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浅谈如何控制循环水系统各项指标
[ 录入者:llp | 时间:2016-06-15 15:40:55 | 作者: | 来源: | 浏览:7358次 ]

浅谈如何控制循环水系统各项指标


循环冷却水在运行过程中,补充水不断进入冷却水系统。此时,补充水中的一部分水在循环运行过程中被蒸发进入大气,另一部分则留在冷却水中而被浓缩,并发生以下一系列的变化。

一、硬度(钙硬度)和碱度(总碱度)

这个项目现行规范(《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007)是将Ca2+和碱度分列,采用综合指标更加科学,即“硬度+碱度”≤1100mg/L。从CaCO3溶度积可以看出,CO32-是随之H+的浓度而改变的,当H+高时,CO32-转化为HCO3-,而增大了溶解度,因此导致CaCO3沉淀是由两个因素构成的,即H+浓度(碱度)和Ca2+含量两个因素构成的。

随着循环冷却水被浓缩,冷却水的硬度和碱度会升高。当补充水被浓缩K倍时,循环冷却水的硬度和总碱度则均相应增加为补充水的硬度和总碱度的K倍,从而使冷却水的结垢倾向增大。所以循环水在运行过程中严格控制“硬度+碱度”≤1100mg/L的运行指标。若碱度为不宜控制因素,则应降低硬度,缓解结垢现象的发生。

建议降低浓缩倍数,增大排补水量或是补充脱盐水来调节水质。

若循环水系统不能排污,而浓缩倍数又较高。建议加酸降低碱度,减少结垢风险。

二、pH值

补充水进入循环冷却水系统中后,水中游离的和半结合的酸性气体CO2在曝气过程中逸入大气而散失,故冷却水的pH值逐渐上升,直到冷却水中的CO2与大气中的CO2达到平衡为止,此时的pH值称为冷却水的自然平衡pH值(8.5-9.3)。而在运行过程中循环水碱度是影响pH的主要因素。其表示了水中CO32-HCO3-OH-及其他一些弱酸盐类的总和。这些盐类的水溶液都呈碱性,需用酸来中和,进而反映了循环水中的pH变化情况。

如果水中单独存在OH-碱度,水的pH11.0

水中同时存在OH-CO32-时,pH9.4-11.0

如水中只有CO32-存在时,pH=9.4

CO32-HCO3-共同存在时,pH8.3-9.4

单一的HCO3-存在时,pH=8.3

pH8.3时,水中碱度也只有HCO3-存在,此时的pH值变化只与HCO3-和游离的CO2含量有关。因此新版pH国标的范围较之前要宽(8.0-8.6)。

根据金属腐蚀理论可知,随着水的pH值升高,水中的氢离子浓度降低,金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制,金属表面生成氧化性保护膜的倾向增大,故冷却水对碳钢的腐蚀率随pH的升高而降低。在有溶解氧存在的环境中,pH8.0时,铁的腐蚀电位处于腐蚀区,氧的存在将使腐蚀速度增加,pH7.0时,腐蚀速度将加倍;当pH8.0时,氧使铁的表面生成一层(γ-Fe2O3)钝化膜,铁的腐蚀电位进入钝化区,金属将得到保护。但过高的pH值(pH8.3)又会带来新的问题,因循环水中CO32-的存在,会形成碳酸盐垢。所以说循环水的pH需控制在合理的范围之内, 当pH偏低时,建议补水以一次水(深井水、地表水)为主或是加碱(氢氧化钠、碳酸氢钠)调节水质。

当pH值偏高时,建议软化补水硬度或是加酸(硫酸)调节水质。

三、氯离子

氯离子指标对循环冷却水处理影响很大,指标不切实际将导致设备的腐蚀损坏或是水处理费用的增加,因此制定一个合理的指标是非常必要的。

氯离子是天然水中普遍存在的腐蚀阴离子,具有极高的极性促进腐蚀反应,又有很强的穿透性,容易穿透金属表面的保护膜,造成缝隙腐蚀和孔蚀,特别是对奥氏体不锈钢造成腐蚀开裂,危害很大,能使水冷器在短期内报废。

