浅议循环冷却水系统的阻垢和缓蚀

刘雪梅

摘 要：循环冷却水系统中的结垢和腐蚀问题，会印象到换热设备的传热效率，增加水流阻力，浪费能源，缩短设备寿命等，同时在水资源日益短缺的今天，国家不断提高水资源和水排污费用的标准，就使得每个用水大企业不得不强化循环水装置的运行，提高水的重复利用率，减少新水的补加量，并减少废水排放量。文章结合企业循环冷却水系统运行特点和水质状况，探讨循环水在管道系统中结构和腐蚀的机理，研究防治结垢和腐蚀的方法和常用药剂，从而提高企业循环水的使用效率。

关键词：循环冷却水；组垢；缓释

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0097-01

1 工业冷却水循环利用的意义

现代许多耗水量大的电力、冶金、化工、炼油等工业生产过程中均释出大量的热，通常水作为吸收和传递热量的良好介质及时带走所释热量，以维持生产的正常进行。为了节约日益紧缺的水资源和保护水环境，提高工业用水的重复利用率，防止天然水经冷却升温后直流排放可能造成的水体热污染，许多工业企业都建立循环冷却水系统，将流经换热器等工艺设备升温后的冷却用水，通过冷却塔等冷却构筑物或冷却设备，是水降温后循环使用。下图既是应用最普遍的热水与空气直接接触降温的敞开式循环冷却水系统的工艺流程。水池中温度较低的冷却水，经水泵抽送至换热器冷却工艺介质，水温升高后的冷却水再流经冷却塔，通过水与空气对流接触冷却降温然后循环重复利用如图1所示。

在循环冷却过程中，不断有少量水分因蒸发、风吹、排污、渗漏而散失，因此循环冷却水系统中，经常要按照循环水量的5‰或更多一些水量进行补充。为了适当改善循环水系统中的水质，常将一部分循环水经旁滤池净化后回入循环水系统中使用。

2 循环冷却水系统的结垢和腐蚀机理

要了解循环冷却水系统中的结垢和腐蚀机理，首先要了解冷却水中污染物的来源，循环冷却水再运行过程中可能不断接受外界带来的污染物质。如可能随补充天然原水中带入的杂质；原水中投加混凝剂的余留物，在冷却塔喷淋冷却过程中，可能混入随空气带来的灰尘、烟气等杂质，水冷却过程中，因逸出二氧化碳气体而容易析出的碳酸钙，水流经换热器过程中可能溶入的某些油类或其他泄露的工艺物料；冷却水中加入的某些阻垢、缓蚀和杀生等药剂可能滞留水中的杂质。不断增多杂质的循环冷却水，在冷却蒸发过程中经受浓缩，水中盐类浓度增大，处在水温、PH值和碱度逐渐升高的条件下，就容易使某些盐类溶解度下降，使水达到过饱和状态，水垢呈晶体析出。

金属等材料与周围介质发生化学或电化学作用等遭受破坏的过程，成为腐蚀。腐蚀产物会形成污垢，污垢覆盖金属等材料的表面会导致腐蚀，腐蚀过程与污垢形成过程密切相关，相互影响，从机理方面考虑，腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀三类。酸类、溶解氧、二氧化碳等化学物质与金属等材料发生化学反应所造成的破坏，成为化学腐蚀；金属在水溶液中的腐蚀，是包括氧化反应和还原反应的有电子转移的化学反应过程，成为电化学腐蚀；细菌、微生物的繁殖会促进金属等材料的腐蚀过程，起腐蚀的催化作用，成为微生物腐蚀，其中电化学腐蚀占主导地位。

在电化学腐蚀过程中，由于水份不断蒸发浓缩，循环水中溶解盐类浓度不断提高，促进了循环冷却水系统的金属在水中发生了有电子转移的氧化和还原反应。

3 循环冷却水系统的阻垢和缓蚀

3.1 污垢的阻抑

循环冷却水系统中的污垢包括泥垢和粘垢两类，主要由水中的悬浮物质和生物性粘泥所造成，悬浮物质也往往参杂在生物粘泥里。阻抑水中污垢的途径有两个：一是严格控制循环水系统的补充水的水质，加强处理；二是加强循环冷却水的水质处理。

