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循環冷卻水處理應用

文章出處:迪奧水處理責任編輯:迪奧水處理作者:admin
循環冷卻用水簡介;循環冷卻水處理是通過在循環水中加入化學藥劑來防止腐蝕、水垢和粘泥等危害的産生,以達到水處理目的的方法。循環水中加入水穩藥劑,使水質得到改善,提高換熱器等設備的效率和壽命,降低能耗,保證生産順利地進行。
 
一、循環冷卻水系統的特點及産生的危害
 
1、循環冷卻水系統特點
冷卻水系統是用水來作爲工業冷卻介質的系統,它分爲直流冷卻水系統和循環冷卻水系統。直流冷卻水系統因其消耗水量大、加藥處理費用過高,已基本被淘汰。循環冷卻水系統中的冷卻水流經換熱器時,和工藝介質進行熱交換,熱介質通過冷卻水冷卻到需要的溫度,冷卻水溫度升高,成爲熱水。熱水基本不排放,經過冷卻後仍返回系統重複使用。即冷卻水被加熱成熱水,熱水被冷卻成冷水,冷水再加熱,熱水再冷卻,循環不止,因而大大節約了用水。這就是循環冷卻水系統與直流冷卻水系統不同之處。循環冷卻水系統又可分爲密閉式和敞開式兩種,其區別在于敞開式系統中的熱水是經過冷卻塔(又稱涼水塔)或冷卻池與空氣直接接觸被冷卻爲冷水,再返回系統循環使用的,而密閉式系統中水不與大氣接觸,密閉循環,水不濃縮,也基本上不消耗。
在敞開式循環冷卻水系統中,熱水通過冷卻塔時,部分水被蒸發,使循環水中鹽水被濃縮。水不斷循環,含鹽量就不斷增加。爲了維持水中的水量平衡,必須不斷向循環系統中補充新鮮水,同時排放掉一部分循環冷卻水,以保持循環水的含鹽量穩定在某一濃度。因此,在水系統循環運行的時候,補充水和循環水中的含鹽量是不同的。循環冷卻水與補充水中含鹽量的比值,就稱爲濃縮倍數。濃縮倍數是敞開式循環冷卻水系統運行的一項重要參數。循環水中保持一定的濃縮倍數,不僅能節水、節藥、提高經濟效益,而且對穩定水質有重要作用,也有利于進行化學處理。
敞開式循環冷卻水系統的水質有以下特點:
(1)因冷卻塔的蒸發冷卻作用,使一部分循環冷卻水被空氣帶走,系統中損失了一部分水。這部分水沒有帶走所溶解的固體,而將它原來溶解的固體留在循環系統中,使循環水中的溶解固體物濃度增加,這就是濃縮現象。濃縮會改變水的腐蝕結垢性質,加重水的結垢或腐蝕傾向。
(2)在冷卻塔中,水在與空氣的接觸過程中還會失去一部分遊離二氧化碳。由于二氧化碳的逸出,使水中碳酸氫鈣容易轉化成碳酸鈣沈積在換熱設備上,其反應如下:
       Ca(HCO3)2        Ca CO3 +CO2 +H2O
水在與空氣接觸時,還會溶解空氣中的氧氣,使水中的溶解氧總處于飽和狀態。當碳鋼與溶有O2的冷卻水接觸時,由于金屬表面的不均一性和冷卻水的導電性,在碳鋼表面會形成許多腐蝕微電池,使陽極區的金屬不斷溶解而被腐蝕,其反應如下:
在阳极区      Fe      Fe2++2e
在阴极区      1/2 O2+H2O+2e     2OH-
在水中      Fe2++2OH-      Fe (OH)2
                     O2
             Fe(OH)2      Fe(OH)3
                     O2
             Fe(OH)2      1/2 Fe2O3·H2O
(3)水在與空氣的接觸過程中,還會將空氣中所帶的灰塵、微生物、汙染氣體(如SO2、H2S、NH3等)或昆蟲帶入水系統,引起水質汙染,造成腐蝕或汙垢沈積等問題。其中微生物帶來的危害特別嚴重。
如硫酸鹽還原菌分解水中的硫酸鹽,産生H2S,引起碳鋼腐蝕,其反應如下:
 SO2-4+8H++8e      S2-+4H2O+能量(细菌生存所需)
 Fe2++S2-    FeS 
又如鐵細菌腐蝕鋼鐵,産生鏽瘤,並釋放能量供細菌生存,其反應如下:
      细菌
 Fe2+    Fe3++能量(細菌生存所需)
