循环冷却水处理基础概念

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,循环冷却水处理基础概念,李飞雁,2006年6月5日,循环冷却水处理,水的基本知识,水，是极性分子,溶解能力很强,O,-2,H,+,H,+,d,+,d,-,水中的主要物质,阴离子：SO,4,-2,Cl,-,HCO,3,-,SiO,3,-2,etc,阳离子：Ca,2+,Mg,2+,Na,+,K,+,Fe,2+, etc,溶解气体：O,2,CO,2,etc,有机物：微生物，油脂等,悬浮颗粒：泥沙胶体等,水中阴离子的总当量数和阳离子的总当量数相等,水质分析项目及含义,电导率,总碱（M碱度）,pH,硬度,钙硬,浊度,总溶固,电导率,电阻率的倒数称为电导率，单位是,s/cm,2,电导率仅决定于水中离子的多少和性质。代表了水中的含盐量,因此电导率越高水中含盐量越高。,表示水中含盐量的另一单位是总溶解固体（TDS），其单位是ppm,对普通水、炉水、冷却水在,20,o,C 、 pH 中性情况下，TDSppm0.7电导率,s/cm,碱 度,碱度指水中能与强酸发生中和反应物质的总量。,一般水中碱度由氢氧化物、碳酸盐、重碳酸盐组成，称为总碱度。,总碱度在甲基橙指示剂变色的等当点时所需的酸量, HCO,3,-,+ CO,3,2-,+ OH,-,M碱度,碱度只存在于pH=4.3以上,pH,pH = - log,10,(H,+,mol/l),pH是水中氢离子浓度的负对数,硬度,一般将水中钙、镁离子称作硬度，钙离子叫钙硬度，钙、镁离子总量叫总硬度。,硬度分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。,总硬度与总碱度之差叫负硬度。,浊度,浊度是表示水中的悬浮物及胶体对光透过时所发生的阻碍程度,浊度根据测量方法的不同分为三种,直射光测定：单位为ppm,折射光测定：单位为 FTU,散射光测定：单位为 NTU,浊度的各单位间无法进行换算,指水中溶解物质的总量。它也可以理解,为水中的含盐量。,溶解于水中的盐类，阴离子的总当量数,和阳离子的总当量数相等。,总溶固,水中碳酸盐平衡,H,2,O +CO,2,H,2,CO,3,H,+,+HCO,3,-,H,+,+ CO,3,-2,PH与碳酸盐平衡密切相关,PH的变化会引起各类碳酸盐比例变化，外界引起某种碳酸盐的浓度变化也使PH变化,循环冷却水处理,循环水系统类型,循环水系统中要解决的问题,循环水处理效果的评价,水处理方案的实施,纳尔科的水处理,循环水处理常见问题及处理,循环冷却水系统类型,一次冷却系统,闭路循环冷却水,冷冻水系统,热水系统,敞开式循环冷却水,循环冷却水系统中的问题,腐蚀,微生物,结垢,微生物,循环冷却水的腐蚀及其控制,腐蚀的定义,腐蚀是金属转变成金属氧化物的过程,阳极：Fe,Fe,2+,+2e,阴极：2H,2,OO,2,4e,4OH,-,金属在水中的腐蚀是电化学腐蚀,e,-,e,-,e,-,Fe,x,O,y,OH,-,OH,-,O,2,铁腐蚀微电池,H,2,O,H,2,O,H,2,O,O,2,Fe,2+,阴极（氧减少）,阳极（金属流失）,腐蚀的常见类型,腐蚀的形式：根据腐蚀时腐蚀面积的大小，可分为以下几种,一般腐蚀,局部腐蚀,点蚀,电偶腐蚀,氧浓差腐蚀,不锈钢应力破裂,影响腐蚀的因素,pH （碱度）,温度,水的流速,含盐量,腐蚀性气体,微生物,pH对腐蚀的影响,腐蚀的危害,腐蚀产物成为软垢的一部分，增加软垢,损坏设备,缩短设备寿命,增加维修费用,腐蚀的控制,使用耐腐蚀材料，不易被氧化,在金属表面形成耐腐蚀层，隔断与水的接触。,采用阴极、阳极保护。,使用缓蚀剂，对金属进行钝化。,避免不同金属的直接接触。,常用的缓蚀剂,缓蚀剂是在金属表面形成一层膜，隔离金属与水的接触而达缓蚀目的。,缓蚀剂的类型有沉淀膜型、氧化膜型、金属离子沉淀膜型、吸附膜型。