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循环冷却水的水质稳定(1)

双击自动滚屏 日期:2009-10-26 浏览:2805 次 来源:四川生态网
 
水在循环冷却过程中,由于水分的蒸发,溶解盐类浓缩,二氧化碳的逸出,外界污染物的进入等原因,会产生结垢、腐蚀及菌藻繁殖等现象,将影响循环循环水系统的正常运行,甚至引起生产工艺上的失调。为了使循环冷却水不产生上述现象而采取的水质控制措施,常称做水质稳定。水质稳定的基本方法是在循环冷却水中投加化学药剂:用缓蚀剂控制腐蚀,用阻垢剂控制结垢,用死生剂控制荫藻繁殖。此外,还使用清洗剂、消泡剂、抗污泥剂等辅助药剂;这一系列化学药剂总称水质稳定剂。
一、循环水的水质稳定性。
(一)影响循环水水质稳定性的因素
循环水在冷却系统中产生不稳定的基本原因有以下几个方面。 
(1) 化学作用   水垢的主要成分是碳酸钙(及氢氧化镁)。碳酸钙、重碳酸钙;游离CO2在水中存在下列平衡关系:    
Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O 
当它们的浓度符合此平衡条件时,水质呈稳定状态;否则,将产生化学结垢或化学腐蚀。1)化学结垢:造成碳酸钙沉积而产生水垢的原因有:水在冷却塔中与空气接触时,水中原有CO2逸人大气,破坏了上述平衡,使平衡向右移动;重碳酸盐受热分解;水的蒸发,使婚环水中溶解性碳酸盐浓缩;在换热器热水出口端,由于水温升高,提高了平衡CO2需要量,造成CO2含量不足;2)化学腐蚀:当水温降低时,水中平衡CO2需要量也降低,使水中的CO2超过平衡浓度,CaCO3溶解,水失去稳定性而具有腐蚀性。此外,无机酸的存在,亦产生腐蚀性。
(2) 电化学作用   金属器壁或管壁的不同部位,由于材料的化学组分不均匀或沉积物不均,而具有不[司的电极电位,当它们浸入有电解质杂质和溶解氧的水溶液中时,就形成局部原电池。电极电位较高的部位(如碳钢的渗碳体)成为阴极,而电极电位较低的部位(如碳钢的铁素体)成为阳极。以碳钢的电化学腐蚀为例,发生如下反应:
Fe Fe2+ + 2e, O2 + 2H20 + 4e 40H-
溶于水中的Fe2+进一步生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、FeCO3等而沉积于器壁。由反应式可见,低pH位和溶解氧的存在,能加速腐蚀进程。 
在循环冷却水系统中,在污垢下面的缝隙内溶液中,由于氧钓补充困难,成为贫氧区;而缝隙外,成为富氧区。由于构成氧浓差电池,富氧区为阴极,而贫氧区为阳极,发生金属腐蚀。这种腐蚀常称为污垢下腐蚀,是冷却水系统中最常见、危害最大的一种腐蚀作用。
(3) 生物作用  循环水系统中,由于水温较高,为各种微生物的生长繁殖创造了条件。铁细菌能吸收溶解性铁化合物,使之变成包围在铁外的不溶性粘泥状氧化铁;硫酸盐还原卤可把水中硫酸盐变成腐蚀性的H2S;真茵粘液能促进粘垢的形成;藻类的代谢产物(溶解氧)能强化腐蚀过程;后生动物造成严重的机械阻塞,
(4) 机械作用  补给水及周围环境(如空气)带进循环系统的泥砂及其它无机物、油类及其它有机物,与系统内积聚和生成的无机物、茵藻等,可通过机械沉积作用而产生各种污垢。
(二) 判断水质稳定程度的指标 
为了判断水质的稳定程波,确定循环水结垢或是腐蚀的趋势,提以了许多指标,但这些指标郡材一定的局限性,使用时要注意条件。
1 饱和指数(郎格利尔指教)
饱和指数IL是水的实测pH值与CaCO3饱和时的pH值(pHs)之间的差值:
(19-20)
饱和指数可用来判断水是否有结垢或腐蚀的倾向。当IL=0时,表示水中CaCO3、CO2、Ca(HCO3)2在该温度条件下保持平衡,既不产生结垢,也不腐蚀,水质稳定;当IL>0时,CaCO3处于过饱和,有析出水垢的倾向;当IL<0时,CaCO3处于末饱和,而CO2过量,水有腐蚀倾向。一般在实用上,如JL在土(0.25~0.30)范围内,可以认为是稳定的,若超出此范围,则需处理。 
计算PHS的公式可作如下推求,当碳酸钙在水中达到饱和时有如下化学平衡存在:
Ca2+ + 2HCO3- CaCO3+ CO2 + H2O 
其平衡常数
                           (19-21)
当原水pH值在6.0~9.5范围时,可以忽略碳酸的二级解离,因而水中碱度[A]等于[HCO3-,则式(19-21)可改写为:
                   或           (19-22) 
由于( 受水温及含盐量的影响,且[Ca2+]及[A]的单位不是实用单位,因此直接使用式(19-22)计算PHS颇为不便。下面为一种实用的简化算式:
                                (19-23)
式中A、B、C、D为分别与水的溶解固体、水温、钙硬度及总碱度有关的系数,其值可由表19-3查得。   
表19-3  计算PHs的各种系数
溶解固体
(mg/L)
A值
水温
B值
钙硬度
(以CaCO3计,mg/L)
C值
钙硬度
(以CaCO3计,mg/L)
C值
总碱度
(以CaCO3计,mg/L)
D值
总碱度
(以CaCO3计,mg/L)
D值
50
75
100
200
300
400
600
800
1000
水温(0C)
02
26
69
0.07
0.08
0.10
0.13
0.14
0.16
0.18
0.19
0.20
E值
2.6
2.5
2.4
9~14
14~17
17~22
22~27
27~32
32~37
37~44
44~51
51~55
56~64
64~72
72~82
2.3
2.2
2.1
2.0
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
10~11
12~13
14~17
18~22
23~27
28~34
35~43
44~55
56~69
70~87
88~110
111~138
139~174
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
175~220
230~270
280~340
350~430
440~550
560~690
700~870
870~1000





