循环水处理-结垢与沉积控制

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水垢析出的判断
（二）、磷酸钙析出的判断
• 磷酸钙的饱和pH（pHS）计算： 钙因素、磷酸盐因素、温度因素
均可查表获得。
• 水的实际pH－磷酸钙饱和pH：
1、 > 0，预示磷酸钙有沉淀的可能；
2、< 0，磷酸钙有溶解的倾向。
实际应用时，常控制其差值在1.5以下。
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表面活性剂用作油分散剂
水
油
表面活性剂
分子
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非极性 极性
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沉积物控制
化学方法
机械方法
阻垢剂
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分散剂
去除杂质
运行工况调整
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机械方法
去除杂质
软化 澄清净化 过滤 旁滤 清洗
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运行工况调整
提高流速 增大排污 改善设备设计 降低运行温度 调节pH值
40
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铁对阻垢剂性能的影响
性能损失率，％
30 25 20 15 10 5 0
A
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ATMP PMA
PAA
HEDP PBTCA
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阻垢剂及分散剂
六、天然分散剂
• 在尚未发展聚合物沉淀控制剂，曾采用丹宁、木 质素、磺化木质素、磺化丹宁酸、淀粉、改性淀 粉和CMC（羟甲基纤维素）等天然有机物质作为 分散剂，控制水垢的生成。
SiO2
粘土(高岭土)
CaSO4 CaCO3
0.010 垢的厚度 (英寸)
Al2O3
0.100
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污垢
• 体积较大，质地疏松稀软，又称软垢。 • 是引起垢下腐蚀的主要原因。 • 是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。 • 一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性
盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、 腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其 粘性分泌物等组成。
七、表面活性剂
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表面活性剂
• 非离子型
1、适合于被长链烃油污染的水体
2、有微生物污染时也能很好地发挥作用
3、作为生物杀灭剂或氯的增强剂
• 阴离子型
1、适合于被环状烃油污染的水体
2、不适用于被微生物污染的水体
• 生物表面活性剂
1、特别为微生物控制而设计，增强生物杀灭剂的能力
2、有油时最好不要使用
• pHeq = 1.465 lgM + 4.45； M：系统中水的总碱度（以CaCO3表示），ppm
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水垢析出的判断
（一）、碳酸钙析出的判断
4、临界pH结垢指数：用实验方法测出结垢 时水的真实pH值，将其称为临界pH值，以 pHC表示。 • 一般pHC = pHS + （1.7～2.0） • 判断：水体实际pH值大于它的临界pH时就 会结垢。
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化学方法
阻垢剂
分散剂
晶格畸变
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螯合增溶
人工合成
天然
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谢谢
---
-
--
-
- - - --相互排斥
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抑制CaCO3 能力
1100 ppm Ca; pH 8.6; Temp 70℃; LSI 2.95
100
90
80
70
60
50
A
PBTCA
HEDP
HPMA
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抗抗卤卤素素性性能能
1107 ppm Ca; pH 8.6; Temp 70℃
循环水处理－结垢与沉积控制
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敞开式循环冷却水系统产生的问题
• 三大问题：
生物附着
腐蚀
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腐蚀产物 沉积物下腐蚀
沉积
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沉积物的分类
• 水垢 • 污垢：
1、淤泥 2、腐蚀产物 3、生物沉积物
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水垢
• Ca(HCO3)2 Δ CaCO3 + H2O + CO2
• Ca(HCO3)2 + 2OH-
CaCO3 + 2H2O + CO32-
• CaCl2 + CO32-
CaCO3 + 2Cl-
• 2PO43- + 3Ca2+
Ca3(PO4)2
• CaSO4、MgSiO3、Al2O3.SiO2、Zn3(PO4)2、FePO4、
CaO.MgO.2(SiO2)、SiO2
• R.S.I ：< 6 结垢、= 6 稳定、> 6 腐蚀
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水垢析出的判断
（一）、碳酸钙析出的判断 3、结垢指数（P.S.I）：水体碳酸钙饱和pH值 （以pHS表示）的2倍与其平衡pH值（以pHeq表 示）的差值。 即P.S.I = 2pHS－pHeq。
