冷却塔冷却水系统的水处理

2017-09-04于同山王爽

世界家苑 2017年8期

于同山王爽

摘要：本文根据多年的实际经验，详细地介绍了循环冷却水水质变化影响和循环冷却水的水质问题控制，以达到循环冷却水的水质稳定，确保换热面（冷却对象）洁净，以利热量有效传导，实现生产的稳定高效运行；不发生因水系统问题引起的生产事故、生产效率、环境影响，消除用户与服务商的分歧。

关键词：水冷却；水质；结垢；腐蚀；微生物

冷却塔就是一种热交换器，热水沿重力方向落下，穿过温度较低的空气气流，利用水和空气接触，通过蒸发作用来散去工业上或制冷空调中产生的废热的一种设备。基本原理是：干燥（低焓值）的空气经过风机抽动后，自进风网处进入冷却塔内，饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动，湿热（高焓值）的水自播水系统洒入塔内，当水滴和空气接触时，一方面由于空气与水的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，带走蒸发潜热，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。

冷却塔由于水的不断蒸发，循环水被浓缩。大气中的尘埃或有毒气体也溶入水中、浓缩，导致水质被污染。以循环水、补给水的水质分析为依据进行适当的水质管理，保护冷冻机的冷凝器或被冷却设备等不产生腐蚀或水垢是有必要的。

污垢的导热性能很差，一般不超过1.16 W/（m.K），而钢材的导热系数是46.4-52.2W/（m.K）。若不进行水质处理，一般碳钢平均腐蚀速率在70-150mdd，点蚀部位的腐蚀速率则是平均值的2-10倍。水质处理正常的循环水平均腐蚀速率通常小于30 mdd，现在的技术已达到15mdd。造成危害的微生物主要是细菌、真菌和藻类，产生的生物粘泥与结垢腐蚀的危害性一样。本文以冷却水循环的水质变化影响和问题控制分别进行说明。

一、冷却水循环的水质变化影响：结垢、腐蚀、微生物。

1、影响结垢的主要因素：水质，温度，流速，表面状态。

①水质的影响

水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性。各项水质指标则表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质的具体衡量标准。参照GB50050-2007设计规范，石化、电力、冶金、化工、暖通等各行业的推荐标准，处理控制pH、悬浮物、铁锰、有机污染物、重金属、生物污染等。

水质是影响污垢沉积的最主要因素之一。冷却水水质要求：水温尽可能低，不随气候剧烈变化，不产生水垢、泥垢等堵塞管路现象，对金属无腐蚀性，不繁殖微生物和生物等。冷却水水质的各项控制指标，如硬度、碱度、总溶固、水中各种成垢离子、悬浮物等，绝大部分是根据防垢的要求而制定的。除此之外，水的pH值对成垢的影响较大。pH值高有利于腐蚀控制，但不利于垢沉积的控制。因为水中的钙垢与镁垢以及铁的氧化物，在pH>8的情况下，几乎完全不溶解。胶体的有机物在碱性的溶液中也比在酸性的溶液中较难清除。因此，pH值升高，使成垢潜在倾向加剧。

②温度的影响

温度直接影响冷却水的结垢过程。冷却水流速一定时，水温越高，垢沉积速度越大。在换热器的壁温较高处或局部产生过热现象的部位，促使水中微溶盐类的结晶过程发生。

③流速大小

在影响垢沉积的因素中，流速状态的作用是明显的，它决定剥离污泥切力的大小。若流速太慢，易造成污垢沉积及藻菌聚集。在换热器中冷却水流速<0.3米/秒，悬浮物和其它固形物就会开始沉淀，所以，避免沉淀产生，一般要求冷却水最低流速>0.5米/秒。

④表面状态的影响

金属表面的粗糙度或糙面的分布密度以及均匀程度，都直接影响晶核生成和污垢沉积。表面越粗糙，相应的表面积就越大，吸附垢的能力也越强。

2、影响腐蚀的主要因素：化学因素，物理因素，微生物

①化学因素

水的pH值增加，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，碳钢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性随其pH值增加而降低。

②物理因素

温度升高，腐蚀的化学反应速度就提高。流速增加，会冲走可能成为钝化层的腐蚀产物，从而加剧腐蚀。

③微生物

微生物进行氢的新陈代谢，导致腐蚀电池去极化，加快局部腐蚀。某些种类的细菌还会产生酸性化合物。

3、影响微生物的主要因素

循环冷却水系统给微生物的生长创造了迅速繁殖的条件：水温适中，常在32-42度之间，日光照射，pH值偏中性。微生物生长所必需的营养物和离子，通过补充水和周围空气带入的有机物或无机物供给，生产过程中物料的泄漏也为循环水系统微生物种群提供了养料。通过管道、热交换器、冷却塔填料及配水管道系统所提供的大量表面积，这些条件为水中微生物提供了良好的栖息地。

二、冷却水的水质问题控制：结构控制，腐蚀控制，菌藻控制

1、循环冷却水的结垢控制

①常规处理：软化：离子交换、石灰软化，除去悬浮物，减小硬度。

加酸：控制适当的碱度和pH值

旁流处理：1-5%的冷却水流经过滤器，滤料有砂子、无烟煤、混合滤料等。

②聚合物沉积控制剂：缓蚀阻垢剂与杀生剂、缓蚀剂和分散剂

③多价螯合剂、络合剂及低限抑制剂

④清洗：停车、不停车化学清洗，排污。

2、循环冷却水的腐蚀控制

在循环冷却水系统中，主要是水中溶解氧引起的电化学腐蚀：碳钢表面的不均匀性，形成许多微小的腐蚀电池，活泼部位为阳极，反之为阴极，与水中溶解氧配合发生共轭反映。只要控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反應两者中的任意一个电极反应的速度，则另一个电极反应的速度也会随之而受到控制，从而使整个腐蚀过程的速度受到控制。

常用的方法有：

①提高冷却水的pH值。冷却水在冷却塔内曝气后，自然平衡pH值大致为8.0-9.5，冷却水中碳酸钙的沉积倾向增加，易引起结垢和垢下腐蚀。加酸控制其pH值保持在7.8-8.5之间，必需要进行腐蚀、微生物控制。

②选用耐腐蚀材料的换热器。

③添加缓蚀剂：缓蚀剂按其抑制的腐蚀反应分为阳极型、阴极型和混合型三种类型。阳极型缓蚀剂使金属形成氧化物保护膜；阴极型缓蚀剂经化学吸附过程被吸附在金属表面，本身形成一层膜，或与金属离子反应后形成膜。混合型兼备两种性能。

④用防腐阻垢涂料涂覆：冷却水防腐涂料的主要成分有：树脂基料、防腐颜料、填料、溶剂以及加量很少但又作用显著的各种涂料助剂。防腐作用机理主要有屏蔽作用、缓蚀作用、阴极保护作用、pH缓冲作用。

3、循环冷却水的菌藻控制

循环冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。导致微生物粘泥的存在形式有：附着型生物粘泥（危害最大，难以去除），沉积型生物粘泥（在滞流区或低流速区）和悬浮型生物粘泥（絮状，可用生物滤网法测量）。

藻菌的控制机理：阻止微生物新陈代谢的某些环节，钝化酶的活性；抑制细菌活性数量不能够形成微生物危害；维持循环水系统的洁净度，微生物粘泥不易沉积。

主要控制方法有：

①杀生剂法：

能吸附在细胞壁上，然后扩散到细胞结构中，在细胞质内生成胶态溶液，使蛋白质沉淀失活，达到灭杀水中微生物、菌藻的作用。

分解菌体残骸，杀死芽孢和孢子，控制粘泥生长。