循環(huán)水沉積物的控制

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物的控制--白亞南

水垢污垢對于這些沉積物，該如何控制？1、循環(huán)冷卻水中水垢的控制

因為碳酸鈣垢最易生成，故主要討論碳酸鈣垢的控制。

1、使用含重碳酸鹽較多的水作為冷卻水，當它通過換熱器傳熱表面時，會受熱分解：Ca(HCO3)2=CaCO3↓+H2O+CO2↑（加熱）

2、冷卻水通過冷卻塔相當于一個曝氣過程，溶解在水中的CO2會逸出，因此，水的pH值會升高此時，重碳酸鹽在堿性條件下也會發(fā)生如下的反應：

Ca(HCO3)2+2OH-=CaCO3↓+2H2O+CO32-

水垢控制由于重碳酸鹽在水中常呈下列平衡：(1)降低水中結垢離子的濃度使其保持在允許的范圍內(nèi)；(2)穩(wěn)定水中結垢離子的平衡關系；(3)破壞結垢離子的結晶長大。(一)從冷卻水中除去成垢的鈣離子

它是形成碳酸鈣垢的主要原因，如能從水中除去，使水軟化，則碳酸鈣就無法結晶析出，也就形不成水垢。從水中除去鈣離子的方法主要有以下兩種。1.離子交換樹脂法

離子交換樹脂法就是讓水通過離子交換樹脂，將Ca2+從水中置換出來并結合在樹脂上，達到從水中除去Ca2+目的。用不同性質(zhì)的離子交換樹脂，可以很簡便的從硬水中除去Ca2+離子，使水軟化。(Na型樹脂軟化法、氫型樹脂軟化、強酸型氫型樹脂軟化法、弱酸型氫型樹脂軟化法、氫鈉型樹脂軟化法）以鈉型陽離子交換樹脂為例。利用鈉型陽離子交換樹脂上的鈉離子與補充水中的鈣離子進行離子交換。結果是水中的鈣離子與樹脂結合,而樹脂上的鈉離子則進入水中。其反應式為:R(SO3Na)2+Ca(HCO3)=2R(SO3)2Ca+2NaHCO3(軟化反應)

這樣一來,補充水中的鈣硬度就降得很低,變成軟水。軟水中不含或僅含少量的鈣離子,進入冷卻水系統(tǒng)被濃縮成循環(huán)水后,水的鈣硬度仍很低,就不易結垢了。

失效后的離子交換樹脂可用5%～8%食鹽溶液將它再生,重新成為鈉型陽離子交換樹脂。其反應式為:

R(SO3)2Ca+2NaCl=R(SO3Na)2+CaCl2(再生反應)

離子交換樹脂法軟化水的工藝流程示意圖

如此軟化、再生交替進行，就能簡便地得到軟水。

用離子交換法軟化補充水，成本較高，因此只有補充水量小的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)間或采用。2、石灰軟化法

補充水未進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)前，在預處理時就投加適當?shù)氖遥屗械奶妓釟溻}與石灰在澄清池中預先反應，生成碳酸鈣沉淀析出，從而除去水中的Ca2+。

反應式：Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2O

從而除去水中的Ca(HCO3)2,水就不會結垢了。(二)加酸或通CO2氣，降低pH，穩(wěn)定重碳酸鹽1．加酸

通常是加硫酸。向循環(huán)冷卻水中加入少量的濃硫酸,使水中的部分或全部碳酸氫鈣轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徕}而保持在水中,從而控制了冷卻水的結垢。其反應式可表示為:Ca(HCO3)2+H2SO4=CaSO4+2H2O+2CO2↑

碳酸鈣在水中的溶解度約為20mg/L,而硫酸鈣的溶解度為2120mg/L,約為碳酸鈣溶解度的106倍。因此,在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,人們很少遇到硫酸鈣垢。

加酸法目前仍有使用，由于硫酸加入后，循環(huán)水pH會下降，如不注意控制而加酸過多，則會加速設備的腐蝕。加酸量過低，不能有效消除后沉淀現(xiàn)象。因此，如果采用加酸法，最好配有自動加酸、調(diào)節(jié)pH的設備和儀表。

2．通CO2氣

有些化肥廠在生產(chǎn)過程中常有多余的CO2氣，而有些化工廠的煙道氣中也含有相當多的CO2氣。如果將CO2氣或煙道氣通入水中，則可使下列平衡向左進行，從而穩(wěn)定了重碳酸鹽：

