池炉用间接循环冷却水水质的控制

　　 1.引言　　我公司池炉用间接循环冷却水采用的是敞开式循环冷却系统。在敞开式循环冷却系统中，冷却水在系统中不断循环使用，由于水温的升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔受到阳光照射，风吹雨淋，灰尘杂物的进入以及设备结构和材料等各种因素的综合作用，使冷却水系统中的各项水质指标始终处于动态变化之中。补充水质及系统操作条件的偏离，可导致系统的结垢、沉积物的附着、设备腐蚀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问题，它们会威胁和破坏工厂长期的安全生产，甚至造成经济损失，因此，必须对引起上述问题的原因进行详细的分析，找到合适的经济实用的循环冷却水处理方法，解决或改善冷却水的水质。

　　 1.引言

　　我公司池炉用间接循环冷却水采用的是敞开式循环冷却系统。在敞开式循环冷却系统中，冷却水在系统中不断循环使用，由于水温的升高，水流速度的变化，水的蒸发，各种无机离子和有机物质的浓缩，冷却塔受到阳光照射，风吹雨淋，灰尘杂物的进入以及设备结构和材料等各种因素的综合作用，使冷却水系统中的各项水质指标始终处于动态变化之中。补充水质及系统操作条件的偏离，可导致系统的结垢、沉积物的附着、设备腐蚀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问题，它们会威胁和破坏工厂长期的安全生产，甚至造成经济损失，因此，必须对引起上述问题的原因进行详细的分析，找到合适的经济实用的循环冷却水处理方法，解决或改善冷却水的水质。

　　 2.问题分析

　　2.1水温升高，水分蒸发，水中二氧化碳逸出或从外部向水中引入过量的钙镁离子，都能形成结垢。

　　一般未处理的水中都溶解有重碳酸盐，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到过饱和状态时，或者经过换热器表面使水温升高时，会发生下列反应：

　　Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O

　　CaCO3沉积在换热器传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，它的导热性能很差。不同的水垢，其导热系数不同，但一般都不超过1.16W/(m.k)，而钢材的导热系数为46.4～52.2W/(m.k)，必然会影响换热器的传热效果。

　　水垢附着的危害，轻着是降低换热器的传热效率，严重时则管道被堵。

　　2.2冷却水系统中藻类和细菌生长繁殖，特别是铁细菌和硫酸还原菌的生长繁殖产生胶体物质，以及大气中尘埃落入，循环过程中悬浮物颗粒不断积累，因而造成污垢。

　　冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。在新鲜水中一般来说细菌和藻类都较少，但在循环水中由于养分的浓缩，水温的升高和阳光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的黏液像粘合剂一样能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物黏附在一起，形成黏糊糊的沉淀物黏附在换热器的传热表面上，黏泥积附在换热器的管壁上，除了会引起腐蚀外，还会使冷却水的流量减少，从而降低换热器的冷却效率，严重时这些生物黏泥会将管子堵死。

　　2.3水中溶解氧及有害离子和微生物的作用产生化学腐蚀，金属与水接触产生电化学腐蚀。

　　在循环冷却水系统中，大量的设备是金属制造的换热器，由于在敞开式系统中水与空气充分接触，水中溶解的O2可达到饱和状态，当碳钢与溶解有氧气的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极区和阴极区分别发生下列氧化反应和还原反应。这些反应，促使微电池中阳极区的金属不断溶解而被腐蚀。

　　在阳极区 Fe＝Fe2++2e

　　在阴极区 1/2O2+H2O+2e＝2OH-

　　在水中 Fe2++2OH-＝Fe(OH)2

　　 Fe(OH)2→Fe(OH)3

　　在水中如果当有一些有害离子如CL－和SO42－离子浓度增高时，会加速碳钢的腐蚀。CL－和SO42－会使金属上的保护模的保护性能降低，尤其是CL－的离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，所以氯离子是引起点蚀的原因之一。微生物的滋生也会使金属发生腐蚀，这是由于微生物排出的黏液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外在金属表面和沉积物之间缺乏氧，因此一些厌氧菌得以繁殖。

　　铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，铁细菌在冷却水系统中产生大量的氧化铁沉淀是由于它们能把可溶于水中的亚铁离子转变为不溶于水的三氧化二铁的水合物作为其代谢作用的一部分：

　　2Fe2++1.5O2+XH2O→ Fe2O3.x H2O

　　铁细菌的锈瘤遮盖了钢铁的表面，形成氧浓差腐蚀电池，铁细菌还从钢铁表面的阳极区除去亚铁离子（腐蚀产物），从而使钢的腐蚀速度增加。

　　 3.间接循环冷却水水质的控制方法

　　间接循环冷却水水质的控制主要是控制水垢、污垢的生成和减少换热设备的腐蚀，延长设备的使用寿命和减少维修费用。

　　 3.1水垢的控制

　　水中各种水垢的产生为阴阳离子共同产生的结果，所以处理方法的的主要手段就是去除其中一种离子或同时去除形成水垢的离子，或使其稳定在水中。

　　3.1.1原水和补充水的预处理。通过采用反渗透膜法（生成纯水）和离子交换树脂法（生产去离子水）对原水和补充水进行处理，控制水的硬度，以减少冷却水中结垢离子Ca2+、Mg2+的数量。

