關(guān)于影響循環(huán)冷卻水結(jié)垢腐蝕的因素與控制方法探究

呂雯靜 白娜 柳軍紅

摘要：社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)發(fā)展水平的提高，使得工業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中逐步占據(jù)著越來越重要的地位與作用。工業(yè)生產(chǎn)中必須要對生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的余熱進(jìn)行及時(shí)的處理，否則會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)作為熱量處理的重要方式，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了普遍的應(yīng)用，促進(jìn)了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。本文從循環(huán)冷卻水的概念出發(fā)，分析了循環(huán)冷卻水常見的結(jié)垢與腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的原因以及控制措施，有利于提高工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水；結(jié)垢；腐蝕；控制

循環(huán)冷卻水熱量處理方式，基于其對熱量的有效處理，得到了廣泛的應(yīng)用，對于工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量都有著積極的促進(jìn)作用。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要功能是為工業(yè)生產(chǎn)中所涉及的發(fā)熱裝置供應(yīng)冷卻水，保證出水的溫度、硬度等符合工業(yè)生產(chǎn)的基本要求。在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，受到多方面因素的影響，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常常面臨著結(jié)垢、腐蝕等問題，使得整體發(fā)熱裝置的正常運(yùn)行受到干擾，導(dǎo)致冷卻水的供應(yīng)出現(xiàn)問題，換熱能力不足，降低設(shè)備的耐久性，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1循環(huán)冷卻水的概念

1.1循環(huán)冷卻水

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)中熱量的置換，達(dá)到了良好的熱量交換、分散效果，循環(huán)系統(tǒng)更能夠保證生產(chǎn)成本的降低，避免了水資源的浪費(fèi)，保證了生產(chǎn)的正產(chǎn)進(jìn)行。由于在整個(gè)系統(tǒng)中，水是重要的換熱介質(zhì)，借助于冷卻塔，可以實(shí)現(xiàn)降溫，實(shí)現(xiàn)了對水資源的合理利用。

1.2水量損失

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行中，也存在水量的流失問題，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）自然蒸發(fā)水分流失。循環(huán)水在冷熱交替流動(dòng)中會產(chǎn)生水蒸氣，進(jìn)入大氣后產(chǎn)生水量損失。（2）排污產(chǎn)生的水量損失，受到水量蒸發(fā)的影響，為確保冷卻水的濃度，需要進(jìn)行必要的人工排污。（3）滲漏損失。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)本身受到設(shè)備老化等的影響，管道內(nèi)部存在漏洞等，使得運(yùn)行中出現(xiàn)滲漏造成水量損失。

2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)常見問題

循環(huán)冷卻水運(yùn)行過程較為復(fù)雜，由于存在各種反應(yīng)，如熱量的交換、電化反應(yīng)等，因此其面臨的最主要的問題是結(jié)垢與腐蝕。

2.1結(jié)垢

循環(huán)冷卻水的結(jié)垢現(xiàn)象主要是由于系統(tǒng)中存在大量的微溶物質(zhì)，一旦系統(tǒng)的水質(zhì)、水溫、流速、換熱溫差等環(huán)境發(fā)生些許改變，就會造成微溶物質(zhì)過度飽和，析出晶核，隨著該反應(yīng)的加大，導(dǎo)致晶核增大附著于換熱器表面形成結(jié)垢現(xiàn)象。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于存在大量的熱量交換，吸熱揮發(fā)現(xiàn)象逐步增強(qiáng)，水中微溶物質(zhì)的濃度隨著該現(xiàn)象增大，因而使得結(jié)垢發(fā)生的概率加大，就需要對補(bǔ)充水的水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格控制，尤其是水質(zhì)中的鹽量、堿度、硬度、PH值越大，也容易造成結(jié)垢現(xiàn)象；循環(huán)水水垢中富含豐富的碳酸鈣、碳酸鎂等微溶鹽，這些微溶鹽分使得隨著水的溫度的升高，溶解度會越發(fā)降低；水垢附著速度與換熱器循環(huán)水的流速密切相關(guān)，一般情況下，水流速度越快，水垢的附著速度反而越慢，主要是過快的水流沖擊了水垢等雜質(zhì)，使其附著受到影響；由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在著大量的熱量交換，因此，會帶來極大的溫降，溫降與結(jié)垢的發(fā)生成正相關(guān)，結(jié)垢發(fā)生的可能性隨溫降的增大而增大。

2.2腐蝕

循環(huán)冷卻水還極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，腐蝕一般分為電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕，循環(huán)冷卻水腐蝕主要與水質(zhì)的硬度、堿度、PH值、流速、溫度等相關(guān)。

腐蝕通常可以分成點(diǎn)蝕、溶解氧腐蝕與微生物腐蝕三種。具體而言，點(diǎn)蝕的形成主要是由于水中腐蝕陰離子氯離子的存在，由于其極性較高，因此具有極強(qiáng)的腐蝕性，該離子又具有極強(qiáng)的穿透特性，可以將金屬表面的預(yù)制模穿透，造成點(diǎn)腐蝕。點(diǎn)腐蝕主要發(fā)生在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的死角或者是通道變化較大等區(qū)域，這些區(qū)域由于水流速度會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致這些區(qū)域的氯離子高度聚集，因此點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象較為明顯。溫度作用也加劇了點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象，當(dāng)溫度滿足一定條件時(shí)，會發(fā)生腐蝕作用，二者成正相關(guān)，腐蝕程度隨著溫度的升高而加劇。結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生也會對腐蝕產(chǎn)生影響，結(jié)垢區(qū)域極易造成氯離子的集聚而加劇腐蝕發(fā)生的可能性。

