池爐用間接循環(huán)冷卻水水質(zhì)的控制

池爐用間接循環(huán)冷卻水水質(zhì)的控制摘要：循環(huán)冷卻水在長(zhǎng)期循環(huán)使用后，必然會(huì)帶來沉積物附著、金屬腐蝕和微生物滋生等問題。本文通過對(duì)循環(huán)冷卻水容易產(chǎn)生問題的原因分析，找到合適的處理方法控制池爐用間接循環(huán)冷卻水的水質(zhì)，避免由于設(shè)備腐蝕和管路堵塞而影響池爐生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

關(guān)鍵字：間接循環(huán)冷卻水水垢污垢腐蝕1.引言我公司池爐用間接循環(huán)冷卻水采用的是敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)。在敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，冷卻水在系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，由于水溫的升高，水流速度的變化，水的蒸發(fā)，各種無機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，冷卻塔受到陽光照射，風(fēng)吹雨淋，灰塵雜物的進(jìn)入以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等各種因素的綜合作用，使冷卻水系統(tǒng)中的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)始終處于動(dòng)態(tài)變化之中。補(bǔ)充水質(zhì)及系統(tǒng)操作條件的偏離，可導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)垢、沉積物的附著、設(shè)備腐蝕和微生物的大量滋生，以及由此形成的黏泥污垢堵塞管道等問題，它們會(huì)威脅和破壞工廠長(zhǎng)期的安全生產(chǎn)，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失，因此，必須對(duì)引起上述問題的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，找到合適的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的循環(huán)冷卻水處理方法，解決或改善冷卻水的水質(zhì)。2.問題分析2.1水溫升高，水分蒸發(fā)，水中二氧化碳逸出或從外部向水中引入過量的鈣鎂離子，都能形成結(jié)垢。一般未處理的水中都溶解有重碳酸鹽，重碳酸鹽的濃度隨著蒸發(fā)濃縮而增加，當(dāng)其濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，或者經(jīng)過換熱器表面使水溫升高時(shí)，會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2OCaCO3沉積在換熱器傳熱表面，形成致密的碳酸鈣水垢，它的導(dǎo)熱性能很差。不同的水垢，其導(dǎo)熱系數(shù)不同，但一般都不超過1.16W/(m.k)，而鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為46.4～52.2W/(m.k)，必然會(huì)影響換熱器的傳熱效果。水垢附著的危害，輕著是降低換熱器的傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)則管道被堵。2.2冷卻水系統(tǒng)中藻類和細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，特別是鐵細(xì)菌和硫酸還原菌的生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生膠體物質(zhì)，以及大氣中塵埃落入，循環(huán)過程中懸浮物顆粒不斷積累，因而造成污垢。冷卻水中的微生物一般是指細(xì)菌和藻類。在新鮮水中一般來說細(xì)菌和藻類都較少，但在循環(huán)水中由于養(yǎng)分的濃縮，水溫的升高和陽光照射，給細(xì)菌和藻類創(chuàng)造了迅速繁殖的條件。大量細(xì)菌分泌出的黏液像粘合劑一樣能使水中飄浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物黏附在一起，形成黏糊糊的沉淀物黏附在換熱器的傳熱表面上，黏泥積附在換熱器的管壁上，除了會(huì)引起腐蝕外，還會(huì)使冷卻水的流量減少，從而降低換熱器的冷卻效率，嚴(yán)重時(shí)這些生物黏泥會(huì)將管子堵死。2.3水中溶解氧及有害離子和微生物的作用產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，金屬與水接觸產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大量的設(shè)備是金屬制造的換熱器，由于在敞開式系統(tǒng)中水與空氣充分接觸，水中溶解的O2可達(dá)到飽和狀態(tài)，當(dāng)碳鋼與溶解有氧氣的冷卻水接觸時(shí)，由于金屬表面的不均一性和冷卻水的導(dǎo)電性，在碳鋼表面會(huì)形成許多腐蝕微電池，微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)分別發(fā)生下列氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。這些反應(yīng)，促使微電池中陽極區(qū)的金屬不斷溶解而被腐蝕。在陽極區(qū)Fe＝Fe2++2e在陰極區(qū)1/2O2+H2O+2e＝2OH-在水中Fe2++2OH-＝Fe(OH)2Fe(OH)2→Fe(OH)3在水中如果當(dāng)有一些有害離子如CL－和SO42－離子濃度增高時(shí)，會(huì)加速碳鋼的腐蝕。CL－和SO42－會(huì)使金屬上的保護(hù)模的保護(hù)性能降低，尤其是CL－的離子半徑小，穿透性強(qiáng)，容易穿過膜層置換氧原子形成氯化物，加速陽極過程的進(jìn)行，使腐蝕加速，所以氯離子是引起點(diǎn)蝕的原因之一。微生物的滋生也會(huì)使金屬發(fā)生腐蝕，這是由于微生物排出的黏液與無機(jī)垢和泥砂雜物等形成的沉積物附著在金屬表面，形成氧的濃差電池，促使金屬腐蝕。此外在金屬表面和沉積物之間缺乏氧，因此一些厭氧菌得以繁殖。鐵細(xì)菌是鋼鐵銹瘤產(chǎn)生的主要原因，鐵細(xì)菌在冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的氧化鐵沉淀是由于它們能把可溶于水中的亞鐵離子轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒娜趸F的水合物作為其代謝作用的一部分：2Fe2++1.5O2+XH2O→Fe2O3.xH2O鐵細(xì)菌的銹瘤遮蓋了鋼鐵的表面，形成氧濃差腐蝕電池，鐵細(xì)菌還從鋼鐵表面的陽極區(qū)除去亞鐵離子（腐蝕產(chǎn)物），從而使鋼的腐蝕速度增加。圖1示出了鐵細(xì)菌通過銹瘤建立氧濃差腐蝕電池從而引起鋼鐵腐蝕的示意圖。圖1鐵細(xì)菌通過銹瘤建立氧濃差腐蝕電池引起鋼鐵腐蝕的示意圖