所以,冷卻水循環使用後,運行濃縮倍數提高,各種離子及雜質隨之被濃縮,硬度和堿度也大幅度增加,二者平衡被打破而形成水垢,並且,水垢在沈積過程中,常與淤泥、粘泥、腐蝕産物及其它雜質混合在一起形成汙垢,汙垢附著在設備上又會産生垢下腐蝕,加速設備的穿孔泄漏,危害性更大。水和大氣在冷卻塔中對流時,吸收了大氣中的灰塵、微生物及其孢子,使系統中微生物和懸浮物數量明顯增加,且由于養分的濃縮,日光的照射,適宜的溫度,充足的溶解氧等條件使得微生物迅速繁殖和滋生。微生物的危害與一般電化學腐蝕及水垢的危害比起來,微生物危害的嚴重性更勝一籌,其顯著特點是危害速度快,被稱之爲循環冷卻水系統處理中的“急性病”,其危害不可小視。微生物滋生將産生兩大直接危害,即微生物腐蝕和沈積腐蝕。微生物腐蝕的一個重要特點是腐蝕速度集中于局部部位,主要是由于微生物繁殖將産生特殊的腐蝕環境,如硫酸鹽還原菌産生硫化氫氣體,硫細菌、鐵細菌和線狀菌等産生的酸性環境,造成局部腐蝕,最後將導致嚴重的點蝕直至穿孔,其危害特別嚴重。另外,空氣中的灰塵進入冷卻水系統中沈積,菌藻的滋生加速了這種粘附物的沈積,並且,微生物大量地繁殖和進行新陳代謝,致使系統內水側表面越來越多的沈積生物粘泥、汙垢及腐蝕産物,溫度越高的地方沈積越厚,而且較多的沈積在流速驟降的滯流區和水流的死角,這些沈積物的導熱性能比金屬差幾百倍,且沈積物覆蓋下的金屬表面是貧氧區,形成氧濃差電池使金屬遭受嚴重的沈積腐蝕。另一方面,由于金屬腐蝕産物進入水中,使水質惡化,加劇了水側受熱面上的結垢趨勢,引起化學硬垢的産生及垢下腐蝕,如此惡性循環,將嚴重影響生産的長周期安全正常運行。
综上所述,循环冷却水系统由于空气污染、水温升高、水流速度变化、浓缩倍数提高、工艺介质泄漏和工况环境等因素的影响,给系统带来的危害突出地表现在金属设备及管道腐蚀,沉积物的析出和附着,微生物滋生和粘泥形成上。并且这些问题相互作用,形成恶性循环,危害甚大,它们的解决直接关系着久草在观看的正常与否。若不采取必要的水處理技術加以解决,任其泛滥,将给久草在观看带来严重后果,给企业造成巨大的经济损失。
2、循環冷卻水系統運行障礙産生的危害
(1)腐蝕引起的危害
①腐蝕消耗金屬材料,使換熱器強度下降,降低換熱器使用壽命,增加設備投入費用及因停産檢修造成經濟損失。
②腐蝕常引起換熱器管壁穿孔,形成滲漏,或工藝介質泄漏進入冷卻水中,損失物料,汙染水體;或冷卻水滲入工藝介質中,使久草在观看質量受到影響,甚至成爲廢品。
③嚴重的腐蝕造成換熱器傳熱面急劇減少,失去冷卻作用,而且可能引發泄漏事故,危害工廠安全生産,影響生産裝置的長周期運行。
④腐蝕産物會形成汙垢,汙垢附著在設備上又會産生垢下腐蝕,形成惡性循環,其危害性更大。
(2)水垢引起的危害
①高熱阻的無機鹽垢,導熱性能極低,降低換熱器傳熱效率和冷卻塔效率。1mm的垢厚大約相當于8%的能源損失,垢層越厚,換熱效率越低,能源消耗也越大。不但增加循環水的消耗量,造成有限資源的浪費,而且還會影響久草在观看的産量和質量。
②水垢的形成使管道管徑縮小,流量降低,增加能耗,泵壓上升,系統阻力增加,使工藝介質的冷卻達不到設計要求,影響生産。
③結垢嚴重時,將換熱管道完全堵死,使生産無法進行,造成非正常停車,導致生産工期的延誤。
④水垢在金屬壁上的沈積,容易誘發垢下腐蝕,加速設備的穿孔泄漏,使設備遭受嚴重破壞。
⑤水垢的形成增加清洗次數和費用,尤其是系統停車清洗,造成生産被迫中斷,減少有效生産時間。同時,頻繁的清洗必將加速設備的損耗,影響材料性能,降低使用壽命。
(3)微生物引起的危害
循環冷卻水系統的環境極利于微生物的生長繁殖,微生物滋生將産生兩大直接危害,即微生物腐蝕和沈積腐蝕。循環水系統中大量細菌分泌出的粘液像粘合劑一樣,並以微生物群體及其遺骸爲主體,與水中灰塵、雜質、化學沈澱物、腐蝕産物等粘結在一起,形成粘糊糊的膠粘狀物,即微生物粘泥。微生物粘泥既能促進汙垢沈積,又能促進腐蝕,給系統造成的危害是相當突出的。粘泥是微生物引起的最嚴重的危害,常表現在以下幾個方面:
①粘泥附著在換熱部位的金屬表面上,降低冷卻水的冷卻效果。
②大量的粘泥將堵塞換熱器中冷卻水的通道,從而使冷卻水無法工作;少量的粘泥則減少冷卻水通道的截面積,從而降低冷卻水的流量和冷卻效果,增加泵壓。
③粘泥集積在冷卻塔填料的表面或填料間,堵塞了冷卻水的通過,降低冷卻塔的冷卻效果。
④粘泥覆蓋在換熱器的金屬表上,阻止緩蝕劑和阻垢劑到達金屬表面發揮其緩蝕與阻垢的作用,阻止殺生劑殺滅粘泥中和粘泥下的微生物,降低這些藥劑的功效。
⑤粘泥覆蓋在金屬表面,形成氧濃差腐蝕電池,引起金屬設備及管道的腐蝕。
 
