碳化車間迴圈冷卻水加藥處理
方案目錄
一、前言2
二、水垢和腐蝕3
三、微生物的沉積6
四、迴圈水質處理術語及計算7
五、現場水處理基本工況9
六、迴圈冷卻水加藥處理實驗報告---------10
七、配方設計篩選及日常執行管理---------11
一、 前言
生產過程**於節約用水，保護環境的要求，大量採用迴圈冷卻水。通過對從貴公司現場取的補充水、迴圈冷卻水分析研究看，我們認為：水質有腐蝕、結垢傾向,濃縮後傾向較重，所以必須對迴圈冷卻水作有效的阻垢、緩蝕和殺菌處理。
因選擇適合貴公司迴圈冷卻水系統執行工況及性質特點的水處理藥劑至關重要，為此，我公司經過實驗室研究，並借鑑我們成功處理同類廠家的經驗，篩選出了適合於貴公司的迴圈冷卻水用水處理劑。
應該指出「三分藥劑，七分管理」，良好水處理效果的取得，既要有先進的水處理技術，更要有嚴格、 科學的日常管理。貴公司在水處理劑應用方面已取得了一定的寶貴經驗，在具體使用我公司生產配製的水處理劑時，我公司將提供長期優質的跟蹤服務。
本方案實施後，迴圈冷卻水化學處理達到的目標：
1、腐蝕率：碳鋼 0.125mm/a
銅及不鏽鋼 0.005 mm/a
2、汙垢熱阻： <1.72×10-4-3.44×10-4 m2·k/w
3、生物粘泥量：<4ml/ m3
4、異氧菌總數：夏季<5×105 個/ml
冬季<1×105 個/ml
5、濃縮倍數：3.0-4.0
6、排放達到國家有關標準。
二、水垢和腐蝕
1、水垢
（1）、水垢的成因
天然水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、磷酸鹽、矽酸鹽等。冷卻水在迴圈過程中由於水經過冷卻塔不斷地蒸發，從而造成冷卻迴圈水中各種離子濃度不斷公升高，一旦某種鹽類在水中的濃度超過其溶解度時，就會從水中結晶析出並沉積下來產生水垢。而且水中重碳酸鹽等鹽類的溶解度隨溫度上公升而降低。
故最終大都以碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽的形式沉積在傳熱表面，大大降低了傳熱效率。反應式舉例如下：
ca(hco3)2=caco3↓+h2o+co2↑
ca(hco3)2+2oh-= caco3↓+h2o+co2↑
ca2++so42-=caso4↓
3ca2++2po43-=ca3（po4）2↓
當冷卻水通過冷卻塔時由於曝氣作用co2會逸出，水中的ph會公升高，增大了結垢傾向。
（2）、評價水質結垢和腐蝕傾向
穩定指數（stability index）
2023年ryznar提出用2phs-ph的差值，即穩定指數來判定水質傾向。
s=2phs－ph＜6結垢傾向
s=2phs－ph＞6腐蝕傾向
（3）、水垢的危害
①增大傳熱熱阻，降低換熱效率
如果換熱器表面有汙垢存在，則對於傳熱和流動阻力有很大的影響，其熱阻可達到起控制作用的量級。因為換熱器管壁的導熱係數比汙垢的導熱係數大800～1000倍左右。據測算，一台結垢的換熱器，其有效的傳熱面積僅為清潔狀態的1/2。
②增加流動阻力和管程壓降，增大迴圈水幫浦的能耗
當汙垢熱阻rd=0.000344～0.000516m2℃/w時，冷卻水的總壓降要增加40%～50%。如果汙垢熱阻更大時，總壓降還要增加。
③增大工藝介質輸送的能耗