经过对氯离子腐蚀机理的定性分析,从而提高了氯离子的控制指标,与此同时对换热器材质、水侧壁温、设备冷却水出口的水温作了规定。对于水走管程的碳钢、不锈钢的设备,规定了氯离子的控制指标Cl-≤1000mg/L;对于水走壳程的不锈钢设备、传热面水侧壁温不大于70℃、冷却水出水温度小于45℃的设备,规定了氯离子控制指标Cl-≤700mg/L。

氯离子对循环水处理的影响,主要是限制了循环水浓缩倍数的提高,低浓缩倍数势必会导致大量水资源的浪费。而在高浓缩条件下运行时,又会面临氯离子的腐蚀问题。为了防止氯离子的腐蚀,目前常用方法有两种:一种是药剂处理法,即在循环冷却水中投加阻垢缓蚀剂,控制腐蚀。另一种则是材料防腐,选择抗腐蚀材料制作换热器。

四、浊度

补充水进入循环冷却水中后,由于被不断蒸发浓缩,故水中的悬浮物和浊度升高。与此同时,循环水在冷却塔内反复与大量的工业大气相接触,把工业大气中的尘埃洗涤下来并带入循环水中,形成悬浮物。此外冷却水系统中生成的腐蚀产物、微生物繁衍生成的粘泥都会成为悬浮物。这些生成的悬浮物约有4/5沉积在冷却塔集水池的底部,它们可以通过排污被带出冷却水系统,还有1/5的悬浮物则悬浮在冷却水中,使水的浊度增加。悬浮物还会沉积在换热器或凝汽器的换热管壁上,降低冷却效果。

如果采用旁滤处理,则可使循环水的得浊度控制在10-20mg/L。

五、总磷

冷却水在循环系统中不断循环使用,由于水的温度升高,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,冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的介入,以及设备结垢和材料等多种因素的综合作用,会产生比直流系统更为严重的沉积物的附着、设备及管线的腐蚀和微生物的大量滋生,以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题,它们会威胁和破坏生产的安全运行。因此为防止设备产生结垢、腐蚀现象,确保生产系统安全、高效运转,必须对敞开式循环冷却水系统选择一种实用的循环水处理方案。这样做既能保证稳定生产、减少环境污染,又能节约能源、节约钢材,提高经济效益。

为缓解循环水系统结垢和腐蚀的加剧,目前广泛采用的方案是对循环水系统投加缓蚀阻垢药剂,因各系统存在差异化,需要对循环水补水在不同浓缩倍率下进行监测,从而判断出该水质属于结垢型水或是腐蚀型水,再根据该种水质进行阻垢缓蚀剂的配方筛选,使药剂达到最佳的缓蚀阻垢性能。

循环水在循环过程中要严格按照制定的控制指标执行,及时有效的投加缓蚀阻垢药剂,总磷含量过低,起不到更好的缓蚀阻垢效果,总磷含量过高,且长时间在循环水中运行,药剂难免会水解转化成正磷(循环水中正磷≤1mg/L),继而产生磷酸钙垢。

六、杀菌剂

循环水在运行过程中,往往会滋生大量微生物及粘泥,尤其在夏季还会有藻类爆发,其共同特点是繁殖速度迅猛且生命力顽强、变异菌种多样化,而代谢产物、残体富有粘性,会吸附水中其他物质覆盖于设备内表面,间接影响换热,严重时堵塞换热器。所以,微生物、菌藻对水体的危害是不容忽视的,既要考虑抑制其生长、繁殖,又要考虑防止对单一药剂产生抗药性,还要顾及其粘着性对换热器的危害,为此,我公司采用氧化型杀菌剂与非氧化型杀菌剂交替投加的方案,并根据各系统的保有水量及在不同季节下菌藻繁殖情况随时做出相应调整,避免细菌大量繁殖并产生抗药性。两者交替投加的全方位微生物控制方案避免了循环冷却水系统菌藻泛滥的问题。

综上所述:循环水系统在循环过程中,各离子含量处于波动状态,但整体平稳。如某一离子含量发生变化,并不会因此变化在短时间内发生结垢或是腐蚀现象,需综合分析水质变化情况,查找原因并及时解决。

 

  (柏坡正元 刘翠英)

 


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