循環(huán)冷卻水加藥及水質(zhì)處理.doc

_循環(huán)冷卻水加藥及水質(zhì)處理一.總述冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用,由于水溫升高,水流速度的變化,水的蒸發(fā),各種有機(jī)物質(zhì)及無機(jī)離子的濃縮,冷卻塔及水池在室外受陽光的照射,風(fēng)吹雨淋,灰塵雜物的進(jìn)入,以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料的多種因素的綜合作用,會產(chǎn)生比直流系統(tǒng)更為嚴(yán)重的沉積物的附著,設(shè)備腐蝕和微生物的大量滋生,以及由此帶來的黏泥污垢堵塞管道等問題.這樣的結(jié)果會危和破壞工廠的長周期的安全生產(chǎn),甚至造成損失,所以必須多循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)進(jìn)行日常的有效的監(jiān)控,使上述問題得到解決和改善.開放式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)通常要關(guān)注的三個主要問題是:結(jié)垢;腐蝕;和微生物及黏泥.1.沉積物的析出和附著 一般天然水中都溶解有重碳酸鹽,這種鹽是冷卻水系統(tǒng)發(fā)生水垢的主要成分.在直流冷卻水系統(tǒng)中,重碳酸鹽的濃度較低.但在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,重碳酸鹽濃度隨著蒸發(fā)濃縮而增加,當(dāng)其濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)的時候.或者在經(jīng)過換熱器傳熱表面使水溫升高時,就會發(fā)生如下的反映: Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O 冷卻水經(jīng)過冷卻塔向下噴淋時,溶解在水中的CO2就會逸出,這就促使上述反映向右進(jìn)行. CaCO3沉積在換熱器的表面上,形成致密的碳酸鈣水垢,它的導(dǎo)熱性很差.水垢附著的危害,輕者是換熱器的傳熱效率降低,影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量,嚴(yán)重的則堵塞管道.2設(shè)備腐蝕 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.對于碳鋼制成的換熱器,長期使用冷卻水,會發(fā)生腐蝕穿孔,其就是腐蝕造成的.a) 冷卻水溶解氧的電化學(xué)腐蝕.結(jié)果就是微電池的陽極區(qū)的金屬不斷的溶解而被腐蝕.B) 有害離子引起的腐蝕.金屬的腐蝕速率與水中陰離子的種類有密切關(guān)系,水中的陰離子在增加水中金屬的腐蝕速度方面有如下的順序: NO3-CH3COO-SO42-CL-CLO4-C) 微生物引起的腐蝕循環(huán)冷卻水的微生物的滋生,也會引起金屬發(fā)生腐蝕.這是由于微生物排除的黏泥與無機(jī)垢和泥砂雜物等形成的沉積物附著在金屬表面 ,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,當(dāng)溫度在25-30時,其繁殖更快.對金屬的腐蝕創(chuàng)造了有利的條件。上述因素對碳鋼的腐蝕通常使換熱器管壁穿孔,形成滲漏,損失物料,污染水體,影響產(chǎn)品質(zhì)量.D)微生物的滋生和黏泥冷卻水中的微生物一般是指細(xì)菌和藻類.在新鮮水中,一般細(xì)菌和藻類都比較少,但在循環(huán)冷卻水中,由于養(yǎng)分的濃縮,水溫的升高和日光照射,給細(xì)菌和藻類繁殖創(chuàng)造了迅速繁殖的條件.大量的細(xì)菌分泌出的黏泥象黏合劑一樣,能使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏附在一起,形成沉積物黏附在換熱器的傳熱表面上的,即是生物黏泥.