关于循环水.docx

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关于循环水

目录

敞开式循环水冷却系统1

循环冷却水的概念2

密闭式循环水冷却系统2

工业循环冷却水处理术语4

循环冷却水的几种处理方法10

工业循环冷却水处理物理方法12

工业循环冷却水处理化学方法16

循环冷却水中产生的问题19

循环冷却水的腐蚀与结垢20

阻垢剂在循环水系统中的应用21

循环冷却水节水技术23

循环冷却水旁流处理工艺23

循环冷却水旁滤池节水技术24

提高循环冷却水浓缩倍数24

提高循环水浓缩倍数的措施25

稳定循环冷却水水质28

敞开式循环水冷却系统

敞开式循环水冷却系统可分为以下3类：

1.压力回流式循环冷却系统

此种循环水系统一般水质不受污染，仅补充在循环使用过程中损失的少量水量。

补充水可流入冷水池，也可流入冷却构筑物下部。

冷水池也可设在冷却塔下面，与集水池合并。

2.重力回流式循环水冷却系统

此系统中，冷却塔的位置高於生产车间或制冷设备，经冷却塔冷却的水，以重力流流入生产车间或制冷设备，进冷却塔的热水由循环水泵提升。

重力回流式循环水冷却系统

3.需要经处理的循环水冷却系统

从生产车间或制冷设备出来的热水需设置净化或水质稳定处理构筑物进行处理，处理後的热水再流入热水池，经热水泵提升送入臭氧发生机冷却塔冷却。

冷水泵再从冷水池抽水送入生产车间或制冷设备。

此系统水经二次提升，多数为压力回流式。

在有条件的情况下，也可布置成重力回流式，以减少面积和设备，节省能耗。

循环冷却水的概念

循环冷却水是指通过换热器交换热量或直接接触换热方式来交换介质热量并经冷却塔凉水后，循环使用，以节约水资源。

一般情况下，循环水是中性和弱碱性的，pH值控制在7-9.5之间；在与介质直接接触的循环冷却水的有酸性或碱性（pH值大于10.0）的情况，一般较少。

循环水处理方式有：

软化法处理；水质稳定剂法处理；物理方法处理等。

目前在大型循环水系统中多以投加水质稳定剂方法处理。

选择什么样的处理方法要看循环系统的具体情况而定，多种方式联用是最好的处理方法。

循环水的冷却是通过水与空气接触，由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。

⑴蒸发散热：

水在冷却设备中形成大大小小的水滴或极薄的水膜，扩大其与空气的接触面积和延长接触时间加强水的蒸发，使水汽从水中带走气化所需的热量从而使水冷却；

⑵接触散热：

水与较低温度的空气接触，由于温差使热水中的热量传到空气中，水温得到降低；

⑶辐射散热：

不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。

密闭式循环水冷却系统

1.具有辅助喷淋装置的半密闭型循环水冷系统

作为常规工业设备的水冷,往往对循环水的纯度没有很高的要求,所以可以取消水纯化系统。

下面为一个用于北京某玻璃厂真空镀膜机的水冷系统。

该厂原来采用传统的自来水直流的方法对真空镀膜机进行水冷却,不仅耗水量大,且管路及设备锈蚀严重,经常造成堵塞;在高温潮湿季节,还常常发生水温超标现象。

采用密闭式水冷循环系统对其中一个车间进行了改造,该系统没有电绝缘要求,所以采用一般的去离子水作为冷却液。

但由于该设备对水温要求较严,我们增加了一套由水槽、水泵和喷淋器所组成的辅助的淋水装置。

当气候湿热以致单纯的风水换能不能满足散热要求时将其投入,此时水槽中的去离子水或软化水,经水泵均匀地喷在换热器表面上,在风机作用下被气化,从换热器表面带走了大量的气化热。