3.間接循環(huán)冷卻水水質(zhì)的控制方法間接循環(huán)冷卻水水質(zhì)的控制主要是控制水垢、污垢的生成和減少換熱設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和減少維修費(fèi)用。3.1水垢的控制水中各種水垢的產(chǎn)生為陰陽離子共同產(chǎn)生的結(jié)果，所以處理方法的的主要手段就是去除其中一種離子或同時(shí)去除形成水垢的離子，或使其穩(wěn)定在水中。原水和補(bǔ)充水的預(yù)處理。通過采用反滲透膜法（生成純水）和離子交換樹脂法（生產(chǎn)去離子水）對(duì)原水和補(bǔ)充水進(jìn)行處理，控制水的硬度，以減少冷卻水中結(jié)垢離子Ca2+、Mg2+的數(shù)量。3.2污垢的控制污垢的形成主要是由塵土、雜物碎屑、菌藻尸體及其分泌物和細(xì)微水垢腐蝕產(chǎn)物等構(gòu)成，因此在實(shí)際的運(yùn)行過程中必須做到以下幾點(diǎn)：降低補(bǔ)充水的濁度。投加殺菌滅藻劑，控制菌藻的滋生。根據(jù)間接循環(huán)冷卻水為敞開式循環(huán)冷卻的特點(diǎn)，經(jīng)過配方篩選試驗(yàn)，篩選出二氧化氯作為殺生劑，其具有殺生能力強(qiáng)，使用濃度小和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，通過實(shí)際應(yīng)用可以很好的解決間接循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中藻類滋生的問題。增加旁濾設(shè)備循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作情況下濁度會(huì)升高的原因是由于冷卻水經(jīng)過冷卻塔與空氣接觸時(shí)，空氣中的灰塵會(huì)被洗入水中，采用旁濾法處理量通常為循環(huán)水量的2％～5％，可以去除水中大部分懸浮物固體、粘泥和微生物等。也可以根據(jù)以下公式進(jìn)行較準(zhǔn)確的計(jì)算：S