循环水系统的补充水，必须加强水质预处理，严格控制水中悬浮杂质、铝、铁等含量。为了抑制菌、藻繁殖，补充水中应保持一定游离性余氯。

由于循环冷却水不断浓缩，菌、藻繁殖和增加外界侵入的各种杂质，需要进行水质处理，以减少污垢的危害性。可以采用不断将循环水中的一部分水量过滤净化，以减少循环水中的悬浮杂质和胶体杂质浓度的方式。旁滤水量的大小，应与补充水带入循环水系统中的杂质数量，冷却过程中溶入的空气污染杂质数量，系统运行的浓缩倍数，水质控制所能容许的极限浓度等因素有关。

循环水中存在着细菌，包括有铁细菌、硫酸盐还原菌、硫细菌等，还存在着一定的蓝藻、绿藻、硅藻等，含有一部分原生动物，多生长在冷却塔壁或水池壁上，也有存在于管垢中，循环水系统中加入的各种无机或有机杀生剂，能杀死或抑制水中微生物的生长繁殖，减轻循环水中污垢的危害作用。

循环冷却水系统中投加的杀生剂品种，应根据以下的一些基本要求恰当选用。杀生剂应具有广谱性，对水中常见的各类菌、藻都有杀生能力，且对生物粘泥有穿透性和分散性。杀生剂应与循环水系统中所用的缓蚀剂和阻垢剂不相干扰，有较好的匹配作用。

3.2 水垢的阻抑

循环冷却水系统中，主要防止等微溶盐类从水中析出，粘着在设备或管壁上形成水垢，其中最常见的是碳酸钙水垢。控制水垢沉积的方法有两类：一类是控制循环水系统中结成水垢的可能性和趋向的化学热力方法，可通过减少钙镁等成垢离子的浓度，降低水的PH值和水的碱度等来达到；一类是控制水垢生长速度和形成过程的化学动力学方法，可通过在循环水中投加酸或化学药剂，改变水中微溶盐类的晶体生长过程和生长形态，提高循环水系统容许的极限碳酸盐硬度值来达到。

3.3 循环冷却水系统的缓蚀

循环冷却水系统中，防止和延缓金属腐蚀的基本方法有以下几类。

3.3.1 表面涂防腐层

通过电镀或化学品浸涂的方法，在需要保护的金属表面镀一层其他的金属保护薄层或化学防腐剂等。

3.3.2 阴极保护法

为防止金属的电化学腐蚀，可采取措施，使欲保护的金属结构整个表面成为阴极，这类电气防腐蚀方法，是有效的金属防蚀办法。

3.3.3 阳极保护法

将欲保护的金属结构，通过导线连接在外加直流电源的正极上，于是阳极电位向正方向移动，即出现钝化现象，从而抑制金属的腐蚀。

3.3.4 药剂法

向循环水中投加无机或有机的缓蚀剂，使金属表面上形成一层均匀致密、不易剥落的缓蚀保护膜，以抑制金属的腐蚀。

4 结 语

本文通过对循环水系统结垢和腐蚀的机理的阐述，明确了循环水系统处理的一些基本原则和方法，对企业循环水系统的设计和运行具有借鉴意义。

参考文献：

[1] 杨钦，严熙世.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2] 李德兴.冷却塔[M].上海：上海科学技术出版社，1981.

摘 要：循环冷却水系统中的结垢和腐蚀问题，会印象到换热设备的传热效率，增加水流阻力，浪费能源，缩短设备寿命等，同时在水资源日益短缺的今天，国家不断提高水资源和水排污费用的标准，就使得每个用水大企业不得不强化循环水装置的运行，提高水的重复利用率，减少新水的补加量，并减少废水排放量。文章结合企业循环冷却水系统运行特点和水质状况，探讨循环水在管道系统中结构和腐蚀的机理，研究防治结垢和腐蚀的方法和常用药剂，从而提高企业循环水的使用效率。

关键词：循环冷却水；组垢；缓释

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0097-01

1 工业冷却水循环利用的意义

现代许多耗水量大的电力、冶金、化工、炼油等工业生产过程中均释出大量的热，通常水作为吸收和传递热量的良好介质及时带走所释热量，以维持生产的正常进行。为了节约日益紧缺的水资源和保护水环境，提高工业用水的重复利用率，防止天然水经冷却升温后直流排放可能造成的水体热污染，许多工业企业都建立循环冷却水系统，将流经换热器等工艺设备升温后的冷却用水，通过冷却塔等冷却构筑物或冷却设备，是水降温后循环使用。下图既是应用最普遍的热水与空气直接接触降温的敞开式循环冷却水系统的工艺流程。水池中温度较低的冷却水，经水泵抽送至换热器冷却工艺介质，水温升高后的冷却水再流经冷却塔，通过水与空气对流接触冷却降温然后循环重复利用如图1所示。

