9-10章冷却水及水处理2

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,9,章 水的冷却,冷却水系统 直流式,循环式,混合式,工业生产过程中产热,设备和产品温度升高,须及时冷却,保证生产和产品质量,水,吸收和传热的介质,水温问题,循环水在使用过程中发生,少量水在冷却塔中蒸发损失,盐类浓缩而形成盐垢或称结垢,水中悬浮物发生浓缩,循环水可能受到填料物的污染,还有杂质如有机物、微生物、藻类等进入系统,结垢,、,污垢,、,腐蚀和淤塞,冷却构筑物,降低水温,水质处理,控制结垢、污垢、腐蚀,解决措施,水质问题,循环水系统经常出现,冷却构筑物类型,冷却塔工艺构造,冷却塔工作原理,主要内容,湿球温度（,）代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度，即冷却出水温度的理论极限值。,一般冷却后水温,t,2,比,高,3,5,。,常见类型,干湿式,(,混合式）：热水与空气经干式冷却后，再湿式冷却。,按水与空气触方式分为,冷却构筑物类型,水面冷却池,喷水冷却池,冷却塔,用一般温度计测得的气温,湿式,(,敞开式,),：,水与空气直接接触,，,传热和传质,同时，冷却极限为空气的,湿球温度,。,干式,(,密闭式,),：,水与空气不直接接触,，冷却介质为空气，空气,对流,带走热量，,单纯传热,，冷却极限为空气的,干球温度,。,密闭式（干式）冷却,冷凝水循环利用,水与空气不直接接触,敞开式（湿式）冷却,水与空气直接接触,冷却塔的工艺构造,配水系统,淋水填料,热水分配装置,通风及空气,分配装置,进风口风机,通风筒,均匀配水,增加接触面积,抽吸空气与水接触,其它装置,除水器,集水池,挡风墙,化冰器,进水管,湿热空气与水分分离,回流,冷却塔,及零部件,冷却塔工作原理,蒸发传热,:,以蒸气压差（,P,V,”-P,V,）为推动力,塔顶部,P,V,”- P,V,0,带走水的蒸发潜热,以温度差（,t,i,-t,）为推动力,对流传热：,t,i,”- t 0,热量（显热）从水传入空气,夏、春、,秋？,冬？,最不利条件？,入塔空气是未饱和,浓度差,且温度较水温低,温度差,含湿量,塔底部,循环水降温,热水喷淋在填料层上，沿填料表面或间隙下落，与空气流充分接触。填料将水多次溅散成水滴或水膜，以增加水,气两相的接触表面和接触时间。蒸发传热占,80-90%,。,水、气传热过程,影响循环冷却水水质的因素,循环冷却水水质特点与水处理任务,循环冷却水的基本水质要求,循环冷却水稳定性控制指标,循环冷却水处理,第,10,章 循环冷却水水质处理,影响循环冷却水水质的因素,水质污染,补充水水质不良（溶解盐、溶解气体、有机物）,外来的污染（尘土、树叶、填料等）,系统内部（藻类、微生物等）,循环水的脱,CO,2,作用,空气中,CO,2,少，其分压力低；,水在塔中与空气接触,:,2HCO,3,-,= CO,2,+ CO,3,2-,+ H,2,O,+,Ca,2+,= CaCO,3,(,固,),CO,2,逸出,破坏了碳酸平衡,和碳酸钙的溶解平衡,水垢,污垢或粘垢,循环水的浓缩作用,水量损失,P,蒸发损失,P,1,盐分留存,风吹损失,P,2,渗漏损失,P,3,带走盐分,排污损失,P,4,需要补充新鲜水,补充水的含盐量,S,B, 1,浓缩倍数,水的导电性,腐蚀加快,盐分超过饱和度,结垢,水温变化,水温升高,Ca,2+,、,Mg,2+,、,CO,2,易析出或逸出,提高了平衡,CO,2,的需要量,水温降低水中平衡,CO,2,的需要量降低,且低于水中,CO,2,的量,换热器中,冷却塔中,水,腐蚀,水,结垢,冷却系统中,高温区,结垢，低温区,腐蚀,循环冷却水水质特点,产生沉积物,具有腐蚀性,微生物繁殖,水垢、污垢或粘垢,循环冷却水水质处理任务,防止和减轻水垢（,CaCO,3,),在换热器和设备表面：,传热效率下降,过水断面减少,防止和减轻腐蚀,防止和减轻污垢或粘垢,（有机物、微生物）,在系统中、在补充水中：,传热效率下降,过水断面减少,腐蚀,设备与管道设施等损坏,调节水中,CO,2,、,a(HCO,3,),2,和,aCO,3,的平衡,调节水中,CO,2,、,a(HCO,3,),2,和,aCO,3,的平衡,控制污染、微生物,年污垢热阻,R,：结垢沉积使热交换器,热阻,增加的量。