循环冷却水基础知识Word文档格式.docx
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以预膜液循环通过换热设备，使其金属表面形成均匀致密保护膜的过程。
1.19旁流水sidestream
从循环冷却水系统中分流并进过处理后，再返回系统的那部分水。
1.20药剂允许停留时间permittedreuniontimeofchemicals
药剂在循环冷却水系统中的有效时间。
1.21补充水量anountofmakeupwater
指补充循环冷却水系统运行中的损失的水量。
1.22排污水量AmountofBlowdown
在确定浓缩别率的前提下，需要从循环冷却水系统中排除的那部分水量。
1.23温差△T
指水从热交换器返回至冷却塔时的平均水温T1,与蒸发之后的平均水温T2之差。
1.24蒸发损失
冷却过程中由于蒸发使水冷却而损失的那部分蒸发水量，即单位时间内水蒸发到大气的量（m3/h）；
1.25风吹损失
系统中的水以水雾或水滴的形式被风吹出冷却塔外，逸散到大气而损失的水量（m3/h）；
1.26系统损失
指包括水泵、阀门等泄漏、人为放水等造成失去的水量（m3/h）；
1.27泥浆浓度（含固率）mudconcentralion
单位质量污泥所含固体物质的质量分数。
1.28含水率containingwaterrate
单位质量污泥所含水分的质量分数。
1.29再生水reclaimedwater
污水及其其他废水经过处理后，达到一定的水质指标可进行再利用的水。
1.30深度处理advancedtreatment
对再生水进一步处理。
1.31超滤ultrafiltration
系膜式分离技术，过滤精度在0.01~0.1um范围内。
1.32微滤microfiltration
膜式分离技术，过滤精度在0.1~1um范围内。
1.33稳定指数stabilityindex
指2倍水的饱和pH值和水的实际pH值的差值，以此判定水的腐蚀和结垢倾向。
1.34凝汽器的真空度
在正常情况下，凝汽器内会形成一定的真空度，其值一般为0.005Mpa。
绝度压力低于大气压时，表压小于零简称负压；
也称真空。
负压的绝对值大小就是真空度。
影响真空度的主要因素为：
汽轮机的排气量、凝汽器的抽气量、冷却水流量和温度、凝汽器的传热面（大多数为铜管）沉积物多等。
1.35凝汽器的端差
汽轮机的排气温度和凝汽器的出口温度之差，显然凝汽器的传热效果越好，冷却水出口温度就越高，端差越小；
反之，端差上升。
当凝汽器结垢较多时，端差就会上升。
所以根据端差的变化有助于进行循环冷却水的故障诊断。
2.符号
A——冷却塔空气流量（m3/h）；
AC——硫酸投加量（kg/h）；
C——空气含尘量（g/m3）；
Cmi——补充水某项成分含量（mg/L）；
Cms——补充水悬浮物含量（mg/L）；
Crs——循环冷却水悬浮物含量（mg/L）；
Cri——循环冷却水某项成分含量（mg/L）；
Csi——旁流处理后水的某项成分含量（mg/L）；
CSS——滤后水悬浮物含量（mg/L）；
Gf——首次投加量（kg）；
Gn——非氧化型杀菌剂每次加药量（kg）；
Go——氧化型杀生剂加药量（kg）；
Gr——系统运行时的加药量（kg/h）；
g——每升循环冷却水加药量（mg/L）；
gn——每升循环冷却水非氧化型杀菌剂每次加药量（mg/L）；
go——每升循环冷却水氧化型杀菌剂每次加药量（mg/L）；
Ks——悬浮物沉降系数；
K——气温系数（1/℃）；
Mm——补充水碱度（mg/L，以CaCO3计）；
Mr——循环冷却水控制碱度（mg/L，以CaCO3计）；
N——浓缩倍率；
Qb——排污水量（m3/h）；
Qb1——强制排污水量（m3/h）；
Qb2——循环冷却水处理过称中损失水量，即自然排污水量（m3/h）；
Qe——蒸发水量（m3/h）；
Qm——补充水量（m3/h）；
Qr——循环冷却水量（m3/h）；
Qsf——旁滤水量（m3/h）；