Ca(HCO3)2

=CaCO3↓+H2O+CO2↑如果我們向該冷卻水中通入CO2,則上述平衡反應將向左邊移動,使水中的CaCO3生成Ca(HCO3)2而不再生成水垢了。當水進入冷卻塔進行曝氣時,上述反應將向右邊移動,水中的HCO-3將放出CO2,生成CaCO3沉淀。水的結垢傾向又將恢復。因此本法現(xiàn)在使用不多。

（三）投加阻垢劑

從水中析出碳酸鈣等水垢的過程，就是微溶性鹽從溶液中結晶沉淀的一種過程。按結晶動力學觀點，結晶的過程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒，然后這種微小的晶體在溶液中由于熱運動(布朗運動)不斷地相互碰撞，和金屬器壁也不斷地進行碰撞，碰撞的結果就提供了晶體生長的機會，使小晶體不斷地變成了大晶體、也就是說形成了覆蓋傳熱面的垢層。

從CaCO3的結晶過程看，如能投加某些藥劑而破壞其結晶增長，就可達到控制水垢形成的目的。所以一般在循環(huán)冷卻水中加入少量（幾個毫克/升）阻垢劑，通過歪曲晶格、絡合和分散等多種作用，阻止垢的生成。2、循環(huán)冷卻水中污垢的控制

污垢主要是由塵土、雜物碎屑、菌藻尸體及其分泌物和細微水垢、腐蝕產(chǎn)物等構成。

因此欲控制好污垢，須做到以下幾點。

污垢控制1.降低補充水濁度2.做好循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理。3.投加分散劑4.增加旁濾設備(一)降低補充水濁度

天然水中的泥砂、腐植質(zhì)以及各種懸浮物和膠體物構成了水的濁度。作為循環(huán)水系統(tǒng)的補充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)中可形成污垢的雜質(zhì)就愈少。干凈的循環(huán)水不易形成污垢。當補充水濁度低于5mg/L，如城鎮(zhèn)自來水、井水等，可以不作預處理直接進入系統(tǒng)。當補充水濁度高時，必須進行預處理，使其濁度降低。為此《中華人民共和國國家標準工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》中規(guī)定，循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度不宜大于20mg/L。當換熱器的型式為板式、翅片管式和螺旋板式時，不宜大于10mg/L。

(二)做好循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理

冷卻水在循環(huán)使用過程中，如不進行水質(zhì)處理，必然會產(chǎn)生水垢或?qū)υO備腐蝕，生成腐蝕產(chǎn)物。同時必然會有大量菌藻滋生，從而形成污垢。如果循環(huán)水進行了水質(zhì)處理，但處理得不太好時，就會使原來形成的水垢因阻垢劑的加入而變得松軟，再加上腐蝕產(chǎn)物和茵藻繁殖分泌的粘性物，它們就會粘合在一起，形成污垢。因此，做好水質(zhì)處理，是減少系統(tǒng)產(chǎn)生污垢的好方法。

(三)投加分散劑

在進行阻垢、防腐和殺生水質(zhì)處理時，投加一定量的分散劑，也是控制污垢的好方法。分散劑能將粘合在一起的泥團雜質(zhì)等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著水流流動而不沉積在傳熱表面上，從而減少污垢對傳熱的影響，同時部分懸浮物還可隨排污水排出循環(huán)水系統(tǒng)。(四)增加旁濾設備即使在水質(zhì)處理較好、補充水濁度也較低的情況下，循環(huán)水系統(tǒng)中的濁度仍會不斷升高，從而加重污垢的形成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作情況下濁度會升高的原因是：

a、空氣中小于0.01mm的塵埃顆粒洗滌進入水中；b、水中某些有機物的聚集或脫穩(wěn)，腐蝕產(chǎn)物、微生物的新陳代謝物；

c、泄漏的工藝介質(zhì)等；循環(huán)水的濁度隨著運行時間的延長而增加。降低水中濁度的方法

a、排污特點：加大排污的結果降低了運行的濃縮倍率，增加了水和水處理藥劑的消耗。

b、過濾特點：對全部循環(huán)水實行過濾，無論是工程投資還是運行動力消耗都是不能接受的。

c、旁濾技術通常在循環(huán)水系統(tǒng)的管路上引出一部分水進行過濾，過濾后的清水返回循環(huán)水系統(tǒng)，截留的濁度組成物質(zhì)排