由於汙垢降低了換熱器的換熱效率，從而無法將工藝介質的溫度冷卻到設計值。如果介質溫度提高1℃，工藝介質輸送的能耗將增大1/273。
④據測算，如果有1mm的垢層，總能耗將增加8％以上
（4）水垢控制
軟化 即從水中除去成垢離子。（因處理成本較高等原因不可能大規模運用）
投加阻垢劑
通過：(a)破壞垢體晶體的增長；
(b)吸附微小晶粒並分散於水中，從而避免析出；
(c)使結晶體畸變並有效地控制晶核形成的速度；
(d)螯合ca2+,mg2+等離子，形成單環或雙環螯合物，從而成為穩定的分散體系；
(e)增大成垢化合物的溶解度；
(f)降低沉積速度從而大大降低結垢的可能。
2、腐蝕
（1）、腐蝕的成因
腐蝕是冷卻系統中另一嚴重的問題，在開放式迴圈水系統中，水經蒸發，其中電解質的濃度不斷增加，並且通過冷卻水塔的曝氣作用，溶解氧含量增加，由於氧的去極化作用，金屬表面在水中形成微電池，陽極不斷溶蝕而引起電化學腐蝕。化學成分和金相組織不均勻，應力分部不均勻也都會引起電化學腐蝕。工藝介質的洩漏等，也會加速腐蝕的形成。
高ph時，在合金表面含有zn、al等處會引起點濁，最終導致洞穿管壁。金屬表面如有水垢或沉積物形成，其下方會形成濃差電池，造成垢下腐蝕。不同材料接點處會發生流電腐蝕。
鋼鐵材料中，其金相組織除了基本組織鐵素體外，還有滲碳體（fe3c）和石墨（c），它們具有不同的電極電位。石墨電位最高為：+0.37v，鐵素
體電位最低為－0.44v，滲碳體電位在兩者之間。電位負的成為微電池的陽極，而電位正一些的則成為陰極，使鐵素體不斷溶蝕而造成腐蝕。
陽極過程：fe=fe2++2e
陰極過程：o2+2h2o+4e=4oh-
在水體中：fe2++2oh-=fe(oh)2
微生物的代謝產物、分泌物等形成的泥濘物下也會形成濃差電池，造成垢下腐蝕，硫細菌，好氧性微生物存於水中時，通常含有硫及硫酸還原菌。厭氧性微生物也可能生長於水垢及其它沉積物之下方，並在區域性形成硫酸和硫化氫，這些都會加速腐蝕形成。較高的濁度，鐵細菌的催化等都會引起和加劇腐蝕。
(2) 腐蝕的危害
垢下腐蝕容易在管壁形成點蝕，時間長了，會穿管壁產生洩漏。腐蝕極易發生在材料應力集中之處。在應力作用下，組成鋼材的各相組織之間會發生脆裂。
在應力作用下的碳鋼遇到oh-或no3-時的苛性脆化，以及奧式體合金鋼遇到cl-或oh-時，在拉應力作用下發生的腐蝕破裂（scc）尤為常見。
冷卻水中cl-離子的含量，要求不超過50～100ppm。當裝置有震動而引起疲勞腐蝕時，則控制範圍還應有所下降。當然，在投加緩蝕劑的情況下，控制範圍可適當放寬。
應力**可分為負荷應力，殘餘應力和熱應力。負荷應力來自工作中的內壓力或振動；殘餘應力主要來自脹管，焊接及穿管和部件加工中形成的應力；熱應力則**於管子和殼體之間的溫差，管板的軸向或徑向溫差，以及由於流場和溫度分布不均或由於結垢引起的區域性壁面高溫引起的溫差應力。
（3）、腐蝕的控制投加緩蝕劑通過：
（a）抑制陽極過程和陰極過程，使腐蝕電流減少，達到緩蝕作用。
（b）在金屬表面上，形成一層難溶的膜，阻止了冷卻水中o2的擴散和金屬表面的溶解，起到緩蝕作用。
三、微生物沉積物
1、微生物的成因
在新鮮水中一般來說細菌和藻類都較少。但在迴圈水中，由於養分的濃縮、適宜的水溫（25～35℃）、陽光的照射，為細菌的迅速繁殖創造了條件。