在循环冷却过程中，不断有少量水分因蒸发、风吹、排污、渗漏而散失，因此循环冷却水系统中，经常要按照循环水量的5‰或更多一些水量进行补充。为了适当改善循环水系统中的水质，常将一部分循环水经旁滤池净化后回入循环水系统中使用。

2 循环冷却水系统的结垢和腐蚀机理

要了解循环冷却水系统中的结垢和腐蚀机理，首先要了解冷却水中污染物的来源，循环冷却水再运行过程中可能不断接受外界带来的污染物质。如可能随补充天然原水中带入的杂质；原水中投加混凝剂的余留物，在冷却塔喷淋冷却过程中，可能混入随空气带来的灰尘、烟气等杂质，水冷却过程中，因逸出二氧化碳气体而容易析出的碳酸钙，水流经换热器过程中可能溶入的某些油类或其他泄露的工艺物料；冷却水中加入的某些阻垢、缓蚀和杀生等药剂可能滞留水中的杂质。不断增多杂质的循环冷却水，在冷却蒸发过程中经受浓缩，水中盐类浓度增大，处在水温、PH值和碱度逐渐升高的条件下，就容易使某些盐类溶解度下降，使水达到过饱和状态，水垢呈晶体析出。

金属等材料与周围介质发生化学或电化学作用等遭受破坏的过程，成为腐蚀。腐蚀产物会形成污垢，污垢覆盖金属等材料的表面会导致腐蚀，腐蚀过程与污垢形成过程密切相关，相互影响，从机理方面考虑，腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀三类。酸类、溶解氧、二氧化碳等化学物质与金属等材料发生化学反应所造成的破坏，成为化学腐蚀；金属在水溶液中的腐蚀，是包括氧化反应和还原反应的有电子转移的化学反应过程，成为电化学腐蚀；细菌、微生物的繁殖会促进金属等材料的腐蚀过程，起腐蚀的催化作用，成为微生物腐蚀，其中电化学腐蚀占主导地位。

在电化学腐蚀过程中，由于水份不断蒸发浓缩，循环水中溶解盐类浓度不断提高，促进了循环冷却水系统的金属在水中发生了有电子转移的氧化和还原反应。

3 循环冷却水系统的阻垢和缓蚀

3.1 污垢的阻抑

循环冷却水系统中的污垢包括泥垢和粘垢两类，主要由水中的悬浮物质和生物性粘泥所造成，悬浮物质也往往参杂在生物粘泥里。阻抑水中污垢的途径有两个：一是严格控制循环水系统的补充水的水质，加强处理；二是加强循环冷却水的水质处理。

循环水系统的补充水，必须加强水质预处理，严格控制水中悬浮杂质、铝、铁等含量。为了抑制菌、藻繁殖，补充水中应保持一定游离性余氯。

由于循环冷却水不断浓缩，菌、藻繁殖和增加外界侵入的各种杂质，需要进行水质处理，以减少污垢的危害性。可以采用不断将循环水中的一部分水量过滤净化，以减少循环水中的悬浮杂质和胶体杂质浓度的方式。旁滤水量的大小，应与补充水带入循环水系统中的杂质数量，冷却过程中溶入的空气污染杂质数量，系统运行的浓缩倍数，水质控制所能容许的极限浓度等因素有关。

循环水中存在着细菌，包括有铁细菌、硫酸盐还原菌、硫细菌等，还存在着一定的蓝藻、绿藻、硅藻等，含有一部分原生动物，多生长在冷却塔壁或水池壁上，也有存在于管垢中，循环水系统中加入的各种无机或有机杀生剂，能杀死或抑制水中微生物的生长繁殖，减轻循环水中污垢的危害作用。

循环冷却水系统中投加的杀生剂品种，应根据以下的一些基本要求恰当选用。杀生剂应具有广谱性，对水中常见的各类菌、藻都有杀生能力，且对生物粘泥有穿透性和分散性。杀生剂应与循环水系统中所用的缓蚀剂和阻垢剂不相干扰，有较好的匹配作用。

3.2 水垢的阻抑

循环冷却水系统中，主要防止等微溶盐类从水中析出，粘着在设备或管壁上形成水垢，其中最常见的是碳酸钙水垢。控制水垢沉积的方法有两类：一类是控制循环水系统中结成水垢的可能性和趋向的化学热力方法，可通过减少钙镁等成垢离子的浓度，降低水的PH值和水的碱度等来达到；一类是控制水垢生长速度和形成过程的化学动力学方法，可通过在循环水中投加酸或化学药剂，改变水中微溶盐类的晶体生长过程和生长形态，提高循环水系统容许的极限碳酸盐硬度值来达到。