Qsi——旁流处理水量（m3/h）；
Qw——风吹损失水量（m3/h）；
Td——设计停留时间（h）；
△t——冷却塔进出水温差（℃）；
V——系统水容积（m3）；
Ve——循环冷却水泵、换热设备、处理设施等设备中的水容积（m3）；
Vp——工艺生产设备内的水容积（m3）；
Vk——膨胀罐或水箱的水容积（m3）；
Vr——循环冷却水管道水容积（m3）；
二、循环冷却水处理指标控制及平衡关系
1.间冷开式系统循环冷却水换热设备的控制条件
1.1循环冷却水管道流速不宜小于0.9m/s；
1.2当循环冷却水壳程流速小于0.3m/s时，应采取防腐涂层、反向冲洗等措施；
1.3设备传热面冷却水侧壁温不宜高于70℃；
1.4设备传热面水侧污垢热阻值应小于3.44×
10-4m·
K/W；
1.5设备传热面水侧粘泥速率不应大于15mg/cm2·
月；
炼油行业不应大于2015mg/cm2·
1.6碳钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0.075mm/a；
铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0.005mm/a；
1.7闭式设备传热面水侧污垢热阻值应小于0.86×
K/W，腐蚀速率应按照上述1.6执行；
1.8间冷开式系统与直冷系统的钙硬度与甲基橙碱度之和大于1100mg/L；
稳定指数RSI＜3.3时，应加硫酸或进行软化处理。
1.9间冷开式系统的设计浓缩倍率不宜小于5.0，且不应小于3.0；
直冷系统的设计浓缩倍率不应下雨3.0；
2.循环冷却水水质指标
2.1间冷开式系统循环冷却水水质指标
表1
项目
单位
要求或使用条件
许用值
浊度
NTU
根据生产工艺要求确定
≤20
换热设备为板式、翘片管式、螺旋板式
≤10
pH
/
6.8～9.5
钙硬度＋甲基橙碱度（以CaCO3计）
mg/L
碳酸钙稳定指数≥3.3
≤1100
传热面水侧稳定大于70℃
钙硬度小于200
总Fe
≤1.0
Cu2+
≤0.1
CI-
碳钢、不锈钢换热设备。
水走壳程
≤1000
不锈钢换热设备，水走壳程传热面水侧壁温不大于70℃
冷却水出水温度小于45℃
≤700
SO42+CI-
≤2500
硅酸（以SiO2计）
≤175
Mg2+SiO2
（Mg2以CaCO计）
pH值≤8.5
≤50000
游离氯
循环冷却水回水总管道
2.0～1.0
NH3-N
石油类
非炼油行业
≤5
炼油企业
COD
≤100
2.2闭式系统循环冷却水水质指标
表2
适用对象
水质指标
钢铁厂闭式系统
总硬度
≤2.0
火力发电厂
内冷水系统
电导率（25℃）
us/cm
≤5.0
pH值（25℃）
7.0～9.0
含铜量
ug/L
≤40
各行业闭式系统
pH值（25℃）
8.0～9.0
2.3直冷系统循环冷却水水质指标
表3
pH值
高炉煤气清洗水
6.5～8.0
合成氨厂洗涤水
7.5～8.5
炼钢真空处理、轧钢、轧钢层、流水、轧钢除鳞给水及连铸二次冷却水
7～9
转炉煤气清洗水
9～12
电导率
高炉转炉煤气清洗水
≤3000
炼钢、轧钢直冷冷却水
≤2000
悬浮物
连铸二次冷却水及轧钢直接冷却水、挥发窑窑体表面积清洗水
≤30
炼钢真空处理冷却水
≤50
合成氨厂造气洗涤水
碳酸钙硬度
（以以CaCO计）
≤200
连铸二次冷却水
炼钢真空处理、轧
钢层、流水、轧钢除鳞给水
≤500
扎钢曾流水
≤300
轧钢、轧钢除鳞给水及连铸二次冷却水、挥发窑窑体表面积清洗水
硫酸盐
（以SO42计）
炼钢、轧钢直接冷却水
≤1500
油类
扎钢层流水
轧钢、轧钢除鳞给水及连铸二次冷却水
3循环冷却水计算平衡关系
3.1浓缩倍率计算
N=
=
式中N—浓缩倍率
Qm—补充水量（m3/h）；
Qb—排污水量（m3/h）；
Qw—风吹损失水量（m3/h）。
3.2水质判断指数的计算
ΔA1＝
-
≤0.2；
ΔA2＝
≤0.2；
ΔB1=
≤0.5mmol/L；
ΔB2＝
≤0.5mmol/L.