二、水處理技術在循环冷却水系统中的作用
 
實踐證明,化學處理技術能夠很好地解決循環水所帶來的危害。它在國外應用已有半個世紀以上;在我國也日益廣泛應用,大量推廣已有二十多年的曆史。其綜合處理效果令人滿意,處理費用也能爲用戶接受,是普遍使用的好方法。
在循环冷却水中应用水處理技術,既可改善水质,减少对设备的腐蚀和结垢,延长设备寿命,保证久草在观看长周期均衡平稳地运行,又能节约用水,减少排污,对生态环境大为有利,从而获得良好的经济效益和社会效益。
評價化學處理的經濟效益需要從處理費用上和生産上全面評價。化學處理費用經濟合理,占循環水成本中的比例並不高,而且帶給系統的好處很多,有很好的經濟效益。據我們了解,許多廠在這方面都深有體驗,特別是有的廠初期投産時循環水未進行化學處理,運行一段時間後才發現“水患成災”,後來采用化學處理,“對症下藥”,使水質得到明顯改善。這些廠水處理前後對比的效果往往很生動,取得的經濟效益也都很明顯。科學技術是第一生産力,循環水化學處理技術在節能降耗,高産穩産,提高效益等方面發揮著非常重要和關鍵的作用,具體表現在:
1、保證換熱設備的高效運行。通過化學處理,減緩設備和管道的腐蝕和結垢,提高換熱效率,改善工藝條件,延長設備及管道的使用壽命。
2、穩定生産。沒有沈積物附著、腐蝕穿孔和粘泥堵塞等危害,冷卻水系統中的換熱器就可以始終在良好的環境中工作,除計劃中的檢修外,意外的停産檢修事故就會減少,爲生産的長周期安全運行提供保證,從而降低生産過程中因設備維修造成的時間耽延。
3、节约水资源。冷却水使用水处理剂后,可以提高循环水的浓缩倍数,这对工业节水有着重要的作用。与直流冷却水相比,即便循环水的浓缩倍数比较低,例如仅为1.5倍,但此时补充水即可节约94.8%。由此可见,提高浓缩倍数,使用水處理技術,改善和净化水质,对节约水资源有着至关重要的作用。
4、減少環境汙染。由于濃縮倍數的提高,循環冷卻水系統比起直流冷卻水系統來,大大減少了冷卻汙水的排放量,也就減少了對環境的汙染。
5、經濟效益顯著。采用水穩技術後,循環冷卻水系統處于良性循環,換熱效率和冷卻效果良好,同時減少原材料的消耗,降低生産成本,實現生産的滿負荷運行,生産能力提高,久草在观看質量改善,産量增加,經濟效益突出。
 