黏泥積附在換熱器壁上,除會引起腐蝕外,還會使冷卻水的流量減少,從而降低換熱器的冷卻效率;嚴(yán)重的,這些捻泥會將管子堵死,迫使停車清洗.(我們的控制標(biāo)準(zhǔn):異氧菌總數(shù)1*105個,現(xiàn)在我們的系統(tǒng)穩(wěn)定在300-1000個之間,主要依靠投加氧化性殺生劑強(qiáng)氯精結(jié)合非氧化性殺生劑來實現(xiàn)的。二.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的沉積物 沉積物包括:水垢(SCALE),淤泥(SLUDGE),腐蝕產(chǎn)物(CORROSION PRODUCTS)和生物沉積物(BIOLOGICAL DEPOSITS)構(gòu)成.通常,我們把淤泥,腐蝕產(chǎn)物和生物沉積物三者統(tǒng)稱為污垢(FOULING). 天然水中溶解的各種鹽類,如重碳酸鹽,硫酸鹽,氯化物,硅酸鹽等.其中以溶解度重碳酸鹽Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2為最多,也最不穩(wěn)定,容易分解生成碳酸鹽.(說明:冷卻水經(jīng)過冷卻塔相當(dāng)于一個暴氣過程,溶解的CO2逸出,因此水的PH值會升高. Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O此時,重碳酸鹽在堿性條件下也會發(fā)生如下的反映Ca(HCO3)2+2OH-=CaCO3+CO32-+2H2O在水中有CaCL2時,還會產(chǎn)生下列反映:CaCL2+ CO32-= CaCO3+2CL-在大多數(shù)情況下,換熱器表面上形成的水垢是以碳酸鈣為主的.這是因為硫酸鈣的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于碳酸鈣.而磷酸鹽相對較少,(我們控制的正磷是3-4PPM).因此,形成磷酸鈣水垢的機(jī)會也很少.污垢是由顆粒細(xì)小的泥砂,塵土,不溶性鹽類的泥狀物,膠狀氫氧化物，雜物碎屑，腐蝕產(chǎn)物，油污，特別是菌藻的尸體及其黏性分泌物等組成。水處理不當(dāng)，細(xì)菌控制殺滅不及時，或腐蝕嚴(yán)重，水質(zhì)濁度過高等，都會加劇污垢形成，當(dāng)這些雜質(zhì)經(jīng)過換熱面時，特別是水走殼程，流速緩慢的部位污垢沉積更多。三，水垢析出的判斷（1） 碳酸鈣垢析出的判斷 碳酸鈣在水中達(dá)到飽和狀態(tài)的時候，存在如下動平衡關(guān)系。 Ca(HCO3)2=Ca2+2H CO32- H CO32-=H+ CO32- CaCO3= Ca2+CO32- 根據(jù)上述平衡關(guān)系，朗格利爾提出了飽和PH和飽和指數(shù)的概念，以判斷碳酸鈣在水中是否析出水垢，并提出了用加酸或用加堿預(yù)處理的方法來控制水垢的析出。如果冷卻水系統(tǒng)中碳酸鈣呈飽和狀態(tài)，則反應(yīng)式1，2和3處于平衡狀態(tài)，重碳酸鈣既不分解為碳酸鈣，碳酸鈣也不會繼續(xù)溶解。此時的PH稱為該水的飽和PH值，以PHS表示。朗格利爾推導(dǎo)出了計算PHS的公式，即PHS=(9.7+A+B)-(C+D)雷滋納根據(jù)此提出了穩(wěn)定指數(shù)分析判斷公式：2PHS-PH 的差值來（PH水的實際PH值）判斷水垢的析出。此差值稱為飽和指數(shù)，以R。S。I=2PHS-PH與6進(jìn)行比較。 R。S。I=2PHS-PH6 結(jié)垢R。S。I=2PHS-PH=6 不結(jié)垢也不腐蝕R。S。I=2PHS-PH6 腐蝕 注：PHS=(9.7+A+B）-(C+D) A:總?cè)芙夤腆w系數(shù) B:溫度系數(shù) C:鈣硬系數(shù) D:M-ALK 堿度系數(shù)如現(xiàn)在我們的冷卻水分析結(jié)果是:TDS: 1000 A=0.2 水溫:35 B=1.79 鈣硬:520 C=2.70 M-ALK:100-110 D=2.00則PHS=(9.7+A+B)-(C+D)=(9.7+0.2+1.79)-(2.70+2.00)=6.99R.S.L=2PHS-PH=2*6.99-8.0=5.986 結(jié)果較好四.