上式中：
ClX—循环水氯根mg/L；
ClBu—补充水氯根mg/L；
JDX—循环水的碱度，mmol/L；
JDBu—补充水碱度，mmol/L；
YDx—循环水的硬度mmol/L；
YDBu—补充水的硬度mmol/L。
3.3开式系统循环冷却水的设计停留时间不应超过药剂允许的允许停留时间。
设计停留时间可按下式计算：
Td=
式中Td—设计停留时间（h）；
V—系统水容积（m3）。
3.4间冷开式系统水容积宜小于循环冷却水量的1/3，系统水容积可按下式计算：
V=Ve+Vr+Vt
式中Ve—循环冷却水泵、换热器、处理设施等设备中的水容积（m3）；
Vr—循环冷却水管道容积（m3）；
Vt—水池容积（m3）。
3.5闭式系统水容积可按下式计算：
V=Vp+Ve+Vr+Vk
式中Vp—生产工艺设备内的水容积（m3）；
Vk—膨胀罐或水箱的水容积（m3）。
3.6循环冷却水系统缓蚀阻垢剂的首次加药量，按下式计算：
Gr=
式中Gr—首次加药量（kg）；
g—每升循环冷却水加药量（mg/L）。
3.7循环冷却水系统运行时，缓蚀阻垢剂加药量可按下式计算：
3.7.1开式系统和直冷系统
Gr=
式中Gr—系统运行时的加药量（kg）。
3.7.2闭式系统
3.8循环冷却水采用硫酸处理时，硫酸投加量宜按下式计算：
Ac=
上式Ac—硫酸投加量（kg/h,纯度为98%）；
Mm—补充水碱度（mg/L，以CaCO3计）；
Mr—循环冷却水控制碱度（mg/L，以CaCO3计）。
3.9循环冷却水杀菌灭藻剂投机量计算
3.9.1氧化型杀菌灭藻剂投加时，加药设备能力应满足冲击式加药量的要求，加药量可按下式计算：
Go=
式中Go—氧化型杀菌灭藻剂加药量（kg/h）；
go—每升循环冷却水氧化型杀菌灭藻剂加药量（mg/L）,连续加药投机宜取0.1～0.5mg/L，冲击式投加宜应取2～4mg/L，以有效氯计。
3.9.2非氧化型杀菌灭藻剂，宜根据微生物监测数据进行不定期投加，每次投加量应按下式计算：
Gn=
式中Gn—非氧化型杀菌灭藻剂加药量（kg）；
Gn—每升循环冷却水非氧化型杀菌灭藻剂加药量（mg/L）
3.10开式系统补充水量可按下式计算：
Qm=Qe+Qb+Qw
Qm=
Qe=k·
△t·
Qr
式中Qe—蒸发水量（m3/h）；
Qr—循环冷却水量（m3/h）；
Qw—冷却塔进出水温度（℃）。
k—气温系数（1/℃），按表4计算：
进塔大气温度温度
-10
10
20
30
40
K（1/℃）
0.0008
0.0010
0.0012
0.0014
0.0015
0.0016
3.11闭式系统的补充水量宜为循环水量的1%，闭式系统补充水设计流量宜为循环水量的0.5%～1%。
3.12开式系统的排污水量可按下式计算：
Qb=
QW
Qb=Qb1+Qb2
式中Qb1—强制排污水量（m3/h）；
Qb2—循环冷却水处理过程中损失水量，即为自然排污水量（m3/h）。
三.循环冷却水系统中沉积物及其控制
1.影响结垢的主要因素
1.1水质
水质是影响污垢沉积的最主要因素之一，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，绝大部分是针对防垢的要求而制定的，水的PH对成垢影响也很大，PH高有利于腐蚀控制，但不利于垢沉积控制。
1.2温度
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。
温度升高还能使那些反溶解度的盐类加速析出沉积，甚至还能起烘烤作用，使已沉积的污垢转化为难以消除的形态。
1.3流速