,传热系数的倒数,T,时刻,t,0,时刻,0,腐蚀率,L,：金属每年平均腐蚀深度（,mm/a),。,P,0,-P,腐蚀前后金属重量差,F,接触面积,T,腐蚀作用时间,缓蚀率,：经处理，腐蚀率降低的效果。,C,L0,处理前腐蚀率,C,L,处理前腐蚀率,循环冷却水的基本水质要求,(,表,24-1),微生物繁殖的影响,对水的腐蚀性和沉积物的控制要求,腐蚀率,年污垢热阻,循环冷却水稳定性控制指标,稳定性判别,水质稳定的水,无侵蚀性、不发生碳酸盐沉积结垢的水,水质不稳定的水,有侵蚀性、发生碳酸盐沉积结垢的水,水质稳定处理,基于碳酸平衡原理，控制结垢与腐蚀。,水质稳定处理机理,调整水中,CO,2,、,Ca(HCO,3,),2,、,CaCO,3,的平衡,当水中碳酸钙浓度,其饱和浓度时，碳酸钙沉淀结垢；,当水中碳酸钙含量, 0: CaCO,3,处于过饱和状态，有结垢倾向；,LSI 0: CaCO,3,未饱和，有腐蚀倾向；,LSI = 0:,水质稳定。,循环水的实际,pH,值,循环水为,CaCO,3,平衡时的,pH,值,结垢控制指标：,基于水质稳定，又参照循环冷却水运行经验。,实际运行中，影响结垢与腐蚀的其他主要因素,悬浮固体与有机物浓度高,水温高,水处理药剂（控制结垢药剂）,仅按水质稳定概念解决结垢和腐蚀问题不合适,循环水结垢控制指标,结垢,控制参数,控制指标,CaCO,3,CaSO,4,Ca(PO,4,),2,MgSiO,2,pH,s,溶解度,pH,p,溶解度,pH,0, pH,s,+ (0.5,2.5),Ca,2+, SO,4,2-, 500000,pH,0,pH,p,+ 1.5,Mg,2+, SiO,2, ,Cl,-,的浓度。,4Fe + 3NO,2,-,+ 3H,+,= 2,Fe,2,O,3,+ NH,3,+ N,2,问题？,注意,保护膜,在阳极部位,？,锌盐：,在,阴极,部位形成,Zn,（,OH,）,2,沉淀，起保护膜作用；但对环境有污染，应用受限。,沉淀型缓蚀剂,作用原理,：,与水中溶解离子形成难溶盐或络合物，沉积在金属表面形成保护膜。,聚磷酸盐系列：如聚磷酸钠,与水中的,钙、铁离子,形成聚磷酸钙等，向,阴极,沉积成膜。,要足够,问题？,多孔、松散。,为提高氧的扩散作用，过量投药剂，膜增厚，防腐好，但影响传热。,MBT,（巯基苯并噻唑）：,使金属活化溶解，并与之形成沉积,致密保护膜,铜的阳极缓蚀剂。,吸附型缓蚀剂,作用原理：,利用有机缓蚀剂分子的,亲水基,和,疏水基,形成抑制腐蚀层。,亲水基,吸附在金属表面，而,疏水基,朝向水，形成叠壁，阻止水与水中溶解氧向金属表面的扩散,缓蚀作用。,烷基胺缓蚀剂：,C,16,H,33,NH,2,，,(C,16,H,32,),2,NH,特点：,用量小，无污染。,原理：,使金属表面与循环水隔绝，对控制腐蚀有良好效果。,如,604,环氧树脂与氨基树脂混合,环氧氨基树脂。,涂料可耐高温，且不影响传热效果。,但投资较大，应用较少。,方法二：涂料覆盖,沉积物控制,结垢控制,去除水中结垢成分：软化、除盐；,使产生结垢的成分处于溶解或分散状态,投加阻垢剂或阻垢分散剂；,使结垢成分转化成易于排除的泥渣,结晶改良。,投加阻垢剂或阻垢分散剂：,聚磷酸盐和有机磷酸盐,与金属离子的络合作用拟制其结垢；,与,Ca,2+,、,Mg,2+,螯合，促进水质稳定；,作为分散剂吸附在碳酸钙晶胚表面阻止其结垢；,与管壁垢物螯合使之分散。,吸附或分散作用,提高结垢物质微粒表面的电荷密度，使微粒间排斥力增大，降低微粒结晶速度，使结晶体结构变形而失去桥键作用,不能结垢。,膦酸盐和二膦酸盐。,主要控制循环水中悬浮物和微生物：,化学药剂处理,投加混凝剂,絮凝沉淀,加旁滤,循环水系统外过滤，再回系统中。,旁滤水量为循环水量的,1,5%,污垢控制,微生物控制,水质与环境条件控制：,环境条件，如空气、阳光和水质条件等。,物理场控制技术：,磁化处理法：靠磁场作用使蛋白质和酶变性；,静电水处理：干扰破坏微生物的生长繁殖，并 氧化杀灭其活性。,化学杀菌剂,：,化学杀菌剂,（,a,）,氧化杀菌剂：,Cl,2,、,NaOCl,、,Ca(OCl),2,（,b,）,非氧化杀菌剂：,CuSO,4,控制藻类,同时投加表面活性剂,EDTA,；,有机物，如氯酚等。