=（MCM（1+n）－BC）/（C－CS）S－旁流量,

m3/h；M－補(bǔ)充水量,

m3/h；CM－補(bǔ)充水濁度,

mg/L;C－增設(shè)旁濾設(shè)備后循環(huán)水的最終濁度，mg/L；CS－經(jīng)過旁流后，旁流設(shè)備出口的濁度，mg/L；Bc－排污水瞬時(shí)排出的懸浮固體量，mg；n－參數(shù)，可借鑒該廠附近有增加旁流設(shè)備的；老廠數(shù)據(jù)。按n＝c/(KCM－1)求出，其中c為老廠中循環(huán)水的濁度，K為該系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，CM為該系統(tǒng)補(bǔ)充水的濁度。通過降低補(bǔ)充水的濁度，向冷卻水系統(tǒng)中投加殺生劑和增加自清洗過濾器作為旁濾器等方法，使冷卻水的濁度始終穩(wěn)定在10mg/L左右。3.3設(shè)備腐蝕的控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬腐蝕控制的方法很多，可以根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和使用的經(jīng)濟(jì)性選擇合適的控制方法。根據(jù)間接冷卻水采用的是敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)的特點(diǎn)，我們采用不加酸調(diào)節(jié)PH值，控制PH值在8.0～9.5之間，同時(shí)添加復(fù)合緩蝕劑的堿性冷卻水處理方案。復(fù)合緩蝕劑由聚磷酸鹽-鋅鹽-膦酸鹽組成，其中聚磷酸鹽和鋅鹽作為緩蝕劑，膦酸鹽為阻垢緩蝕劑，它與聚磷酸鹽和鋅鹽有協(xié)同作用，保證在高PH值下使聚磷酸鹽分解后生成的磷酸鈣以及鋅離子保持在冷卻水中而不析出。經(jīng)過試驗(yàn)和使用，采用堿性冷卻水處理并添加相應(yīng)的復(fù)合緩蝕劑可以滿意地控制間接循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的腐蝕問題。表2

間接循環(huán)冷卻水試片試驗(yàn)數(shù)據(jù)間接水掛片試驗(yàn)

水質(zhì)狀況試片編號(hào)試片材質(zhì)失重前失重后腐蝕率（mm/年年）相對(duì)緩蝕率（％）未加緩蝕劑1227A3鋼17.510517.14180.201791.721228A3鋼18.883518.5192添加緩蝕劑1507A3鋼20.829420.79660.01671508A3鋼20.638020.60531509A3鋼20.703920.6725備注：1、試驗(yàn)時(shí)間76小時(shí)。

2、以mm/年表示腐蝕率b按式①計(jì)算

b＝87600×（m－m0）/（A.D.T）

①

3、以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示的緩蝕率w按式②計(jì)算

w＝（b0－b）/b0

②其中：A－試片總表面積，cm2；

D－試片密度，g/cm2；

T－試驗(yàn)時(shí)間，h。

由金屬腐蝕的理論可知，隨著PH值的增加，水中氫離子的濃度降低，金屬腐蝕過程中氫離子去極化的陰極反應(yīng)受到抑制，碳鋼表面生成對(duì)氧化性保護(hù)膜的傾向增大，故冷卻水對(duì)碳鋼的腐蝕性隨其PH值的增加而降低。可用圖2中碳鋼腐蝕速度與水的PH值的關(guān)系曲線（實(shí)線）來說明。由圖中可見，碳鋼在冷卻水中的腐蝕速度隨水的PH值的升高而降低。當(dāng)冷卻水的PH值升高到8.0～9.5時(shí)，碳鋼的腐蝕速度將降低到0.200～0.125mm/a，接近于循環(huán)冷卻水