　　 3.2污垢的控制

　　污垢的形成主要是由尘土、杂物碎屑、菌藻尸体及其分泌物和细微水垢腐蚀产物等构成，因此在实际的运行过程中必须做到以下几点：

　　3.2.1降低补充水的浊度。

　　3.2.2投加杀菌灭藻剂，控制菌藻的滋生。

　　根据间接循环冷却水为敞开式循环冷却的特点，经过配方筛选试验，筛选出二氧化氯作为杀生剂，其具有杀生能力强，使用浓度小和适用范围广等优点，通过实际应用可以很好的解决间接循环冷却水系统中藻类滋生的问题。

　　3.2.3增加旁滤设备

　　循环冷却水系统在稳定操作情况下浊度会升高的原因是由于冷却水经过冷却塔与空气接触时，空气中的灰尘会被洗入水中，采用旁滤法处理量通常为循环水量的2％～5％，可以去除水中大部分悬浮物固体、粘泥和微生物等。也可以根据以下公式进行较准确的计算：

　　S = （MCM（1+n）－BC）/（C－CS）

　　S－旁流量, m3/h；

　　M－补充水量, m3/h；

　　CM －补充水浊度, mg/L;

　　C－增设旁滤设备后循环水的最终浊度，mg/L；

　　CS－经过旁流后，旁流设备出口的浊度，mg/L；

　　Bc－排污水瞬时排出的悬浮固体量，mg；

　　n－参数，可借鉴该厂附近有增加旁流设备的；老厂数据。按n＝c/(KCM－1)求出，其中c为老厂中循环水的浊度，K为该系统浓缩倍数，CM 为该系统补充水的浊度。

　　通过降低补充水的浊度，向冷却水系统中投加杀生剂和增加自清洗过滤器作为旁滤器等方法，使冷却水的浊度始终稳定在10mg/L左右。

　　 3.3设备腐蚀的控制

　　循环冷却水系统中金属腐蚀控制的方法很多，可以根据系统的特点和使用的经济性选择合适的控制方法。根据间接冷却水采用的是敞开式循环冷却系统的特点，我们采用不加酸调节PH值，控制PH值在8.0～9.5之间，同时添加复合缓蚀剂的碱性冷却水处理方案。复合缓蚀剂由聚磷酸盐-锌盐-膦酸盐组成，其中聚磷酸盐和锌盐作为缓蚀剂，膦酸盐为阻垢缓蚀剂，它与聚磷酸盐和锌盐有协同作用，保证在高PH值下使聚磷酸盐分解后生成的磷酸钙以及锌离子保持在冷却水中而不析出。经过试验和使用，采用碱性冷却水处理并添加相应的复合缓蚀剂可以满意地控制间接循环冷却水系统中的腐蚀问题。

　　表2 间接循环冷却水试片试验数据

间接水挂片试验
水质状况	试片编号	试片材质	失重前	失重后	腐蚀率（mm/年）	相对缓蚀率（％）
未加缓蚀剂	1227	A3钢	17.5105	17.1418	0.2017	91.72
1228	A3钢	18.8835	18.5192
添加缓蚀剂	1507	A3钢	20.8294	20.7966	0.0167
1508	A3钢	20.6380	20.6053
1509	A3钢	20.7039	20.6725

　　备注：1、试验时间76小时。

　　 2、以mm/年表示腐蚀率b按式①计算

　　 b＝87600×（m－m0 ）/（A.D.T） ①

　　 3、以质量分数表示的缓蚀率w按式②计算

　　 w＝（b0－b）/ b0 ②

　　其中：A－试片总表面积， cm2；

　　 D－试片密度， g/ cm2；

　　 T－试验时间，h。

　　由金属腐蚀的理论可知，随着PH值的增加，水中氢离子的浓度降低，金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制，碳钢表面生成对氧化性保护膜的倾向增大，故冷却水对碳钢的腐蚀性随其PH值的增加而降低。可用图2中碳钢腐蚀速度与水的PH值的关系曲线（实线）来说明。由图中可见，碳钢在冷却水中的腐蚀速度随水的PH值的升高而降低。当冷却水的PH值升高到8.0～9.5时，碳钢的腐蚀速度将降低到0.200～0.125mm/a，接近于循环冷却水腐蚀控制的指标。腐蚀速度<0.125mm/a。

　　 4.结束语

　　通过对池炉用间接循环冷却水水质的分析和处理工作，使冷却水的水质指标始终稳定在系统要求的范围之内，避免沉积物附着、腐蚀穿孔和黏泥堵塞等危害因素，使池炉的换热系统始终处于良好的工作环境中，为池炉长周期安全生产提供了保证。