水的流动状态的作用对垢的沉积很明显，它决定剥离污泥切力的大小，在换热器中冷却水流速<
0.3米/秒时，悬浮物和其它固形物就会开始沉淀，为避免沉淀产生，故要求冷却水最低流速大于0.5米/秒。
1.4表面状态
金属表面粗糙度和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，相应的表面积越大，吸附垢的能力也越强，金属性质不同，导热系数各有差异，也会产生结垢状态变化。
除了以上提到的因素外，还有冷却水中菌藻微生物的生长，腐蚀产物的形成程度工艺过程中物料的泄漏以及换热器的几何形状，水的流动都能影响到垢的形成。
2.垢的形成机理
随着溶液浓度增加到达饱和或过饱和状态，溶质分子间距离缩小，分子与分子之间碰撞机会增加，生成晶核，在晶核生成初期，微小的晶核又会产生再溶解，当晶核长大到临界核（临界粒径）时，再溶解过程减弱，结晶开始迅速生长，吸附在换热器水侧管壁，这便是结垢。
3.阻垢剂的作用机理
a控制结晶核成长b.控制结晶继续增加c.使结晶分散
上述三个步骤中，若有一个被破坏，则整个成垢过程就被控制，在循环水系统中投加阻垢剂、分散剂就是为了控制其中的一个步骤或几个步骤，以达到阻垢目的。
阻垢剂就是通过对水中成垢离子进行螯合作用，低剂量效应，使其生成的结晶，晶格畸变，大晶粒分散成小晶粒等作用来达到阻垢效果的
3.1螯合
即阻垢剂与水中钙镁离子形成螯合物，且这些螯合物是水溶性的，将更多的钙镁离子稳定在水中，相当于增加了微溶性钙镁盐在水中的溶解度，从而减少了微溶盐生成过饱和溶液的可能性。
这一过程也叫“络合增溶”。
3.2低剂量效应
螯合作用是可以按化学当量计算的。
实际上，在水中反投加几个PPm的阻垢剂，可将比按化学当量计算高得多的，甚至几百个PPm的钙离子稳定在水中，这就是低当量效应。
通过试验发现，在低浓度时，随着阻垢剂浓度增加，其阻垢率上升，但当达到一定值后，阻垢率的增加就不明显了。
象有机膦酸盐，聚羧酸聚磷酸盐都具有这种低当量效应。
3.3晶格畸变
在碳酸钙过饱和溶液中，一旦出现晶格，晶体就迅速成长，在成长过程中，晶体界面上若有螯合物存在，螯合物占据晶体生长的晶格座位，晶格继续长大，螯合物被镶嵌在其中，这种含有螯合物的晶体是不稳定的，晶体中有弹性应力，当外部环境条件变化时，晶体在弹性应力作用下碎裂形成外型不规则的小晶体，晶格发生畸变。
3.4分散作用
某些阻垢剂具有分散作用，在冷却水中有碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙等小晶体及其它悬浮粒子存在时，由于物理或化学作用，阻垢剂被吸附到颗粒表面，颗粒表面形成双电层，在静电作用下，颗粒相互排斥，避免了颗粒碰撞积聚成长，使微小的颗粒分散在水中。
4.腐蚀问题
一般的说法腐蚀的定义是材料（通常是金属）和它所存在的环境之间的化学或电化学反应而引起材料的破坏及其性质的恶化变质叫腐蚀。
根据反应机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，根据形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。
所谓腐蚀，即金属和它所存在的环境之间的化学或电化学反应而引起金属的破坏现象。
阳极反应是铁的溶解过程：
2Fe→2Fe2++4e
阴极是氧的还原反应：
O2+2H2O+4e→4OH～
在冷却水系统中，主要是吸氧腐蚀引起金属的破坏。
阳极反应在敞开式循环冷却水系统中引起的危害，除了使系统的输水管线、水冷设备的寿命减少及损害等直接的损失之外，还有由于腐蚀造成泄漏而引起工艺介质的污染或造成计划外的停车事故。