,常用缓蚀剂,沉淀膜型,聚磷酸盐(六偏磷酸钠 三聚磷酸钠 ） 正磷酸盐 焦磷酸 有机磷酸盐 锌盐 硅酸盐,氧化膜型,如铬酸盐 钼酸盐 亚硝酸盐 钨酸盐,金属离子沉淀膜型,苯并三氮唑 （BTA) 甲基苯并三唑 (TT) 巯基苯并噻唑(MBT),冷却水中的沉积物及其控制,水中常见沉积物：水垢、污泥、生物粘泥,水垢是水中的溶解盐类结晶析出沉积在金属表面的物质（主要是硬度成分）。,污泥是泥沙微生物残骸黏土胶体等沉积物,生物粘泥是专指以微生物代谢物、残骸及菌团形成的沉积物,垢形成的原因,水中所含盐类本身溶度积很小。,循环水温度高，成垢盐类的溶解度随温度的上升而下降,水在暴气过程pH上升，盐类溶解度下降,水被浓缩后，离子浓度上升，超过溶度积，并超过过饱和度。,钙、镁、钠离子的溶解度对照,水的结垢性判断,Langlier饱和指数、Ryznar稳定指数,饱和PH,s,的计算,PH,s,=PK,2_,- PK,ps,+PCa,+2,+P碱度,饱和指数PH PH,s,0 有碳酸钙沉积趋势,=0 既无沉积又无腐蚀,0 腐蚀,Ryznar稳定指数2 PH,s,PH,水的结垢趋势判断（续）,稳定指数,水的趋势,9.0,不允许的腐蚀,结垢的危害,阻碍热交换器的热传导效率,降低水流量甚至堵塞管路或换热器,引起垢下腐蚀,增加能耗和维修费用,结垢引起的制冷机能耗,制冷量（冷吨）：300制冷效率（千瓦/冷吨）0.55,电费（元）：1循环量（吨/小时）200,作业时间（小时/天）：24年作业日：365,垢厚度增加能耗增加 费用（元/年）,0.01英寸/0.25毫米10%144,540.00,0.02英寸/0.5毫米20%289,080.00,0.03英寸/0.75毫米30%433,620.00,0.04英寸/1毫米40%578,160.00,微生物能量标准导热率,菌膜是比碳酸钙更好的绝缘体:,结垢形成机理,离子浓度超饱和生成沉积物分子,有结晶核可使结晶生成,碰撞接触增多使结晶长大,结晶长大后形成沉积，附着金属表面,阻垢分散剂作用原理,阀值效应（Threshold),阻垢分散剂控制垢沉积，并非按化学当量进行。,几个ppm药剂能控制几百个ppm的钙离子。,阻垢剂 作用原理,螯合作用,晶格崎变,分散作用,晶格畸变,常用阻垢分散剂,含膦酸基团的有机化合物，兼有阻垢缓蚀性能 常用的有膦酸盐 膦酸酯等,聚羧酸类水溶性聚合物,丙稀酸的聚合物 马来酸的聚合物,污泥,污泥是水中的悬浮物尘粒、微生物残骸、油等沉积而成。,污泥通常沉积在水流慢的地方,表面粗糙处,有粘性的地方,污泥和生物粘泥的危害,非常类似于结垢,为结垢提供晶核,为微生物生长提供条件,堵塞管道,污泥生物粘泥的控制,良好的缓蚀、阻垢和微生物控制方案可适当减少污泥、粘泥,物理(旁滤，在线过滤等)和化学方法相互配合,旁滤装置,旁滤装置的过滤量通常为循环量的5,循环水中微生物及控制,微生物种类,细菌,真菌,藻类,微生物的危害,微生物引起的粘结物导热性差难以清除,生物粘泥导致垢下腐蚀。,微生物引起金属的腐蚀,直接引起金属腐蚀（铁细菌、硫酸盐还原菌）,产酸类细菌（硫杆菌、硝化菌）,微生物的控制方法,常用杀生剂,氧化性杀生剂,非氧化性杀生剂,生物分散剂,氧化性杀生剂,卤素及卤酸盐,臭氧,二氧化氯,氯化异氰尿酸,卤素类杀生剂在水中的反应,X = Cl, Br, or I,X,2,+ H,2,O HOX + HX,HOX H,+,+ OX,-,ActiBrom,-,更好的氧化性杀菌剂,HOBr,H,+,+ OBr,HOBr + NH,3,H,2,NBr + H,2,O,HOBr + H,2,NBr,HNBr,2,+ H,2,O,HOBr + HNBr,2,NBr,3,+ H,2,O,pH对杀生剂活性的影响,pH,6.0,6.5,7.0,7.5,8.0,8.5,9.0,9.5,10.0,% HOCl or