循环冷却水系统运行分析.docx

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1、循环冷却水系统运行分析循环冷却水系统使用4台100OT/h冷却塔,保有水量约550T,实际循环量为4000Th,现浓缩倍数在1.5-1.6之间，计划运行浓缩倍数在3-4之间，系统材质为铜管、碳钢及不锈钢管，系统未安装监测换热器及挂片，冷却水系统运行温度在28O32C之间。一般当系统处于1.51.6倍浓缩倍数时水质为强腐蚀性水质,冷却水为敞开式系统，极易出现微生物的大量繁殖，控制细菌繁殖在冷却系统中为首要任务，水处理的经验表明，良好的循环水处理及管理，对节约水资源、降低运行费用、减少生产运行检修频率、延长设备寿命具有重要影响，可保证工艺生产装置的安全高效运行。水处理主要是稳定循环水的水质，使冷却

2、水对金属和设备的结垢及腐蚀控制在标准范围内，这就要求我们要有先进的监测水段，随时掌握水质变化，有良好的水质变化预判断能力，提供优异的化学水处理药品及丰富的水处理运行管理经验。一、循环水质的控制1、结垢控制冷却水通过换热器传热表面时，会发生如下反应：Ca2+2HCO3-CaC03+C02十H20Mg2+2HCO3-Mg(OH)2+2C02同时，冷却水通过冷却塔则相当于一个曝气过程，溶解在水中的C02会逸出，水的pH值会升高，此时重碳酸盐在碱性条件下会发生如下的反应：Ca(HC03)2+20H-CaC03+2H20+C032-当水中溶有氯化钙时，还会发生如下的置换反应：CaC12+CO32-CaC

3、O3+2Cl-如水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根将与钙离子生成磷酸钙，其反应为：2PO43-+3Ca2Ca3(P04)2上述一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。碳酸钙等水垢从水中析出的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程，按结晶动力学观点，认为结晶的过程首先是发生晶核，形成少量的微晶粒，然后这种微小的晶体在溶液中由于热运动(布朗运动)不断地相互碰撞，和金属器壁也不断地进行碰撞，碰撞的结果就提供了晶体生长的机会，使小晶体不断变成了大晶体，也就是说要形成碳酸钙层垢，碳酸钙小晶粒在溶液中必须按一种特有的次序集合或排列才能形成。碳酸钙是盐类，有离

4、子晶格，只有当一分子碳酸钙小晶粒以所带正电荷的Ca2+部分向另有分子碳酸钙小晶粒的带负电荷的C032-部分碰撞，才能彼此互相结合，形成较大的晶体，若继续不断地按一定的方向碰撞,就形成了覆盖传热表面的垢层。从CaCO3的结晶过程看，如能投加某些药剂，破坏其结晶增长,就可达到控制水垢形成的目的。2、腐蚀控制金属腐蚀的形式有多种：A、由于不同金属组合在一起而引起的电偶腐蚀电偶腐蚀又称双金属腐蚀或接触腐蚀。当两种不同的金属浸在导电性的水溶液中，两种金属之间通常存在着电位差。如果这些金属互相接触或用导线连接，则内部电位差就会驱使电子在它们之间流动，从而形成一个腐蚀电池。B、由溶解氧引起的氧腐蚀及氧浓差梯

5、度腐蚀由于金属的电极电位比氧的电极电位低，金属受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀，其中金属是阳极遭受腐蚀，氧是阴极，进行还原，反应式如下：阳极过程：M-M2+2e-阴极过程：l202+H20+2e-f20H-C、由卤素离子引起的点状腐蚀(孔蚀)卤素离子尤其是氯离子造成的腐蚀都发生在孔隙或缝隙腐蚀中。在这种情况下金属在蚀孔内或缝隙内腐蚀而溶解，生成Fe2,引起腐蚀点周围的溶液中产生过量的正电荷，吸引水中的氯离子迁移到腐蚀点周围以维持电中性，因此腐蚀点周围会产生高浓度的金属氧化物MC12,之后MC12会水解生成不溶性的金属氢氧化物和强腐蚀的盐酸：MC12+2H2OM(OH)2I+2H+C1-D、细

