冷卻塔冷卻水系統(tǒng)的水處理

于同山 王爽

摘 要：本文根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)地介紹了循環(huán)冷卻水水質(zhì)變化影響和循環(huán)冷卻水的水質(zhì)問題控制，以達(dá)到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定，確保換熱面（冷卻對象）潔凈，以利熱量有效傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的穩(wěn)定高效運(yùn)行；不發(fā)生因水系統(tǒng)問題引起的生產(chǎn)事故、生產(chǎn)效率、環(huán)境影響，消除用戶與服務(wù)商的分歧。

關(guān)鍵詞：水冷卻；水質(zhì)；結(jié)垢；腐蝕；微生物

冷卻塔就是一種熱交換器，熱水沿重力方向落下，穿過溫度較低的空氣氣流，利用水和空氣接觸，通過蒸發(fā)作用來散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。基本原理是：干燥（低焓值）的空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)抽動(dòng)后，自進(jìn)風(fēng)網(wǎng)處進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動(dòng)，濕熱（高焓值）的水自播水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)，當(dāng)水滴和空氣接觸時(shí)，一方面由于空氣與水的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，帶走蒸發(fā)潛熱，將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱，從而達(dá)到降溫之目的。

冷卻塔由于水的不斷蒸發(fā)，循環(huán)水被濃縮。大氣中的塵?；蛴卸練怏w也溶入水中、濃縮，導(dǎo)致水質(zhì)被污染。以循環(huán)水、補(bǔ)給水的水質(zhì)分析為依據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃|(zhì)管理，保護(hù)冷凍機(jī)的冷凝器或被冷卻設(shè)備等不產(chǎn)生腐蝕或水垢是有必要的。

污垢的導(dǎo)熱性能很差，一般不超過1.16 W/（m.K），而鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)是46.4-52.2W/（m.K）。若不進(jìn)行水質(zhì)處理，一般碳鋼平均腐蝕速率在70-150mdd，點(diǎn)蝕部位的腐蝕速率則是平均值的2-10倍。水質(zhì)處理正常的循環(huán)水平均腐蝕速率通常小于30 mdd，現(xiàn)在的技術(shù)已達(dá)到15mdd。造成危害的微生物主要是細(xì)菌、真菌和藻類，產(chǎn)生的生物粘泥與結(jié)垢腐蝕的危害性一樣。本文以冷卻水循環(huán)的水質(zhì)變化影響和問題控制分別進(jìn)行說明。

一、冷卻水循環(huán)的水質(zhì)變化影響：結(jié)垢、腐蝕、微生物。

1、影響結(jié)垢的主要因素：水質(zhì)，溫度，流速，表面狀態(tài)。

①水質(zhì)的影響

水質(zhì)是指水和其中所含的雜質(zhì)共同表現(xiàn)出來的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)的綜合特性。各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)則表示水中雜質(zhì)的種類、成分和數(shù)量，是判斷水質(zhì)的具體衡量標(biāo)準(zhǔn)。參照GB50050-2007設(shè)計(jì)規(guī)范，石化、電力、冶金、化工、暖通等各行業(yè)的推薦標(biāo)準(zhǔn)，處理控制pH、懸浮物、鐵錳、有機(jī)污染物、重金屬、生物污染等。

水質(zhì)是影響污垢沉積的最主要因素之一。冷卻水水質(zhì)要求：水溫盡可能低，不隨氣候劇烈變化，不產(chǎn)生水垢、泥垢等堵塞管路現(xiàn)象，對金屬無腐蝕性，不繁殖微生物和生物等。冷卻水水質(zhì)的各項(xiàng)控制指標(biāo)，如硬度、堿度、總?cè)芄?、水中各種成垢離子、懸浮物等，絕大部分是根據(jù)防垢的要求而制定的。除此之外，水的pH值對成垢的影響較大。pH值高有利于腐蝕控制，但不利于垢沉積的控制。因?yàn)樗械拟}垢與鎂垢以及鐵的氧化物，在pH>8的情況下，幾乎完全不溶解。膠體的有機(jī)物在堿性的溶液中也比在酸性的溶液中較難清除。因此，pH值升高，使成垢潛在傾向加劇。

②溫度的影響

溫度直接影響冷卻水的結(jié)垢過程。冷卻水流速一定時(shí)，水溫越高，垢沉積速度越大。在換熱器的壁溫較高處或局部產(chǎn)生過熱現(xiàn)象的部位，促使水中微溶鹽類的結(jié)晶過程發(fā)生。

③流速大小

在影響垢沉積的因素中，流速狀態(tài)的作用是明顯的，它決定剝離污泥切力的大小。若流速太慢，易造成污垢沉積及藻菌聚集。在換熱器中冷卻水流速<0.3米/秒，懸浮物和其它固形物就會(huì)開始沉淀，所以，避免沉淀產(chǎn)生，一般要求冷卻水最低流速>0.5米/秒。

④表面狀態(tài)的影響

金屬表面的粗糙度或糙面的分布密度以及均勻程度，都直接影響晶核生成和污垢沉積。表面越粗糙，相應(yīng)的表面積就越大，吸附垢的能力也越強(qiáng)。

2、影響腐蝕的主要因素：化學(xué)因素，物理因素，微生物

①化學(xué)因素

水的pH值增加，氫離子濃度降低，金屬腐蝕過程中氫離子去極化的陰極反應(yīng)受到抑制，碳鋼表面生成氧化性保護(hù)膜的傾向增大，故冷卻水對碳鋼的腐蝕性隨其pH值增加而降低。