1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6





10~11
12~13
14~17
18~22
23~27
28~34
35~43
44~55
56~69
70~87
88~110
111~138
139~174
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
175~220
230~270
280~340
350~430
440~550
560~690
700~870
870~1000






2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0






2. 稳定指数(雷兹诺指数)
稳定指数IR按如下经验式计算:
                                  (19-24) 
由稳定指数可判断水的特性:.IR=6.0~7.0,水质基本稳定;IR=5.0~6.0,轻度结垢;IR=4.0~5.0,严重结垢;IR=7.0~7.5,轻微腐蚀;IR=7.5~9.0,严重腐蚀;IR>9.0,极严重腐蚀。
饱和指数人和稳定指数IR在使用中都有一定局限性,目前常同时使用这两种稳定性指标来判断水的结垢和腐蚀倾向。  
3 极限碳酸盐硬度
在一定水质水温条件下,使循环水不致产生水垢的最高碳酸盐硬度值,称为极限碳酸盐硬度。其值最好通过小型试验确定,或根据相似条件下的实际运行数据确定;亦可采用下面的经验公式估算(适用条件为:循环水最高水温为30~65℃,补给水耗氧量(即高锰 酸盐指数)小于25mg/L):
                       (19-25) 
式中   Hjz—循环水极限碳酸盐硬度,l0-3n-1mol/L,n为化合价;
t—循环水最高水温,℃,若t<40℃,仍以40℃计; 
[O]—补给水的耗氧量,mg/L;
Hy—补给水的非碳酸盐硬度,l0-3n-1mol/L。
如以HB表示补给水碳酸盐硬度,K表示浓缩倍数(即循环水合盐量与补充水合盐量之比,或补充水量与排污水量之比),KHjB即可表示循环水到达浓缩平衡时之碳酸盐硬度。则水质稳定性可判断如下:当KHB大于Hjz时,产生水垢,应进行处理;KHB小于或等于Hjz时,不产生水垢,但要排污。极限碳酸盐硬度法仅适用于判断水结垢与否,而不能判断腐蚀性。
二、结垢的控制 
机械沉积、化学结晶和生物粘着都能在通水设备的壁上形成垢物。机械沉积可通过降低悬浮固体浓度及控制水流速度而预防,生物粘着可通过杀菌而得到防止。本节主要讨论防止化学水垢的稳定处理。
防止产生水垢的方法有:(1)软化原水,尽量降低补给水的碳酸盐硬度;(2)定期排污,并补充含盐量低的新鲜水,使循环水中碳酸盐浓度不致超过允许值;(3)将补给水的碳酸盐硬度经加酸处理转化为非碳酸盐硬度,从而降低水中碳酸盐硬度(酸化法);(4)加入阻垢剂,提高循环水中允许的极限碳酸盐硬度;(5)补充CO2,提高循环水允许的极限碳酸盐硬度(碳化法);(6)磁化循环冷却水,使水垢呈悬浮的细颗粒状而不易沉积,并促使老垢脱落(磁化法)。以下仅就后四种方法作简要介绍。
(一) 酸化法
通过加酸使碳酸盐硬度转化为溶解度较大的非碳酸盐硬度,使循环水的碳酸盐硬度降低到极限碳酸盐硬度以下。其反应式为: 
Ca(HCO3)2十H2SO4=CaSO4十2CO2十2H2O,
Mg(HCO3)2十H2SO4=MgSO4十2CO2十2H2O
由于氯离子的腐蚀性大,通常多投加硫酸。这种方法适用于补给水的碳酸盐硬度大的情况,并要求酸化后产生的硫酸钙浓度小于相应水温下的溶解度。为了保证处涩效果,应经常监测碳酸盐硬度、pH值、水温、酸浓度,并严格控制加酸量。加酸量限按下式计算:
                (19-26)
式中   —补充水量(m3/h);
—考虑其它耗酸因素的安全系数,可取值1.1;
—酸的摩尔量,对于硫酸=98;
—工业用酸浓度(%); 
—补充水的碳酸盐硬度(mo1/L);
—补充水酸化后允许的碳酸盐硬度(mol/L)。
其中按下面式子计算:   
(19-27)
(19-28)
式中   —循环水量(m3/h);
—补充水量(即循环水损失量)占循环水量的百分比;  
—浓缩倍数;  
—循环水的极限碳酸盐硬度,按式(19-25)式计算。
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