6、菌腐蚀主要是噬铁菌、噬铜菌、硫酸盐还原菌及硝化细菌等。细菌腐蚀是一种特殊类型的腐蚀，它是由于细菌的直接或间接地参加了腐蚀过程（如使电极电位和浓差电池发生变化）所起的金属毁坏作用。在循环水系统中加入缓蚀剂（又称腐蚀抑制剂），可使金属的腐蚀受到抑制。缓蚀剂的缓蚀机理可从电化学腐蚀抑制和形成金属保护膜两个角度来看。从电化学腐蚀角度看，缓蚀剂抑制了阳极或阴极过程,在金属表面产生极化作用，使腐蚀电流减少，达到缓蚀作用。从成膜理论角度看，缓蚀剂在金属表面上形成一层难溶的保护膜,阻止了循环水中氧的扩散和金属的溶解等作用。药剂合理的配方很重要，水处理药剂，应用在冷却水中会受到水质、物料泄漏、温度、浓缩倍数的影

7、响。3、微生物控制循环冷却水处理除解决腐蚀控制、结垢控制外，第三个问题是水中的微生物控制。A、细菌中的产黏泥细菌是冷却水中最多的有害细菌，在水中它产生一种胶状、黏性的附着力较强的沉积物，这一些沉积物覆盖金属表面，降低了冷却效果，又阻止了阻垢剂和缓蚀剂在金属表面的阻垢、缓蚀作用，形成了沉积物下腐蚀（垢下腐蚀）。细菌中的铁沉积细菌在含铁的水中生长，覆盖在钢铁表面，形成氧浓差腐蚀电池，还从钢铁表面的阳极区除去亚铁离子，使钢铁加快腐蚀。其它还有产硫化细菌、产酸细菌、硫杆菌，将都是腐蚀的原因。B、真菌，如霉菌、酵母二种，它们能吸附在木质、水池壁和换热器上，使药剂与金属表面无法接触而失效，并能产生沉积物下

8、的腐蚀。C、藻类在向阳面将大量繁殖，形成团状或悬浮在水中、或覆盖在金属表面。换热器中其沉积物的垢下腐蚀，将严重威胁着目标换热器，因此控制微生物是水处理过程中的一个重要环节。采用杀生剂。这是控制水系统中微生物生长量有效和常用的方法,杀生剂又称杀菌灭藻剂、杀微生物剂或杀菌剂：能控制水中的微生物腐蚀和微生物粘泥的产生。二、循环水装置的开车1、化学清洗一个循环水系统在开始使用时，须进行清洗。因为设备和管道在安装过程中难免有一些微生物及生物粘泥、空气尘埃物、少许水垢及部分腐蚀产物，这些杂质如不清扫、冲洗干净，将会影响设备运行，加速悬浮物的沉积。已投入运行的循环水系统，在使用较长一段时间后，当水质处理不够

9、理想时，会使换热器传热表面上沉积下列一种或几种物质，如碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐等硬垢以及金属氧化的腐蚀产物，菌藻滋生的粘泥等。即使水质处理较好时，循环水经过较长期的运转后，浊度也会大大提高，这是因为循环水浊度的变化受到补充水浊度和空气灰尘等因素的影响。因此，化学清洗对新系统来说，可以提高镀膜效果，减少腐蚀和结垢的产生。对已投入使用的老系统来说，可以保证长期安全运行，较低的操作费用，减少维修时间，节约能量，延长设备使用寿命等，因此在水质处理过程中，必须给以足够的重视。目前，国内外关于清洗的方法有很多种，一般可分化学清洗和物理清洗两大类。化学清洗就是利用酸、碱或有机螯合剂、分散剂等化学药剂，

10、通过化学作用将附着的水垢、污泥等沉积物溶解清洗干净的方法。2、化学预膜设备冷却水系统经化学清洗后其管道及设备金属表面非常活泼,极易受空气和水中的氧气等腐蚀因子的侵蚀，若不及时采取钝化措施，会给金属带来比不清洗更为严重的后果。预膜处理的目的是希望在金属表面上能很快地形成一层保护膜,以提高缓蚀剂抑制腐蚀的效果。三、循环水装置的正常运行维护系统经清洗、预膜结束后即转入日常运转。根据循环水系统的特点，选用合适的水处理药剂，并采取如下措施，来保证循环水系统正常运行：1、严格工艺管理，提高指标合格率循环水处理，表面看似简单，加入各种缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂就行了，可是，真正要把腐蚀、结垢、微生物控制好却不是

11、一件容易的事，因为水质变化大，影响因素多。关键是，一旦出问题，无论腐蚀也好，结垢也好，却是不可逆的。循环水出了问题，有持续性、不可逆性，发生了腐蚀、结垢，只会恶性循环，情况越来越糟，不可能把被腐蚀的金属还原；生成的水垢，要全部清除它，溶解它，也很难办到。所以，在管理上就要尽量避免这些不可逆的因素发生，防患于未然。我们采取以下措施来保证循环水处理处于优良状态：a）坚持分析监测制度。规定对水质指标作现场分析，再由公司化验室每周抽样一次，其中还包括对当天所留水样的复查，以确保分析的准确可靠性。b）重视人工可调指标的执行和考核（药剂浓度、余氯、碱度），对关键操作实行工序管理。我们将水处理药剂投加作为工