②物理因素

溫度升高，腐蝕的化學(xué)反應(yīng)速度就提高。流速增加，會(huì)沖走可能成為鈍化層的腐蝕產(chǎn)物，從而加劇腐蝕。

③微生物

微生物進(jìn)行氫的新陳代謝，導(dǎo)致腐蝕電池去極化，加快局部腐蝕。某些種類的細(xì)菌還會(huì)產(chǎn)生酸性化合物。

3、影響微生物的主要因素

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)給微生物的生長創(chuàng)造了迅速繁殖的條件：水溫適中，常在32-42度之間，日光照射，pH值偏中性。微生物生長所必需的營養(yǎng)物和離子，通過補(bǔ)充水和周圍空氣帶入的有機(jī)物或無機(jī)物供給，生產(chǎn)過程中物料的泄漏也為循環(huán)水系統(tǒng)微生物種群提供了養(yǎng)料。通過管道、熱交換器、冷卻塔填料及配水管道系統(tǒng)所提供的大量表面積，這些條件為水中微生物提供了良好的棲息地。

二、冷卻水的水質(zhì)問題控制：結(jié)構(gòu)控制，腐蝕控制，菌藻控制

1、循環(huán)冷卻水的結(jié)垢控制

①常規(guī)處理：軟化：離子交換、石灰軟化，除去懸浮物，減小硬度。

加酸：控制適當(dāng)?shù)膲A度和pH值

旁流處理：1-5%的冷卻水流經(jīng)過濾器，濾料有砂子、無煙煤、混合濾料等。

②聚合物沉積控制劑：緩蝕阻垢劑與殺生劑、緩蝕劑和分散劑

③多價(jià)螯合劑、絡(luò)合劑及低限抑制劑

④清洗：停車、不停車化學(xué)清洗，排污。

2、循環(huán)冷卻水的腐蝕控制

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，主要是水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕：碳鋼表面的不均勻性，形成許多微小的腐蝕電池，活潑部位為陽極，反之為陰極，與水中溶解氧配合發(fā)生共軛反映。只要控制腐蝕過程中的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)兩者中的任意一個(gè)電極反應(yīng)的速度，則另一個(gè)電極反應(yīng)的速度也會(huì)隨之而受到控制，從而使整個(gè)腐蝕過程的速度受到控制。

常用的方法有：

①提高冷卻水的pH值。冷卻水在冷卻塔內(nèi)曝氣后，自然平衡pH值大致為8.0-9.5，冷卻水中碳酸鈣的沉積傾向增加，易引起結(jié)垢和垢下腐蝕。加酸控制其pH值保持在7.8-8.5之間，必需要進(jìn)行腐蝕、微生物控制。

②選用耐腐蝕材料的換熱器。

③添加緩蝕劑：緩蝕劑按其抑制的腐蝕反應(yīng)分為陽極型、陰極型和混合型三種類型。陽極型緩蝕劑使金屬形成氧化物保護(hù)膜；陰極型緩蝕劑經(jīng)化學(xué)吸附過程被吸附在金屬表面，本身形成一層膜，或與金屬離子反應(yīng)后形成膜?；旌闲图?zhèn)鋬煞N性能。

④用防腐阻垢涂料涂覆：冷卻水防腐涂料的主要成分有：樹脂基料、防腐顏料、填料、溶劑以及加量很少但又作用顯著的各種涂料助劑。防腐作用機(jī)理主要有屏蔽作用、緩蝕作用、陰極保護(hù)作用、pH緩沖作用。

3、循環(huán)冷卻水的菌藻控制

循環(huán)冷卻水中的微生物一般是指細(xì)菌和藻類。導(dǎo)致微生物粘泥的存在形式有：附著型生物粘泥（危害最大，難以去除），沉積型生物粘泥（在滯流區(qū)或低流速區(qū)）和懸浮型生物粘泥（絮狀，可用生物濾網(wǎng)法測量）。

藻菌的控制機(jī)理：阻止微生物新陳代謝的某些環(huán)節(jié)，鈍化酶的活性；抑制細(xì)菌活性數(shù)量不能夠形成微生物危害；維持循環(huán)水系統(tǒng)的潔凈度，微生物粘泥不易沉積。

主要控制方法有：

①殺生劑法：

能吸附在細(xì)胞壁上，然后擴(kuò)散到細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)生成膠態(tài)溶液，使蛋白質(zhì)沉淀失活，達(dá)到滅殺水中微生物、菌藻的作用。

分解菌體殘骸，殺死芽孢和孢子，控制粘泥生長。

非氧化性殺生劑不僅對各類微生物有良好的殺滅作用，還對生物粘泥具有良好的剝離作用。

②防止陽光照射，水池上加蓋，冷卻塔進(jìn)風(fēng)口加百葉窗。

③旁流過濾，潔凈水體，保持系統(tǒng)表面潔凈。

④清洗系統(tǒng)，將養(yǎng)料、生長基地和保護(hù)層（腐蝕產(chǎn)物和污垢）以及其本體除去并排出，使剩余微生物直接暴露在外，為殺生劑直接到達(dá)微生物表面創(chuàng)造條件。

參考文獻(xiàn)

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[5]循環(huán)冷卻水-朱月海 中國建筑工業(yè)出版社，2008

（作者單位：大連斯頻德環(huán)境設(shè)備有限公司）