很多循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的敞開式結(jié)構(gòu)，使得其冷卻塔為露天開放式，水在塔內(nèi)噴賽曝氣，加大了水中溶解氧的含量，進(jìn)而使得腐蝕現(xiàn)象加劇，該種腐蝕現(xiàn)象是一種電化學(xué)腐蝕，因?yàn)榻饘匐姌O電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氧的電極電位，使得金屬陽極遭受加大的腐蝕，而溶解氧是陰極，可以進(jìn)行還原作用。很多情況下，熱交換器的碳鋼面板上多有黃褐色、磚紅色的鼓包，鼓包下方為黑色粉末，這些就是溶解氧腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物，當(dāng)清除該產(chǎn)物后，面板表面會有陷坑等，造成表面的不平整。該腐蝕作用的發(fā)生是由于溶解氧與鐵發(fā)生腐蝕作用后，產(chǎn)生亞鐵離子，該離子穩(wěn)定性極差，常與水中其他離子在此發(fā)生腐蝕作用。

微生物腐蝕對系統(tǒng)的影響極大，作為一種局部腐蝕現(xiàn)象，容易與水垢、電化學(xué)腐蝕等相互作用，加劇腐蝕程度，主要是由水中細(xì)菌、真菌、藻類等引發(fā)的腐蝕。

3循環(huán)冷卻水系統(tǒng)控制方法

3.1結(jié)垢的控制方法

對于循環(huán)冷卻水結(jié)垢的控制，主要從以下方面來進(jìn)行：嚴(yán)格控制并降低循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的蝕度，避免補(bǔ)充水的各種問題對系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)的影響；嚴(yán)格控制循環(huán)水旁流量，多數(shù)情況下，要在整個(gè)系統(tǒng)增加旁濾裝置，將旁流量控制在循環(huán)水水量的1%5%；合理控制循環(huán)水的水流速度，一般流速為0.8-1.2m/s為最佳，可以使水的沖刷作用減弱水垢等的沉積；在冷卻水中加入酸性物質(zhì)或通二氧化碳?xì)怏w，降低水的PH，降低結(jié)垢發(fā)生的可能；在水中加入阻垢劑等減弱結(jié)垢現(xiàn)象。

3.2腐蝕的控制方法

根據(jù)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，可以從對水質(zhì)PH值、氯離子、氧含量、微生物等的控制來降低腐蝕發(fā)生的概率。從水的源頭控制水質(zhì)PH值，PH值越大，腐蝕速度越慢，但是結(jié)垢現(xiàn)象越嚴(yán)重，由于存在熱量的交換，因此，水質(zhì)的PH值會隨熱量損失而加大，從而結(jié)垢發(fā)生的概率加大，與此同時(shí)，可以通過自動(dòng)加酸裝置，來對水質(zhì)的PH值進(jìn)行嚴(yán)格控制。

冷卻塔內(nèi)部，水噴灑曝氣，溶解氧含量上升，使得溫度與壓力下達(dá)到氧的飽和濃度，造成腐蝕現(xiàn)象。為了降低循環(huán)水冷卻塔水的噴灑曝氣，降低其中的氧含量，可以在整個(gè)系統(tǒng)中，使循環(huán)水越過冷卻塔，走旁通管道，控制該種腐蝕現(xiàn)象。

對于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，可以定期在水中投放氧化性殺菌劑、或非氧化性殺菌劑，控制冷卻水中地微生物，但由于殺菌劑添加時(shí)，會產(chǎn)生大量的氯離子，造成點(diǎn)蝕加劇，因此，殺菌劑投放過程中要密切關(guān)注氯離子含量，一旦超過限度要及時(shí)進(jìn)行排污補(bǔ)水。

減弱腐蝕現(xiàn)象還可以在水中添加緩蝕劑，主要有聚磷酸鹽與鋅鹽等，前者成本較低，既可以抑制腐蝕，還可以在一定程度上阻垢，但是如果添加量過大，也還會造成磷酸鈣垢進(jìn)而引發(fā)垢下腐蝕現(xiàn)象，磷酸離子還可以促進(jìn)微生物的繁殖代謝。鋅鹽主要有氧化鋅、硫酸鋅，單獨(dú)使用鋅鹽抗腐蝕效果不佳，主要與緩蝕劑結(jié)合使用才能起到良好的抗腐蝕效果，但鋅作為有毒重金屬，對生物生長不利，因此排污是需要特別處理。

結(jié)束語：

經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)得到了更為普遍的應(yīng)用，但是對于其極易發(fā)生的結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象等雖然進(jìn)行了必要的控制，但依然是制約該系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要因素，因此，未來還需加強(qiáng)結(jié)垢、腐蝕的控制與處理，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。