12、序管理点进行质量管理，以确保药剂浓度指标合格。c）工艺指标合格率、分析差错率及工序能力都纳入考核范围。2、优化水处理配方，调节好水质水质处理包括二方面：一是药剂配方，缓蚀、阻垢、杀菌哪个都不能偏废；二是水质指标的调整，除了药剂外，水质也有对腐蚀、结垢起作用的指标，如浊度、PH、碱度、钙离子、氯离子等，必须将水质标准调节到药剂配方要求的范围，即要重视前者又要重视后者。其实，后者相当重要，药剂对浊度、碱度、Ca2,Fe3+的敏感程度、溶解度都不一样。3、注意收集分析各种信息，不断改进工作水质对冷却设备的影响是缓慢地，往往不引起人们的重视，一旦出现问题。几乎没有什么高效的方法可纠正。因此，必须重视对

13、各种信息的收集，做到防微杜渐，预先处理。系统发生腐蚀、结垢，在水质指标中总会有所反映，尽管这种反映是细微的，容易被忽略。如水中总铁浓度上升甚至居高不下，说明系统产生了腐蚀；水中的浊度、异养菌、粘泥、正磷上升，或Ca2+与其他离子浓度比例失调，都说明系统可能有沉积发生和有微生物问题。冷却循环设备大、小修时，换热设备打开进行检查，更是检验水处理效果难得的机会。当换热设备打开时，需要仔细观察设备是否有腐蚀、结垢、生物粘泥的问题存在，这是对水处理效果的真正判断。有时在可能的情况下，专门开一两台设备供检查以取得可靠的信息。对所取垢样进行分析，也能帮助判断出问题所在。4、注意工艺条件对水处理效果的影响循环

14、水是用于换热设备的冷却介质，其引起腐蚀、结垢等问题与设备本身的工艺条件也有很大关系，特别是工况设计低流速、温度高的设备，影响更为显著。这就是同一循环水系统中，不同工况的设备，其腐蚀或结垢倾向表现出很大不同的原因之一。5、浓缩倍数管理循环水的含盐量与补给水含盐量之比为浓缩倍数。这是循环水处理中的一个重要的技术经济指标。控制方法是严禁任意排水，乱接水管，使系统密闭循环。发现漏水及时处理。设计浓缩倍数3.0,在设备循环系统使用初期，热负荷偏低时难以达到，控制在设计指标（浓缩倍数为3.0）。随着设备冷却系统逐步正常使用，浓度倍数逐步提高达到设计能力时浓缩倍数可达4.0-5.0倍。由于循环水浓缩倍数不仅

15、是水质指标，也是运行的经济指标。根据循环水系统水量平衡：M=E+B式中，M为补水量；E为蒸发量；B为全排污量。蒸发量E是循环水量、进出塔水温差、蒸发潜热的函数。排污量B=E/(K-I)式中，K为浓缩倍数。补水量M=E+B=E+E/（K-I）由这些公式可计算出补水量、排污量与浓缩倍数的关系补水量、排污量与浓缩倍数的关系表浓缩倍数1.51.82.03.04.05.06.07.0补水%5.24.7排污%3.42.3量与3.52.62.3量与1.70.80.5循环量2.22.12.0循环量0.40.30.2从上表可以看出，随着浓缩倍数提高，补水量和排污量逐渐下降,意味着加药量也减少，用于水处理的成本（水+药）也下降。因此，在保证水处理效果优良的条件下，适当提高浓倍数是水处理工作中的一个重点。水处理浓缩倍数的管理思想是：在保证水质质量的条件下，尽可能提高浓缩倍数运行。正如前面所述，水质指标不好，比如水中因腐蚀产生的总铁离子高、菌藻引起的浊度、粘泥高，或其它的原因造成的某指标超标，不得不排污，降低了浓缩倍数。所以，在水质管好的前提下才能提高浓缩倍数。只有这样才能为循环水运行管理建立一套完整有效的水处理方案。6、补给水的水质管理补给水水质发生变化也会影响循环水水质，补给水PH、悬浮物、总铁、氯离子等超过规定指标时，将会造成循环水水质变化，甚至恶化。7、正常运行阶段水处理技术的关键