冷卻水塔、熱交換器表面或系統其它部分因菌藻沉積所產生的泥濘，其主要是系統中細菌、藻類、真菌及其它微生物所造成的，藻類的顏色變化很多，其繁殖十分迅速，池水常因大量藻類存在而變色。藻類為光合自養性植物，需依靠陽光進行光合作用，故它們大部分在陽光可抵達處。真菌類則為異養性植物，不需光合作用，靠有機雜質維持生存，分部於熱交換器及管中，存在陽光可難抵達處，如交換器中有黏膠體存在即大部分屬此類。
細菌約可分為兩類：一為異氧菌需靠有機物質維持生存，此類細菌又可分為活物寄生及腐物寄生兩種；另一種為自養菌，如：硫化菌、鐵細菌等利用無機物而生存。
由於鐵細菌、硫化菌、硝化細菌降低ph值，造成侵蝕及腐臭。由於微生物的代謝物質（粘液）及死屍與無機垢及泥沙雜物等形成的汙泥等沉積物，會影響熱交換器的換熱效率，降低冷卻塔的降溫效果。若脫落，就堵塞於冷卻塔上分水孔或沉積於冷卻水管中，造成迴圈水幫浦能耗加大，同時因流速降低而導致熱交換能力降低。
汙垢附著在金屬表面，其下方產生氧的濃差電池，促使金屬腐蝕。
鐵細菌是金屬鏽餾產生的主要原因，它能使fe2+氧化為fe3+，釋放出能量供細菌生存需要。
fe2+細菌fe3++ 能量
2、微生物的控制
通過投加殺菌劑來控制菌藻的繁殖。
四、迴圈水水質處理術語簡介及平衡計算
1.術語
1.1總含鹽量≌〔ca2++mg2++k++na+〕+〔hco3-+so42-+cl-〕
1.2水的酸度：水中能與強鹼發生反應的物質總量。
1.3水的鹼度：水中能與強酸發生反應的物質總量。
1.4水的硬度：一般將水中所含鈣，鎂離子的總量稱為水的硬度，又可
分為鈣硬度，鎂硬度。
1.5補充水：對於因蒸發，排汙，風吹而從迴圈系統中損失的水量進行
必要的補充的水叫補充水，用m表示，單位：m3/h
1.6蒸發損失：在敞開式迴圈冷卻系統中，熱的迴圈水在冷卻塔中因蒸
發而被冷卻，在此過程中損失的水量叫蒸發損失。用e表示，單位：m3/h
1.7飛濺和風吹的損失：通風時被氣流從系統中帶入到大氣中所損失的
水量。用d表示，單位：m3/h
1.8排汙或排放量：為維持系統中一定的濃度倍數而排除的水量，用b
表示，單位：m3/h
1.9冷卻範圍或溫度降：冷卻塔入口和集水池出口之間的溫差，用△t表
示，單位：℃
1.10迴圈量：系統中迴圈的水量，它是時間的函式，用r表示，單位：m3/h
1.11濃度倍數：冷卻水在迴圈過程中由於蒸發損失，留下的水內所含溶
解鹽類不斷在迴圈冷卻水中積累濃縮，使冷卻水中的含鹽量高於補充水
中的含鹽量濃度，兩者的比值稱濃縮倍數。用k表示，單位：倍
1.12系統容積（保有水量）：敞開式系統中所有水容量的總和。包括冷
卻塔集水池的有效容積和系統中管道、換熱裝置水側容積等。用v表示，
單位：m3
1.13藥劑停留時間：藥劑在迴圈冷卻水系統中的有效時間。用t表示，
單位：h
1.14腐蝕：是金屬與周圍介質相互作用產生的「變壞作用deterioration」
腐蝕程度的表示方法：如果用金屬被腐蝕的深度表示，單位：mm/a
1.15結垢：由於水中含有溶解固化物，因濃縮倍數過高導致水中難溶鹽
離子溶液過飽和，或因水溫及ph值變化引起沉澱或結晶形成於系統中。
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