• P.S.I ：< 6 结垢、= 6 稳定、> 6 腐蚀
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阻垢剂及分散剂
四、有机磷酸酯
1、抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙的 效果较差。
2、比聚磷酸盐难水解，比有机磷酸容易水解。
3、对含油污冷却水的水质控制能保持良好的缓 蚀、阻垢作用，有着特殊的效果。
4、对水生动物毒性很低，水解后的产物可以生 物降解，对环境没有什么影响。
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阻垢剂及分散剂
一、聚磷酸盐
1、三聚磷酸钠
2、六偏磷酸钠
• 原理：破坏了碳酸钙等晶体的正常生长过程，从 而阻止了碳酸钙水垢的形成。
• 缺点：在水中会发生水解，生成正磷酸盐，水解 速率随着浓度和温度升高而加快，pH大于7.5或 小于6.5时，水解速度也会加快。
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阻垢剂及分散剂
五、聚羧酸
1、PAA（聚丙烯酸） 2、聚甲基丙烯酸 3、丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物 4、丙烯酸与丙烯酸酯共聚物 5、HPMA（水解聚马来酸酐） 6、马来酸酐-丙烯酸共聚物 7、苯乙烯磺酸-马来酸（酐）共聚物
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聚合物被吸附到悬浮物表面
使悬浮物表面带
- - - 负电荷而相互排斥
• pHS的简化计算公式：（A.B.C.D可查表得到） pHS =（9.7 + A + B）－（C + D） A：总溶解固体系数；B：温度系数；
C：钙硬度系数； D：总碱度系数。
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水垢析出的判断
（一）、碳酸钙析出的判断 2、稳定指数（R.S.I）：水体碳酸钙饱和pH 值（以pHS表示）的2倍与其实际pH值的差 值。 即R.S.I = 2pHS－pH。
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水垢析出的判断
（三）、硅酸盐垢析出的判断 • 限制冷却水中SiO2的含量，一般 < 175ppm • 控制硅酸镁浓度积：
[Mg2+] [SiO2] < 15000 [Mg2+]－镁离子的浓度（以CaCO3计），ppm [SiO2]－硅酸浓度（以SiO2计），ppm
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沉积物的控制
2解度
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温度
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水垢的形成机理
水
可溶解矿物质
分散溶解 过渡饱和 晶核形成 晶体成长
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水垢
6
传热系数减少率，％
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0.001
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水垢对传热效率的影响
100
A
90
HEDP
80
阻垢率，％
70
60
50
0
2
5
10
余氯量, ppm
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“钙容忍度”
1000 ppm Ca; pH 9.0; Temp 70℃
100
90
阻垢率，％
80
70
60
50
HEDP
40
10
15
20
25
30
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停留时间（Hr）
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A PBTCA PMA PAA
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阻垢剂及分散剂
二、有机膦酸
1、ATMP（氨基三甲叉膦酸） 2、EDTMP（乙二胺四甲叉膦酸） 3、HEDP（羟基亚乙基二膦酸） 4、DTPMP（二亚乙基三胺五亚甲基膦酸）
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阻垢剂及分散剂
三、膦羧酸
• PBTCA（2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸） 1、阻垢性能优于有机膦酸 2、不易形成难溶的有机膦酸钙 3、高剂量使用是一种高效缓蚀剂 4、与锌盐和聚磷酸盐复配可产生良好协同效应
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热交换管的总热阻
温度
5X
梯度
交换管
壳层
总热阻
l
=
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管侧 流体
rt
管侧 沉积物
+
r tf
管壁 金属
+ rm +
壳层 沉积物
壳层 流体
rsf
+ rs 9
水垢析出的判断
（一）、碳酸钙析出的判断
1、饱和指数（L.S.I）：水的实际pH值与其碳酸 钙饱和pH值（以pHS表示）的差值。 即L.S.I = pH－pHS。 • L.S.I ：> 0 结垢、= 0 稳定、< 0 腐蚀
一、水垢的控制 （一）、从冷却水中除去成垢的钙离子
1、离子交换树脂法 2、石灰软化法 （二）、降低冷却水pH，稳定重碳酸盐 1、加酸 2、通CO2 （三）、投加阻垢剂
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pH对沉淀作用的影响
沉淀作用
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pH
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沉积物的控制
二、污垢的控制 1、降低补充水浊度 2、做好循环冷却水水质处理 3、投加分散剂 4、增加旁滤设备