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物的控制一,水垢的控制我們知道在循環(huán)冷卻水中最主要的的水垢是碳酸鈣垢.因此日常水垢的控制主要是指碳酸鈣水垢的控制. 而磷酸鹽垢和硅酸鹽垢因在水中其成垢離子濃度一般都很少，是不容易析出的.附：冷卻水中正磷酸根控制指標(biāo)為PO43_ 為3.5-6ppm ,實際控制結(jié)果為大約4ppm),硅SiO2加酸 1.加硫酸,因為了防止增加水中的CL-,不加鹽酸.加硝酸會帶入硝酸跟,有利于硝化細(xì)菌的繁殖.由于重碳酸鹽在水中常呈下列平衡:Ca(HCO3)2=Ca2+2H CO32- H CO32-=H+ CO32- 所以加酸帶入的H+,可使反應(yīng)向左進(jìn)行,使重碳酸鹽穩(wěn)定. 但要注意的是,加酸后,水的PH值會降低,如不注意控制而加酸過多,則會加速設(shè)備的腐蝕.為防止硫酸腐蝕儲罐和低溫下不結(jié)晶，現(xiàn)夏季所用硫酸為:98% 冬季:93%。2 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(jié)晶沉淀的過程.按結(jié)晶動力學(xué)的觀點,結(jié)晶的過程首先是生成晶核,形成少量的微晶粒,然后這種微小晶粒在溶液中由于熱運(yùn)動(布朗運(yùn)動)不斷的碰撞,與金屬壁也不斷的進(jìn)行碰撞,碰撞的結(jié)果是提供了晶體生長的機(jī)會,使小晶體不斷的變成了大晶體,也就是形成了覆蓋傳熱面的垢層。所以,從碳酸鈣的結(jié)晶過程看,通過投加一種藥劑,破壞其結(jié)晶的增長,就可以達(dá)到控制水垢的形成的目的.這就是投加阻垢劑。二.污垢的控制污垢的構(gòu)成主要是塵土,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,欲控制好污垢,降低補(bǔ)充水濁度要求補(bǔ)充水濁度5 ppm,我們公司采用的補(bǔ)充水其浞度1ppm,規(guī)范中規(guī)定,循環(huán)冷卻水中懸浮物濃度7后,腐蝕速度一般0.25mm/a.b) 陰離子其作用機(jī)理是會使金屬上保護(hù)膜的保護(hù)性能降低,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,引起點蝕.對于不銹鋼換熱器,CL-是引起應(yīng)力腐蝕的主要原因,因此,冷卻水中CL-過高,會在設(shè)備上金屬應(yīng)力集中的地方,如換熱器脹管的邊緣部分迅速受到腐蝕破壞.目前要求的指標(biāo)是600PPMC) 硬度水中的鈣離子與一些陰離子如控制不好會引起垢下腐蝕.D) 金屬離子水中的銅等重金屬離子對冷卻水中鋼,鋁,鎂,鋅等這幾種金屬起有害作用,防止置換反應(yīng)作用發(fā)生.鋅離子在冷卻水中對鋼有緩蝕作用,因此鋅在廣泛用作冷卻水的緩蝕劑的添加劑.一般在冷卻水中的含量在(0.51ppm)即可. 分析說明0.2ppm的鋅即有對緩蝕劑明顯的增效作用.E) 余氯氯是控制冷卻水中微生物生長的最常用的殺生劑。我們公司采用的是投加強(qiáng)氯精(N2819SZ) 的方法來分解產(chǎn)生游離氯而進(jìn)行殺生處理的.氯進(jìn)入水中后，水解生成鹽酸和次氯酸。CL2+H2OHCL+HCLO 其中，次氯酸是一種弱酸，在水中它可以電離： HCLOH+ + CLO-， 余氯是指與水中的金屬離子和有機(jī)化合物反應(yīng)后余下的氯被稱為余氯,或叫活性氯.在冷卻水系統(tǒng)中,余氯的量的多少對碳鋼是有一定的腐蝕影響的.當(dāng)水中的余氯濃度0.4ppm的時候,碳鋼的腐蝕速度很低;當(dāng)水中的余氯濃度為0.5ppm的時候,碳鋼的腐蝕速度開始迅速上升;余氯濃度達(dá)到0.7ppm的時候,碳鋼的腐蝕速度開始超過容許的上限值(0.125mm/a).所以我們要根據(jù)分析結(jié)果,既要保證有一定的加氯量,又要保證余氯量在我們要求的范圍之內(nèi):0.20.5ppm.以下是我們冷卻水系統(tǒng)開車以來的余氯分析結(jié)果和我們與NALCO服務(wù)工程師一起測定的相關(guān)余氯控制數(shù)椐. 