喷淋的投入时间是根据循环水温自动控制的。

由于未被蒸发的水被水槽回收继续使用,大大减少了水的消耗。

这套密闭式冷却循环设备从1998年春起用后,被冷却设备没有出现因管路腐蚀及微生物寄生造成的堵塞,并且即使经过长时间运行后水仍很清澈。

混合式循环水冷却系统

2.风冷和制冷机混合型密闭循环水冷系统

当被冷却对象所要求的工作温度较低时,可采用风冷与制冷机相结合的方式实现密闭式循环水的冷却。

在气温低时,可主要依靠风冷降温;气温较高时,则主要依靠制冷机组降温。

下图为这种系统的方框图,系统中用一个半密封式储水罐来代替缓冲补水罐,利用温控系统,自动调整制冷机组的投入时间和风机的启停,从而达到精确控温的目的。

冷却循环水采用去离子水,以保证水路不锈蚀、不结垢、不堵塞。

此类系统已被中国科学院人类基因分析实验室等若干重要实验室和医院采用,收到良好效果。

风冷与制冷结合的水冷系统

工业循环冷却水处理术语

   1.循环冷却水reCirCulaTinGCoolinGWaTer

           经换热而返回冷却构筑物降温，并经必要的处理后，再循环使用的冷却水。

       2.直流冷却水onCeThrouGhCoolinGWaTer

           在冷却过程中，只使用一次就被排掉的冷却水。

       3.直接冷却水direCTCoolinGWaTer

           与被冷却物质直接接触换热的冷却水。

       4.间接冷却水indireCTCoolinGWaTer

           与被冷却物质通过换热设备间接换热的冷却水。

       5.补充水makeupWaTer

           循环冷却水系统中，由于蒸发、风吹、渗漏和排污损失，而需不断补充的水。

       6.旁流sidesTream

           从循环冷却水中分流出来，经适当处理后，再返回系统。

       7.排污BloWdoWn

           在冷却水系统中，为避免由于蒸发而产生盐类的过量浓缩，必须排掉的水。

       8.循环冷却水系统reCirCulaTinGCoolinGWaTersysTem

           冷却水换热并经降温，再循环使用的给水系统，包括敞开式和密闭式两种类型。

       9.直流冷却水系统onCeThrouGhCoolinGWaTersysTem

           冷却水只使用一次即被排掉的给水系统。

       10.敞开式循环冷却水系统openedreCirCulaTinGCoolinGWaTersysTem

           冷却水换热后，借水的蒸发作用得到降温，再循环使用的给水系统。

       11.密闭式循环冷却水系统

           ClosedreCirCulaTinGCoolinGWaTersysTem冷却水（通常为软化水或除盐水）在密闭的系统中换热，通过空气换热设备或水—水换热设备降温，再循环使用的给水系统。