3.3 循环冷却水系统的缓蚀

循环冷却水系统中，防止和延缓金属腐蚀的基本方法有以下几类。

3.3.1 表面涂防腐层

通过电镀或化学品浸涂的方法，在需要保护的金属表面镀一层其他的金属保护薄层或化学防腐剂等。

3.3.2 阴极保护法

为防止金属的电化学腐蚀，可采取措施，使欲保护的金属结构整个表面成为阴极，这类电气防腐蚀方法，是有效的金属防蚀办法。

3.3.3 阳极保护法

将欲保护的金属结构，通过导线连接在外加直流电源的正极上，于是阳极电位向正方向移动，即出现钝化现象，从而抑制金属的腐蚀。

3.3.4 药剂法

向循环水中投加无机或有机的缓蚀剂，使金属表面上形成一层均匀致密、不易剥落的缓蚀保护膜，以抑制金属的腐蚀。

4 结 语

本文通过对循环水系统结垢和腐蚀的机理的阐述，明确了循环水系统处理的一些基本原则和方法，对企业循环水系统的设计和运行具有借鉴意义。

参考文献：

[1] 杨钦，严熙世.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2] 李德兴.冷却塔[M].上海：上海科学技术出版社，1981.

摘 要：循环冷却水系统中的结垢和腐蚀问题，会印象到换热设备的传热效率，增加水流阻力，浪费能源，缩短设备寿命等，同时在水资源日益短缺的今天，国家不断提高水资源和水排污费用的标准，就使得每个用水大企业不得不强化循环水装置的运行，提高水的重复利用率，减少新水的补加量，并减少废水排放量。文章结合企业循环冷却水系统运行特点和水质状况，探讨循环水在管道系统中结构和腐蚀的机理，研究防治结垢和腐蚀的方法和常用药剂，从而提高企业循环水的使用效率。

关键词：循环冷却水；组垢；缓释

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）29-0097-01

1 工业冷却水循环利用的意义

现代许多耗水量大的电力、冶金、化工、炼油等工业生产过程中均释出大量的热，通常水作为吸收和传递热量的良好介质及时带走所释热量，以维持生产的正常进行。为了节约日益紧缺的水资源和保护水环境，提高工业用水的重复利用率，防止天然水经冷却升温后直流排放可能造成的水体热污染，许多工业企业都建立循环冷却水系统，将流经换热器等工艺设备升温后的冷却用水，通过冷却塔等冷却构筑物或冷却设备，是水降温后循环使用。下图既是应用最普遍的热水与空气直接接触降温的敞开式循环冷却水系统的工艺流程。水池中温度较低的冷却水，经水泵抽送至换热器冷却工艺介质，水温升高后的冷却水再流经冷却塔，通过水与空气对流接触冷却降温然后循环重复利用如图1所示。

在循环冷却过程中，不断有少量水分因蒸发、风吹、排污、渗漏而散失，因此循环冷却水系统中，经常要按照循环水量的5‰或更多一些水量进行补充。为了适当改善循环水系统中的水质，常将一部分循环水经旁滤池净化后回入循环水系统中使用。

2 循环冷却水系统的结垢和腐蚀机理

要了解循环冷却水系统中的结垢和腐蚀机理，首先要了解冷却水中污染物的来源，循环冷却水再运行过程中可能不断接受外界带来的污染物质。如可能随补充天然原水中带入的杂质；原水中投加混凝剂的余留物，在冷却塔喷淋冷却过程中，可能混入随空气带来的灰尘、烟气等杂质，水冷却过程中，因逸出二氧化碳气体而容易析出的碳酸钙，水流经换热器过程中可能溶入的某些油类或其他泄露的工艺物料；冷却水中加入的某些阻垢、缓蚀和杀生等药剂可能滞留水中的杂质。不断增多杂质的循环冷却水，在冷却蒸发过程中经受浓缩，水中盐类浓度增大，处在水温、PH值和碱度逐渐升高的条件下，就容易使某些盐类溶解度下降，使水达到过饱和状态，水垢呈晶体析出。