靠干扰微生物生命过程起控制作用。,复方缓蚀剂、阻垢剂,两种以上药剂配合使用，综合考虑腐蚀、结垢和微生物控制。,常用类型：,Zn,聚磷酸盐,预处理,预膜：,运行前预先在换热器管壁上预先形成完整的保护膜。,预处理过程：,化学清洗剂清洗,冲洗干净,(1),A,系统：,200mg/L,的,Na,2,MoO,4,预膜，在贮水池中投加臭氧，保持剩余臭氧浓度为,0.03,0.10mg/L,，,5d,后将预膜剂换作冷却水。磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。,(2),B,系统：用,20mg/L,的,Na,2,MoO,4,进行预膜，臭氧投加方式为间歇式，每,2d,投加一次，每次,60min,。,表,1,试验管污垢热阻,清洁管热阻,R,1,（,m,2,.K/W,）,极限污垢热阻,R,2,A,2.6310,-4,1.1110,-4,B,2.7410,-4,1.1210,-4,污垢沉积率,mcmmg,/(cm.,月）,腐蚀速率,Fmg/(dm,2,.d),A,27.01,3.73,B,30.32,7.74,表,2,试验管结垢、腐蚀情况,预膜是为了防腐，磁化的主要作用是防垢，而臭氧的杀菌作用最佳，三者可以发挥协同作用。,(1),A,系统比,B,系统缓蚀率更高，原因在于,A,系统预膜剂浓度更高，且连续投加臭氧，,A,系统未预膜片腐蚀速率比,B,系统更低也证实了这一点。,(2),臭氧有效地控制了微生物繁殖，大幅度减少了粘附和垢下腐蚀作用，几乎不产生生物粘泥。,(3),两个系统极限污垢热阻均达到,好,的等级，说明磁化作用使得垢层疏松，传热效率降低幅度较小。阻垢率为,70%,80%,。,防结垢处理,排污量,P,4,：,排污法,减小浓缩倍数,K,方法 排除一部分盐浓度大的循环水,补充一部分盐浓度小的新鲜水,降低循环水中含盐量,使其值,允许值,循环水含盐量,补充水含盐量,适用于,S,B,1,蒸发,风吹,渗漏,排污量,可知：,S,B,越大,P,4,大,不经济,一般,P,4,为,35%,循环水流量,),(,),(,4,3,2,4,3,2,1,P,P,P,S,P,P,P,P,S,B,+,+,+,+,+,2.,降低补充水中的碳酸盐硬度,用软化法,降低,H,C,S,B,满足,:,(H,B,H,分别为补充水和循环水中碳酸盐硬度,),3.,提交水中极限碳酸盐硬度,加阻垢剂,(,聚磷酸盐,),不致使水产生结垢的最高碳酸盐硬度值,微生物腐蚀 微生物是由于微生物的直接或间接地参加腐蚀过程所引起的材料毁坏作用。主要生物相：细菌,、,真菌一般，微生物腐蚀往往与电化学腐蚀作用交积。,厌氧还原菌的腐蚀作用（硫酸盐还原菌）：,-,-,+,-,-,+,+,+,+,+,+,OH,OH,H,O,H,O,H,S,SO,H,2,6,8,8,4,8,2,2,2,2,4,能量,硫酸盐还原菌作用,+8e,-,+Fe,2+,FeS,阴极部位没有自由氧，去极化作用是硫酸还原菌的氢化酶作用,8e,-,3Fe(OH),2,4Fe,+3Fe,2+,FeS,3Fe(OH),2,好氧菌,铁细菌在管内壁形成铁瘤,电化学腐蚀。,氧化剂杀菌：,Cl,2,、,CaOCl,2,、,NaOCl,CuSO,4,表面活性剂（季铵盐）、但易发泡,化学法,傍滤,物理法,防腐：,部分循环冷却水经傍滤后返回循环水系统,重金属含氧酸盐污染环境,铬酸盐不单独使用，而与其他缓蚀剂混合使用，以降低其使用量。,返回,电化学腐蚀,(,以铁的腐蚀为例,),在铁的某个部位,电位低,时，,Fe,溶于水中，形成,阳极,:,氧化反应,(1),中性、酸性水中,(2),若水中无氧,，阴极表面被,H,2,和,Fe(OH),2,覆盖，,Fe,不再与水直接接触，式,(2),反应不再进行,拟制了式,(1),的反应。,金属表面两个部位间存在物理的或化学的差异，导致构成阳极、阴极,腐蚀电极,(3),若水中有氧,在,电位高,的部位发生还原反应,阴极：,Fe,不断溶解于水中,腐蚀。,在碱性溶液中，阴极部位直接产生,OH,-,Fe,腐蚀的必要条件：水、氧,若水中有氧,(3),式,(2),反应还在继续：,推动式,(1),反应进行：,(4),为,Fe( OH),2,Fe(OH),3,创造条件,不断腐蚀,