       1.阻垢scaleinhibiTion

       利用化学的或物理的方法，防止换热设备的受热面产生沉积物的处理过程。

       2.缓蚀CorrosioninhiBiTion

       抑制或延缓金属被腐蚀的处理过程

       3.防腐蚀CorrosionprevenTion

       泛指防止各种材料在各种环境中被腐蚀的处理过程。

       4.浓缩倍数CyCleofConCenTraTion

       循环冷却水中，由于蒸发而浓缩的溶解固体与补充水中溶解固体的比值，或指补充水流量对于排污水流量的比值。

、

    5.系统容积volumeTriCConTenTofsysTem

       在敞开式循环冷却水系统中冷却水容量的总和。

包括系统中换热设备、冷却塔、水池、管道和水泵等设备在运行过程中所有水量的总和。

       6.饱和指数saTuraTionindeｘ，LanGelierindeｘ

        由理论推导公式得出的一个指数，以定性地预测水中碳酸钙沉淀或溶解的倾向性。

以水的实际pH值减去其在碳酸钙处于平衡条件下理论计算的pH值之差来表示。

       7.稳定指数sTaBiliTyindeｘ，Ryznerindeｘ

        由经验公式得出的一个指数，以相对定量地预测水中碳酸钙沉淀或溶解的倾向性。

以水在碳酸钙处于平衡条件下理论计算的pH值的两倍减去水的实际pH值之差来表示。

       8.冷却水处理CoolinGWaTerTreaTmenT

       泛指冷却水在系统内的各种处理。

一般包括控制结垢、污垢、腐蚀和微生物繁殖的处理。

       9.旁流水处理sidesTreamTreaTmenT

       为控制循环冷却水水质不超过规定的指标，对系统中的旁流水进行的处理。

包括旁流过滤、软化和去除某种离子或其他杂质的处理。

       10.补充水处理makeupWaTerTreaTmenT

       对循环冷却水系统的补充水进行的处理。

除了通常为去除水中悬浮物和胶体的沉淀、过滤处理以外，还可以包括杀菌、除藻、软化或除盐和除气等处理。

       11.加酸处理aCidifiCaTion

       阻垢的一种方法。

一般用硫酸。

冷却水中加硫酸后，可使水中碳酸钙转化为溶解度较高的硫酸钙，以防止产生碳酸钙沉淀。

       12.菌藻处理miCroBioloGiCalConTrol

       在冷却水系统中，为控制水中细菌和藻类的繁殖而引起金属腐蚀与生成粘泥的处理。

       13.旁流过滤sidesTreamfilTraTion

       对循环冷却水系统的旁流水进行过滤处理。

简称旁滤。

       14.预膜prefilminG

       紧接冷却水系统清洗之后，投入预膜剂运行，使换热设备管道的金属表面形成一层覆盖完整的保护膜的操作过程。

       15.降解deGradaTion

       物质受生物作用引起的分解。

       16.监测试片moniTorinGCoupon

       在冷却水系统中或试验室条件下，为获取腐蚀或沉积现象的资料所采用的标准试片。

       17.腐蚀试片CorrosionCoupon

       在流动的冷却水中，用来测试水的腐蚀性的监测试片。

药剂        

       1.阻垢剂sCaleinhiBiTor

           阻碍或延缓水中不溶盐类沉积的药剂。

       2.分散剂dispersanT

           使水中析出的微粒悬浮分散的药剂。

       3.缓蚀剂CorrosioninhiBiTor

           抑制或延缓金属腐蚀过程的药剂。

       4.杀生物剂BioCide

           用以杀死水中生物的药剂。

        5.预膜剂prefilminGaGenT

           用于循环冷却水系统，使金属表面形成保护膜的药剂。

       6.剥离剂sTrippinGaGenT

           能将微生物及其生成的粘泥从换热设备的金属表面或冷却塔壁上剥离的药剂。

       7.表面活性剂surfaCTanT

           能显著降低液体表面张力的药剂。

       8.消泡剂defoaminGaGenT

           用于消除水处理过程中所产生的泡沫的一种表面活性剂。

       1.结垢sCale

           由于水中的微溶性盐类沉积在换热面上而形成的垢层。

       2.污垢foulinG

           冷却水系统中，任何不溶解物质的聚集。

       3.生物粘泥slime，BioloGiCalfoulinG

           由微生物及其产生的粘液，与其他有机的和无机的杂质混在一起，粘着在物体表面的粘滞性物质。

       4.污垢热阻foulinGresisTanCe

           换热面上沉积物所产生的传热阻力。

       5.生物粘泥量slimeConTenT

           采用生物过滤网法测定的循环冷却水中所含粘泥的浓度。

       6.腐蚀Corrosion

           各种材料受环境介质作用而变质破坏的过程。

冷却水处理中，主要指金属表面受电化学或微生物作用所引起的破坏。

       7.全面腐蚀（均匀腐蚀）GeneralCorrosion

           在整个金属表面上基本上是均匀的腐蚀。

       8.局部腐蚀loCalizedCorrosion

           集中在金属表面某些部位的腐蚀。

       9.垢下腐蚀underdeposiTCorrosion

           金属表面沉积物下产生的腐蚀。

       10.点蚀piTTinG

           金属表面相对地集中在一个很小部位的局部腐蚀。

       11.腐蚀率CorrosionraTe

           单位时间内，单位面积上金属材料损失的重量，或单位时间内，金属材料损失的平均厚度。

       12.点蚀系数piTTinGfaCTor

           金属材料或腐蚀试片的最大点蚀深度与以重量损失计算的表面平均损失深度的比值

磷系药剂缓蚀阻垢机理、

1阻垢机理

        在冷却水系统中或其他受热面上的结垢都包含有盐类结晶的析出，因此，以下三个晶体形成的步骤会影响垢的形成：

a形成过饱和溶液；b生成晶核；c晶核生长，形成晶体。

若此三个条件中有一个遭到破坏，则成垢的过程即被抑制或减缓，阻垢剂的作用就是控制这些步骤中的一个或几个，以达到阻垢的目的，阻垢剂干扰晶体生长的基本物理化学过程是鳌合反应和表面吸附

        1）鳌合和晶体畸变

        经乙叉二麟酸与Ca2+会形成六元环型的鳌合物，结构如图1所示。

鳌合物常常是十分稳定的，所以水中阻垢剂存在时，游离态钙、镁离子浓度会相应降低。

但如果将阻垢剂的用量增加至很大时，其阻垢作用也无明显的增强，为此提出了晶体畸变机理，即在晶体生长过程中，常常会由于晶体外界的一些原因，而使得晶格存在空位、错位等缺陷或形成镶嵌构造等畸变，其结果是同一晶格的各个晶面发育不等。

晶体中这种局部组分的差异会导致晶体不稳定，当环境发生某些变动时，大晶体会碎裂成小晶体。

        引起外界晶格畸变的外界原因可能是机械障碍和过饱和度的变化，但最重要的是化学环境的变化，从有机磷盐的结构可判断，它可与多价的金属离子形成赘合物，如它与Cu2+形成极为稳定的络合物，因而在使用中须与锌盐配合，否则就会腐蚀铜及其合金。