HOBr,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,Log Kill (cfu/ml),0,1,2,3,4,5,6,Chlorine Kill,Bromine Kill,Halogens,非氧化性杀生剂,季胺盐 酰胺,有机硫,异噻唑啉酮,醛类,生物酶制剂 生物分散剂,异噻唑啉酮,作用目标：所有的好氧菌和厌氧菌，藻类、真菌,与微生物细胞内的蛋白质或酶的硫基发生反应,反应速度：慢（412小时）但持续作用时间长,N7330杀生示意图,-SH groups,-,NH,2,groups,Cell wall,Cytoplasmic,membrane,Coagulation,-COOH groups,N-7330,DNA,杀生剂使用注意事项,药剂浓度、加药周期,不同药剂交替使用,季节因素,药剂的相容性,循环冷却水系统的运行,循环水系统运行参数,循环量,蒸发量,补充水量,排污量,保有水量,温差,浓缩倍数,参数间近似计算公式,E=,R,T,/,B=E/(K-1),M=EB,蒸发,排污,补充水,冷却水系统的运行管理原则,尽可能高的浓缩倍数,保证处理效果的情况下尽量提高浓缩倍数，节约用水，降低水处理成本,良好的缓蚀、阻垢和微生物控制（化学处理）,保证设备使用寿命、延长检修周期,保持能耗水平,浓缩倍数,浓缩倍数循环水离子浓度/补充水离子浓度,补充水量/排污量,浓缩倍数代表水的再利用率,浓缩倍数的产生,补充水,循环水,蒸发,排污,浓缩倍数与补水、排污量的关系,浓缩倍数,1.5,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,M/R,%,5.2,3.5,2.6,2.3,2.2,2.1,2.0,B/R,%,3.4,1.7,0.8,0.5,0.4,0.3,0.2,控制浓缩倍数的意义,提高浓缩倍数，补水、排污量下降，节约用水，降低药剂成本,浓缩倍数与腐蚀结垢控制有直接关系,浓缩倍数的控制方法,控制排污水量（水表控制）消除直排水和泄漏,控制循环水电导率或离子浓度,循环冷却水的化学处理,合适的缓蚀剂防止腐蚀,合适的阻垢剂防止结垢,合适的分散剂防止粘泥垢,合适的杀菌剂控制微生物生长,保持稳定的药剂浓度,自动化的加药设备,随时检测系统中药剂浓度并根据需要补充投加药剂的模式,实施自动化加药的原因,由于循环水的运行和处理为一连续的过程，因此，化学水处理也必须适应该过程,药剂投加量过多或过少均会对系统造成有害的影响及浪费,人工加药浓度波动大，有安全方面的问题,普通的自动加药设备,补充水,回系统,1,2,3,排污/取样,控制效果,USL,LSL,TRASAR/电导率控制自动加药,2,1,排污/取样,补充水,回系统,110 ppm,TRASAR,1255 umhos,7.35 pH,排放,是一种用于自动加药控制和系统诊断的荧光示踪技术,Excitation,Emission,荧光产生的原理,TRASAR,Scale/corrosion inhibitor,Polymer,TRASAR,因子是一种添加在纳尔科化学品中的荧光物质,Product Dosage,Fluorescence Intensity,0,40,80,60,20,100,TRASAR的荧光强度与化学品浓度保持一致,处理效果,USL,LSL,水处理效果的评定指标,腐蚀监测腐蚀率,方法：在线直读腐蚀率仪腐蚀挂片测试； 监测换热器管,标准：（碳钢）,国标：小于0.125毫米/年（5 mpy）,中石化：化工0.075,炼油0.1毫米/年,纳尔科：小于0.075毫米/年（3 mpy）,黄铜：0.004毫米/年,不锈钢0.002毫米/年,水处理效果的评定指标（续）,沉积速率（粘附速率）,方法：监测换热器管,国标：结垢速率20MCM（mg/ cm,2,.月）,中石化：化工15MCM,炼油20MCM,在线污垢热阻仪测试,污垢热阻310,4,m,2,小时。