三、循环冷却水處理技術主要内容
 
这里所说的水處理技術,是指循环冷却水的化学处理技术,它是一门多学科的综合实用技术。它主要是针对不同的水质、设备、材质和工艺条件等因素,选择合理的缓蚀阻垢配方和优良高效的药剂来抑制腐蚀、水垢和粘泥等危害的产生,使水质稳定,以达到预期的效果,为久草在观看服务。
为了应用好水處理技術,还应有一定的工艺过程和要求,它包括设备剥离清洗、预膜和日常水处理管理工作等。这些过程都是水處理技術的内容,并且每一个环节都是相互联系的,是一个有机的整体,缺一不可,否则将大大降低水处理综合效果。所以,完整地实施水處理技術,是保证循环冷却水系统科学、经济、高效运行的关键。
1、化學清洗
  在采用水處理技術,投加水处理剂之前,应对循環水系統的换热设备和管道进行剥离和清洗,特别是已经运行的老系统,在粘泥沉积、菌藻滋生严重的状况下,清洗尤为重要。主要机理为通过渗透、疏松、剥离、溶解、分散、整合、晶格畸变等作用,除去水侧表面的粘附物、水垢等杂物,以达到净化设备金属表面的目的,为水处理的预膜和日常处理创造条件。剥离清洗对合理使用水处理剂,发挥水处理剂正常效用是非常必要的。
2、預膜處理
預膜是在系統剝離清洗之後、正常運行之前水處理的一個必要步驟。預膜處理就是在緊接系統清洗之後,向系統中投加一定濃度的高效預膜劑,在設定條件下循環運行,使之在設備金屬表面形成一層均勻致密的保護膜,達到不易成垢和緩蝕的目的,對系統設備和管道起到良好的保護作用。
3、日常水處理工作
當預膜結束後,水處理劑由高濃度轉入低濃度的處理成爲日常處理。日常處理工作在水處理工作中具有十分重要的作用。日常水處理工作包括:日常加藥和分析監測,投加緩蝕阻垢劑以延緩腐蝕和阻止結垢,投加殺菌滅藻劑控制菌藻滋生及粘泥的粘附。日常加藥的目的是維持水中藥劑濃度,以保持膜的完整性,並起到緩蝕阻垢作用和控制微生物的生長。
要搞好水處理工作,必須下決心嚴格科學管理,保證在操作時按照規定的水穩劑配方和控制指標(包括水質、加藥等)嚴格執行。在循環水系統正常運行中,需要進行處理效果的監測(如挂腐蝕試片等工作),以了解水質處理的效果,並根據每天水質分析化驗結果,對排汙水量、補充水量及加藥量進行必要的調整,使之達到要求指標,並控制合理的濃縮倍數。
 
四、水處理系統運行效果及其評定
 
1、藥劑使用後的表現效果
(1)換熱設備和水程管道不再産生新垢,老垢在一定程度上逐步減少,管道阻力減小,泵壓降低,冷卻水流量增大,換熱器效率上升,工藝條件改善,生産能力提高,久草在观看質量穩定,産量增加。
(2)設備及管道的腐蝕得到有效的控制,不僅延長了設備的使用壽命和運行投入周期,而且降低了設備腐蝕穿孔引發泄漏事故的可能性,爲生産的長周期安全平穩運行提供了強有力的保障。
(3)系統不再産生新菌藻,老菌藻逐步脫落。同時,附著在換熱器、冷卻塔、水槽壁、池底、管道上的微生物粘泥、軟垢也逐漸被疏松、剝離和分散,隨排汙水一起排掉。這有效地剿滅了微生物的滋生繁殖,阻斷了粘泥汙物對系統的侵害。
(4)涼水塔噴嘴、填料無堵塞現象,冷卻水量增大,噴水均勻,水流暢通,冷卻效率提高,冷卻水進、出塔溫差變大,爲工藝介質的冷卻達到設計要求提供了充足的低溫水量。
(5)系統結垢、腐蝕和微生物等危害得到有效控制,生産穩定,循環水系統始終在良好的環境中安全運轉。除計劃中的檢修外,意外的停産檢修、清洗次數減少,從而降低生産過程中因設備維修、清洗造成的時間耽延和經濟損失,不僅減少了計劃外的經濟支出,同時也延長了有效生産時間。
(6)濃縮倍數提高,不僅節約了大量的冷卻用水,而且大大減少了冷卻汙水的排放量,減輕了對環境的汙染,爲企業贏得了良好的經濟效益和社會效益。
2、水處理運行效果的評定
循環冷卻水經化學處理後,其效果應達到國家《工業循環冷卻水處理設計規範》GB50050-2007標准中的要求:
腐蚀率:碳钢≤0.075mm/a   铜、不锈钢≤0.005mm/a  
污垢沉积率:< 15mg/(cm2·月)
異養菌總數:<1×105個/ml(平板計數法)
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