        2）吸附与分散

        有些阻垢剂在水中会电离，如在全有机磷配方中的聚丙烯酸、聚马来酸等在水中可电离出聚合阴离子和H+，当这些阻垢剂在水中遇到某些小晶体或悬浮物粒子时，因改变了颗粒表面原来的电荷状态，同性电的斥力而使它稳定地分散在水中，起到分散作用即为分散剂。

分散剂不仅能吸附于颗粒，而且也能吸附与换热设备的壁面上，形成吸附层，它阻止颗粒在换热器面上沉积，而且一旦发生颗粒沉积的现象，沉积物与接触面不能紧密相粘，只能形成疏松的沉积层。

        3）阂限效应和协同效应

        有许多阻垢剂在加药量很小时就可以稳定水溶液中大量的钙离子，在它们之间不存在化学计量关系，而且当它们的量过大时，起稳定性作用便不再有明显的改进，这种效应称为阂限效应，其原因可按结晶热力学和动力学原理解释说明:

当水中碳酸钙达到过饱和时，体系处于不稳定状态，不稳定态有转变为新的稳定态的必然趋势。

此时生成的新稳定相是碳酸钙晶体，若此种情况下还不出现新相，则出现亚稳态，亚稳态能够存在的必要条件是亚稳态和稳定态之间存在能量壁垒，亚稳态只有克服这种能量壁垒才能转变为稳定态。

吉布斯•汤姆逊指出，任何小于临界半径的晶体称为晶核，从过饱和溶液中析出结晶的方式是从无到有，由小到大，所以在其析出的过程中会因产生界面能而形成壁垒。

结晶动力学指出，晶体生长的相变驱动力近似地正比于溶液的过饱和度，因此，要有足够大的过饱和度，使此驱动力可以克服界面能引起的能量壁垒，才能在溶液中出现晶核以及发生晶体自发生长的过程。

        许多研究指出:

磷酸、聚梭酸等阻垢剂，可通过物理或化学作用吸附于碳酸钙的微晶体（小于临界半径的晶体）上，从而使它的界面能提高，这样，由碳酸钙过饱和溶液中生成碳酸钙结晶需要克服的能量壁垒增大了，晶体的临界半径也就随之增大。

因此，在正常情况下很容易析出晶体的过饱和溶液。

由于溶液中加人了阻垢剂，可能会不出现晶体，只有当溶液的过饱和度进一步提高，它的相变驱动能力增大至完全能克服能量壁垒时，晶核才能出现。

    微晶体吸附阻垢剂的作用发生在这些晶体的生长点上，因此，只要溶液中阻垢剂的量足够已将这些生长点覆盖，晶体便不易生长。

因为覆盖生长点所需的剂量不大，所以有阂限效应的阻垢剂的加药量不需很多，过多的加药量不会明显提高阻垢作用。

另一方面也说明如果加药量太少，以致不足以将微晶体的生长点全部覆盖，则阻垢剂作用就不显著。

为了充分利用各种阻垢剂的优点，又可将各种阻垢剂进行复合使用，可以提高阻垢效果，称为协同效应。

例如，梭酸型阻垢剂与磷酸型阻垢剂复合使用时，即产生协同效应，它能抑制换热器壁上垢的形成，或形成软垢，易被冲刷下来，经长期处理甚至能使陈垢脱落。

2缓蚀机理

        工业用水所用缓蚀剂主要包括铬系、钥系、钨系、磷系等，不同的药剂的缓蚀作用也有差别，但其方式都是在金属表面可形成不溶于水或难溶于水的保护膜，阻碍了金属离子的水合反应或溶解氧的还原反应，达到保护作用。

