标•碳钢换热器管壁的腐蚀速率小于0.125mm/a(5mpy)•铜、铜合金和不锈钢换热器的腐蚀速率小于0.005mm/a(0.2mpy)金属腐蚀控制方法•1.添加缓蚀剂•2.提高冷却水PH浓度•3.选用耐蚀材料制造的换热器•4.用防腐涂料涂覆。循环水处理缓蚀剂•1.钼酸盐（200-250ppm)宽PH6-11.缓蚀效果好。适合密闭系统。•2.亚硝酸盐（300-500ppm)一般用于设备酸洗后的钝化剂和密闭系统中的非铬酸盐系缓蚀剂。•3.硅酸盐（直流水）•4.钼酸盐•5.锌盐(硫酸锌）•优点：a能迅速成膜b成本低c与其他缓蚀剂联合使用效果好•缺点：a单独使用时效果比较差b对水生生物有些毒性•CPH大于8时，锌离子容易从水中析出以致降低或失去缓释作用。为此，要同时使用锌稳定剂。有机酸（盐）都有一定的稳定作用，其中磺酸基团的共聚物有更明显的稳定作用。循环水处理缓蚀剂•6.磷酸盐•优点：a没有毒性b价格便宜缺点：a需要与专用的共聚物联合使用b容易促使水中藻类的生长。•7.聚磷酸盐（20-25mg/l)优点：a缓释效果好b用量较少，陈本较低c除了有缓蚀作用，还兼有阻垢作用d冷却水中的还原物质不影响其缓释效果e没有毒性缺点：a易水解b易促使藻类生长c对铜以及铜合金有侵蚀性循环水处理缓蚀剂•8.有机磷酸（ATMP氨基三亚甲基磷酸、HEDP羟基亚乙基二膦酸、EDTMP乙二胺四亚甲基磷酸、PBTCA2-磷酸丁烷-1，2，4三羟基和HPA（羟基磷酰基乙酸）•热稳定性•PBTCAHEDPATMP六偏磷酸钠•优点：a不易水解，特别适合高硬度、高PH和高温下运行b同时具有缓蚀作用和阻垢作用c能使锌盐稳定•缺点