C/千卡,水处理效果的评定指标（续）,微生物控制,细菌总数:,标准：小于10,5,个/毫升,生物粘泥量：,标准： 5 ml/m,3,中石化: 化工 3ml/m,3,炼油 5ml/m,3,Legionella:军团菌：10（新加坡）0.1(英国）,国内水处理简介,药剂使用情况,加药方式和监测,药剂供应,存在问题,循环水系统设计不合理,水处理效果不够好,浓缩倍数不高,自动化程度低,国内水处理急需解决的问题,节省用水,提高水处理效果,加药及管理自动化,纳尔科的水处理特点,完善的水处理理论,多年研究并不断发展的产品系列,先进的监测控制技术,WELCHEM:自动控制电导率排污,NCM100:在线腐蚀率监测,TRASAR3000&3D TRASAR：在线自动监测、控制加药,针对客户条件专门制定的水处理方案,适合不同水质情况的多样化的水处理化学品,纳尔科的水处理特点（续）,现场专家服务,服务体系六个服务标准,人员调查，系统调查，方案操作手册，服务计划，服务报告和业务总结,应急服务,技术支持,苏州、新加坡和美国的实验室和研究中心,电子 通讯,设计水处理方案要点,了解用户情况,水质数据（包括丰水、枯水期）,循环水系统工况,装置的工艺条件,现有水处理设施,水处理管理情况,用户存在的问题,实施化学水处理方案的要点,有针对性的水处理方案,适当的加药方式,自动加药、加药量平稳,必要的监测手段,监测指标和一定的频率,控制,及时调整各个指标确保受控,故障排除,准确的判断问题和解决问题。,水处理方案的实施步骤,清洗预膜,清洗预膜注意事项,水质的浊度、总铁,PH值,钙离子浓度,其它,水处理方案的实施步骤（续）,常规处理,常规处理任务是控制好水质指标,需控制的水质指标如下（,控制指标根据 选定的处理方案定）,需要监测控制的水质项目,项目,单位,指标,项目,单位,指标,PH,总磷,ppm,电导率,S/cm,2,正磷,ppm,浊度,ppm,溶锌,ppm,钙硬度,ppm,总铁,ppm,总硬度,ppm,余卤,ppm,总碱度,ppm,细菌总数,个/ml,氯离子,ppm,浓缩倍数,水质控制指标与腐蚀、结垢的关系,PH,药剂浓度,浊度,总铁离子,钙硬度和总碱度,氯离子,余卤,细菌总数,浓缩倍数,冷却水处理常见问题的判断和处理,腐蚀问题,状况 ：监测的腐蚀速率超标，挂片呈局部腐蚀或点蚀明显。；水中总铁浓度持续升高；现场换热设备布满锈瘤，有泄漏，垢样分析表明氧化铁成分占7080。,建议的处理方法：,检查水质指标指标合格情况。缓蚀剂浓度、碱度、Ca+2 、Cl、异养菌等指标是否不合格项多，及时纠正。确认指标合格的情况下再考虑修改配方：增加缓蚀剂用量；增加药剂中抗点蚀的成分；提高水的碱度指标；加强对微生物的杀灭。,结垢,现状：监测的粘附速率超标；换热设备超温，结垢堵塞；循环水中Ca+2 与其他离子比例失调；垢样分析表明CaO、P2O5 、CO2占百分比大。,建议的处理方法：,检查循环水中 碱度Ca+2 是否超标、粘泥量是否超标；加药不及时或分散剂少加；工艺条件是否变化；进水阀门开度小，水量不足；浓缩倍数过高；对症处理。增加阻垢分散剂的量或更换高效的阻垢分散剂；调低循环水中 碱度Ca+2 的控制指标；加酸降低PH和碱度（碱性配方也要加酸）；适当降低浓缩倍数。,微生物引起的问题,现状：监测的粘附速率超标，粘泥量超标、异养菌或铁细菌、硫酸盐还原菌超标；循环水发黑、臭，有菌藻团；换热器管内有滑腻沉积物。,建议的处理方法：检查加氯（卤）合格率，每日加氯（卤）量是否足够；若是用非氧化杀生剂则检查加药间隔周期是否太长；工艺物料有否泄漏。纠正措施：加强加氯（卤）管理，提高合格率，不定期交替使用非氧化杀生剂；进行粘泥剥离的强化处理。,冷却水处理常见问题的判断和处理（续）,冷态期的问题,特点：热负荷小，浓数倍数低 ，系统不 稳定,问题：腐蚀,处理方法：强化防腐处理,问 题 ？,