微生物數(shù)量基本穩(wěn)定在500以下,殺生效果較好,但超出余氯控制指標(biāo)的頻次還是很多,雖然現(xiàn)在已經(jīng)作到了每天根據(jù)實驗室的分析結(jié)果來及時的調(diào)整加藥量,但根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗,余氯量的多少跟溫度,天氣,風(fēng)速,排污量及藥效等諸多因素有關(guān),還需要繼續(xù)努力做好這方面的控制工作。F) 微生物及黏泥微生物是對所有個體微小的單細(xì)胞和結(jié)構(gòu)極為簡單的多細(xì)胞以及沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的低等生物的總稱.微生物及危害在冷卻水系統(tǒng)中,一些藻類和細(xì)菌在代謝中會產(chǎn)生一種膠狀的,黏性的或黏泥狀的,附著力很強(qiáng)的沉積物,并以這些微生物為主體,混有泥砂,無機(jī)物和塵土等.這些沉積物覆蓋在金屬表面上,降低冷卻水的冷卻效果,阻止冷卻水中的緩蝕劑,阻垢劑和殺生劑到達(dá)金屬的表面發(fā)揮緩蝕阻垢和殺生作用,并使金屬表面形成差異腐蝕電池而發(fā)生沉積物下腐蝕(垢下腐蝕).微生物黏泥引起的故障1. 黏泥附著在換熱(冷卻)部位的金屬表面上,降低冷卻水的 冷卻效果.2. 大量的黏泥將堵塞換熱器中冷卻水的通道,從而使冷卻水無法工作,少量的黏泥則減少冷卻水的通道的截面積,從而降低冷卻水的流量和冷卻效果,增加泵壓.3. 黏泥積集在冷卻塔的填料表面或中間縫隙中,堵塞了冷卻水的通過,降低冷卻塔的冷卻效果.4. 黏泥覆蓋在換熱器內(nèi)金屬表面,阻止緩蝕劑與阻垢劑到達(dá)金屬表面發(fā)揮其緩蝕和阻垢作用,阻止殺生劑殺滅黏泥中和黏泥下的微生物,降低這些藥的功效.5. 黏泥附著在金屬表面,形成差異腐蝕電池,引起這些金屬設(shè)備的腐蝕.6. 大量的黏泥,尤其是藻類,存在于冷卻水系統(tǒng)中的設(shè)備上,影響了冷卻水系統(tǒng)的外觀.影響微生物黏泥的因素主要有:1. 營養(yǎng)源(補(bǔ)充水,大氣和設(shè)備泄露),判斷標(biāo)準(zhǔn):COD10Mg/L.2. 水溫,最佳溫度:30-403. PH值,一般冷卻水的PH值控制在7.0-9.2之間,該范圍正處在微生物繁殖的最佳PH范圍.4. 溶解氧5. 光.主要是藻類,其他微生物則不需要光能.6. 細(xì)菌數(shù)量,一般認(rèn)為,每毫升水中當(dāng)細(xì)菌數(shù)在1000以下時,故障發(fā)生很少,當(dāng)在10000個以上的時候,則黏泥故障容易發(fā)生.我們的控制指標(biāo)是5*100000個.現(xiàn)在基本保持在500以下.7. 懸浮物.黏泥的形成與懸浮物密切相關(guān),一般要求冷卻水中的懸浮物濃度不大與20Mg/L,我們的系統(tǒng)目前該指標(biāo)控制在10 Mg/L.8. 流速的影響.微生物的控制方法:1. 控制水質(zhì).主要控制冷卻水中的氧含量,PH值,懸浮物和微生物的養(yǎng)料.(油類)2. 清洗.(物理和化學(xué)清洗),除去養(yǎng)料,以及對微生物的剝離去金屬表面.清洗還可以使清洗后剩下的微生物直接暴漏在外,從而為殺生劑直接達(dá)到微生物表面殺死它們創(chuàng)造了條件.3. 阻止陽光照射.4. 旁流過濾.(1%-5%循環(huán)水量經(jīng)過旁濾裝置進(jìn)行連續(xù)的過濾)我們公司沒有設(shè)置.5. 投加殺生劑(Biocide),這是最有效和最常用的方法.(說明:殺生劑的要求是:通過控制微生物的生長,從而控制冷卻水系統(tǒng)中的微生物腐蝕和微生物黏泥. 我們冷卻水系統(tǒng)所使用的化學(xué)藥劑及控制控制原理: PH 設(shè)定,根據(jù)鈣硬,溫度,總?cè)芙夤腆w和堿度,根據(jù)帕科拉茲結(jié)垢指數(shù)(P.S.L)=2PHS-PH =6的總控制要求,計算出相應(yīng)的堿度,根據(jù)PH和堿度的對應(yīng)關(guān)系,進(jìn)行PH控制儀的設(shè)定.(注:PH的設(shè)定差值控制在0.