金属等材料与周围介质发生化学或电化学作用等遭受破坏的过程，成为腐蚀。腐蚀产物会形成污垢，污垢覆盖金属等材料的表面会导致腐蚀，腐蚀过程与污垢形成过程密切相关，相互影响，从机理方面考虑，腐蚀可分为化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀三类。酸类、溶解氧、二氧化碳等化学物质与金属等材料发生化学反应所造成的破坏，成为化学腐蚀；金属在水溶液中的腐蚀，是包括氧化反应和还原反应的有电子转移的化学反应过程，成为电化学腐蚀；细菌、微生物的繁殖会促进金属等材料的腐蚀过程，起腐蚀的催化作用，成为微生物腐蚀，其中电化学腐蚀占主导地位。

在电化学腐蚀过程中，由于水份不断蒸发浓缩，循环水中溶解盐类浓度不断提高，促进了循环冷却水系统的金属在水中发生了有电子转移的氧化和还原反应。

3 循环冷却水系统的阻垢和缓蚀

3.1 污垢的阻抑

循环冷却水系统中的污垢包括泥垢和粘垢两类，主要由水中的悬浮物质和生物性粘泥所造成，悬浮物质也往往参杂在生物粘泥里。阻抑水中污垢的途径有两个：一是严格控制循环水系统的补充水的水质，加强处理；二是加强循环冷却水的水质处理。

循环水系统的补充水，必须加强水质预处理，严格控制水中悬浮杂质、铝、铁等含量。为了抑制菌、藻繁殖，补充水中应保持一定游离性余氯。

由于循环冷却水不断浓缩，菌、藻繁殖和增加外界侵入的各种杂质，需要进行水质处理，以减少污垢的危害性。可以采用不断将循环水中的一部分水量过滤净化，以减少循环水中的悬浮杂质和胶体杂质浓度的方式。旁滤水量的大小，应与补充水带入循环水系统中的杂质数量，冷却过程中溶入的空气污染杂质数量，系统运行的浓缩倍数，水质控制所能容许的极限浓度等因素有关。

循环水中存在着细菌，包括有铁细菌、硫酸盐还原菌、硫细菌等，还存在着一定的蓝藻、绿藻、硅藻等，含有一部分原生动物，多生长在冷却塔壁或水池壁上，也有存在于管垢中，循环水系统中加入的各种无机或有机杀生剂，能杀死或抑制水中微生物的生长繁殖，减轻循环水中污垢的危害作用。

循环冷却水系统中投加的杀生剂品种，应根据以下的一些基本要求恰当选用。杀生剂应具有广谱性，对水中常见的各类菌、藻都有杀生能力，且对生物粘泥有穿透性和分散性。杀生剂应与循环水系统中所用的缓蚀剂和阻垢剂不相干扰，有较好的匹配作用。

3.2 水垢的阻抑

循环冷却水系统中，主要防止等微溶盐类从水中析出，粘着在设备或管壁上形成水垢，其中最常见的是碳酸钙水垢。控制水垢沉积的方法有两类：一类是控制循环水系统中结成水垢的可能性和趋向的化学热力方法，可通过减少钙镁等成垢离子的浓度，降低水的PH值和水的碱度等来达到；一类是控制水垢生长速度和形成过程的化学动力学方法，可通过在循环水中投加酸或化学药剂，改变水中微溶盐类的晶体生长过程和生长形态，提高循环水系统容许的极限碳酸盐硬度值来达到。

3.3 循环冷却水系统的缓蚀

循环冷却水系统中，防止和延缓金属腐蚀的基本方法有以下几类。

3.3.1 表面涂防腐层

通过电镀或化学品浸涂的方法，在需要保护的金属表面镀一层其他的金属保护薄层或化学防腐剂等。

3.3.2 阴极保护法

为防止金属的电化学腐蚀，可采取措施，使欲保护的金属结构整个表面成为阴极，这类电气防腐蚀方法，是有效的金属防蚀办法。

3.3.3 阳极保护法

将欲保护的金属结构，通过导线连接在外加直流电源的正极上，于是阳极电位向正方向移动，即出现钝化现象，从而抑制金属的腐蚀。

3.3.4 药剂法

向循环水中投加无机或有机的缓蚀剂，使金属表面上形成一层均匀致密、不易剥落的缓蚀保护膜，以抑制金属的腐蚀。

4 结 语

本文通过对循环水系统结垢和腐蚀的机理的阐述，明确了循环水系统处理的一些基本原则和方法，对企业循环水系统的设计和运行具有借鉴意义。

参考文献：

[1] 杨钦，严熙世.给水工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

[2] 李德兴.冷却塔[M].上海：上海科学技术出版社，1981.