另外由于腐蚀产生的锈瘤，也会引起水冷器传热效率下降或管线阻碍。
一般在冷却水系统中，如不使用化学处理方法，碳钢的腐蚀速率平均在70～150mg/dm2•day范围之内，但发生点蚀的部位腐蚀速度可达到平均腐蚀率的2～10倍。
4.1影响腐蚀速度的因素
4.1.1溶解氧的浓度
随浓度增大，腐蚀率增加；
但当达到一定极限时，高氧会使氧化物成为钝化膜，降低腐蚀速度。
4.1.2PH值
PH在4～10时，腐蚀由扩散过程控制腐蚀速度与PH关系不大，当PH小于4时，氧化膜被溶解，金属表面与酸性溶液接触，产生两个去极化作用。
氧的去极化O2+4H++4e→2H2O
氢的去极化2H++2e→H2
故电化学腐蚀加强，腐蚀速度加快。
PH在10～13时，碳钢表面PH值升高，氧的钝化临界浓度降低到6ppm，生成r-Fe2O3而钝化腐蚀速度下降。
PH＞13时，钝化膜被溶解，生成可溶性络合物铁酸钠（NaFeO2）和亚铁酸钠（Na2FeO2）腐蚀速度又上升。
4.1.3温度及热负荷
通常随着温度升高，腐蚀速度增加。
温度升高增加了反应速度和扩散速度，在氧浓度一定时，温度每升高30℃腐蚀速度就增大一倍。
对敞开式循环水而言温度在80℃以内，温度升高加快腐蚀，80℃以上腐蚀速度才开始下降。
4.1.4流速
不加缓蚀剂水流速度对腐蚀速度影响较大，水的流动状态强烈的影响着氧的扩散速度。
水的流速大，使氧的极限扩散电流密度增大，腐蚀速度增大，在层流区内腐蚀速度随流速增加而缓慢上升。
当流速达到V临时，从层流转为湍流，开始时，腐蚀速度会剧增。
对加有缓蚀剂的系统，流速有着不同的作用，水的流速在一定范围内（如在1米/秒左右）会对缓蚀有利，流速增加，缓蚀剂容易到达金属表面，可冲走污泥防止局部垢下腐蚀，水的流速应尽可能大一些，壳程水冷器在0.5米/秒以上为好，管程在1米/秒左右。
4.1.5含盐量
随着盐类浓度增加，水的电导率增大，腐蚀速度上升。
4.1.6阴离子
水中阴离子的存在，会加速腐蚀速度，氯离子的存在会对不锈钢引起点蚀或应力腐蚀的破裂。
在增加金属溶解速度方面，不同离子有着不同的影响，其顺序为NO3-<
CL-<
SO42-<
ClO4-
4.1.7悬浮物
水中悬浮固体的增加会加大腐蚀速度。
悬浮物的沉淀还会引起沉积物下的氧浓差电池腐蚀，使局部腐蚀加快，悬浮物沉积还会阻碍缓蚀剂到达金属表面，从而影响缓蚀剂的缓蚀效果。
浊度应控制在10PPm以内。
4.1.8微生物
冷却水中的微生物，特别是一些能产生粘泥的微生物在金属表面沉积，引起垢下腐蚀。
同时一些微生物的新陈代谢过程也参与了电化学过程，促使腐蚀加速。
4.1.9腐蚀性溶解气体
硫化氢等气体的溶解会促进碳钢腐蚀，氨的溶解会形成铜氨络合离子，促进铜的腐蚀，二氧化碳的溶解，会增加阴极氢去极化作用，加速腐蚀过程。
4.1.10金属材料
金属材料的不均匀性会使金属的各表面部分的电极电位值不同而产生电位差引起腐蚀，金属材料的组分不同也影响到其耐蚀性。
4.1.11金属表面状态
金属表面光洁度也影响到金属腐蚀速度，不光滑的表面比磨光的金属表面容易腐蚀。
5.缓蚀剂的缓蚀机理
缓蚀剂能在金属表面形成沉淀膜，它可以由缓蚀剂的相互作用形成，也可以由缓蚀剂与腐蚀介质中存在的金属离子反应形成，沉淀膜比氧化膜要厚，一般有几百到一千埃。
沉淀膜电阻大，并能使金属和腐蚀介质隔离，因而起到抑制腐蚀作用。
该型缓蚀剂，多数是有机缓蚀剂，它们都是具有N、S、O等官能团的极性化合物，能吸附在金属表面上。
它们之所以能起缓蚀作用是因为在分子结构
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