铬系在碳钢表面形成致密的不溶性γ-Fe2O3马氧化薄膜，并且与金属接合紧密，不影响热交换器的交换效率，表现出良好的防腐效果。

但对环境的污染较大而逐渐被淘汰。

    磷系药剂缓蚀作用主要与水中的Ca2+和作为缓蚀剂而加人的Zn2+结合，在碳钢表面形成以磷酸钙为主体的不溶性盐的薄膜而起到缓蚀作用。

    因为在碱性条件下容易形成沉淀膜，所以在腐蚀反应生成OH-离子时在局部阴极区保护膜生长较快，因此磷系药剂主要是作为抑制腐蚀阴极反应的缓蚀剂。

循环冷却水的几种处理方法

在发达国家工业用水的重复使用率已达到80%-90%，水的浓缩倍率已达到6-8倍。

而我国水的利用率平均不到50%，循环冷却水的浓缩倍率绝大多数在2-3倍的水平，从节能节水来说，这无疑是资源的巨大浪费，同时也加大了对环境水质的污染。

因此，提高水的利用率，减小环境污染已成为当今工业水处理的一大课题。

1单一的聚磷酸盐处理方法

       这种方法是美国20世纪50-60年代普遍采用的一种水处理方式，而我国20世纪70年代末才应用这种水处理方法。

该方法的缺点是聚磷酸盐热稳定性差、易水解，与水中Ca2+形成Ca3（PO4）2沉淀，从而降低了聚磷的缓蚀阻垢性能。

另外聚磷的阐限值小，因此需要较高的浓度才能维持聚磷酸盐的药效，并且磷酸盐属于营养盐，对环境污染较严重，大量的排放会加速刺激水中藻类的大量繁殖，导致水中大量的溶氧被消耗，水中的生命体因缺氧而死亡。

当前磷对环境的污染，已引起各国的重视。

因此，采用单一的磷酸盐处理方法已逐渐被淘汰。

2有机磷酸盐处理方法

       20世纪70年代后期我国相继开发研制出有机磷系阻垢剂经基乙叉二嶙酸（HEDP）、氨基三甲叉磷酸（ATMP）等，并被广泛应用。

有机磷系药剂的优点为化学热稳定性好，不易水解，易与二价金属离子形成稳定的络合物，在200℃以下有良好的阻垢性能。

       但这些药剂单一使用的效果并不很理想，对铜材设备的缓蚀效果欠佳，同时单位重量的含磷量仍然偏高，大量的排放同样给环境带来很大的压力。

近几年该药剂也在逐渐被低磷的全有机配方药剂所替代。

3全有机配方处理方法

       该药剂是当前最为普遍采用的循环水处理方法。

药剂分子中含有梭酸基、醋基、磺酸基、麟酸基等多种特效官能团，对分散在水中的CaCO3，Ca3（PO4）2，CaSO4及氢氧化铁等溶性效果良好，并且水溶性好，特别与锌盐复配更有其独到之处。

4新一代麟系药剂处理方法

       新一代麟系缓蚀阻垢剂是近些年来新开发的低含磷水处理药剂，如20世纪90年代后期开发研制的磷酞基梭酸（POCA）、多氨基多醚基甲叉磷酸（PAPEMP）等，具有良好的钙容忍度，如表1和表2所示。

可见新型磷系缓蚀阻垢剂具有优良的阻垢特性。

5绿色环保型水处理方法

       虽然有机磷酸盐低毒不易分解，但长期排放仍对环境产生一定的影响。

为此，人们开始研制对环境污染小的无磷水处理药剂。

聚天门冬氨酸即是新型无磷阻垢新产品，已被投人市场，它的特性是对碳酸钙和硫酸钙的阻垢性能优于聚丙烯酸，而且进人环境中能够完全降解。

当前美国的唐纳尔公司、德国拜耳公司、美国罗姆一哈斯公司等都在竞相开发生产该类药剂。

但该药剂不如磷系药剂适应的水质广泛，仍存在一定的局限性。

工业冷却水超声波除垢防垢设备

工业冷却循环水系统广泛应用于各种行业，随着节能减排工作的深入，将新解水作为工业冷却循环水的工艺会越来越少，二次利用水排放废水，原料母液等等逐渐应用于工业换热设备冷却。

原来单纯钙、镁离子类型的冷却水垢，根据冷却工艺改变，冷却水垢将会变得五花八门，经典的化学清洗、化学阻垢方法逐渐退出工业冷却水垢处理范畴。

工业冷却循环水超声波除垢防垢设备采用频率共振原理，在线除垢防垢，有效控制各种水垢危害。

该设备自动化程度及科技含量高，不需专人操作，省钱、省力、安全、环保，是工业生产不可缺少的辅助设备。

工业冷却循环水超声波水垢处理器配置：

换能器+信号发生器+清洗装置+温度仪+电导仪。

适用于各种无机溶液冷却装置。

工业循环冷却水处理物理方法

1静电水处理

       1）概况

       静电水处理法又称高压静电法。

它的核心部分是静电水处理器（又称静电水垢控制器、静电除垢器、静电水发生器）。

静电水处理器由二部分组成：

高压直流电源（供给高电压）和水处理器（水通过其腔体，经受静电场处理后再进入用水设备）。

具体情况见图1。

       2）技术参数（以ESC-100型为例）

       输入电压（交流），V220

       最大流量，t/h100

       输出电压（直流），kV4～5

       水温，℃<90

       电耗，W15

       外型尺寸，mm1200×280×450

       3）性能

       阻垢率