工业循环冷却水处理技术

工业循环冷却水处理技术

提纲： 1.工业循环冷却水处理发展简史

2.循环冷却水系统介绍

3.循环水中的离子

4.腐蚀及缓蚀处理

5.结垢及阻垢处理

6.菌藻滋生及杀菌灭藻处理

7.一个循环冷却水系统的处理步骤

一. 概述

众所周知，城市用水中80%以上是工业用水，工业用水中80%是冷却水，由此可见，工业冷却水用量占总用水量的大部分，冷却水的循环使用是节约用水量、缓解水资源日益紧张矛盾的最有效手段。

工业冷却水在循环使用过程中，因水中盐类和悬浮物的浓缩，以及在冷却塔与大气接触中，水质不同程度被污染，所以会产生比直流水更为严重的结垢、腐蚀、菌藻滋生等多种危害。循环水冷却处理技术主要就是研究和控制这些危害。

循环冷却水处理技术，是70年代随着我国引进13套大化肥装置而引进的技术。当时，国家为节约外汇，由科技部和化工部共同委托天津化工研究院进行水处理技术及相关化学品的国产化工作。经过多年来不懈努力，不仅国产化工作完全完成，而且，目前我院的研发、生产水平居国内领先水平，达到或接近国际先进水平。尤其90年代初，随着全国工业水处理行业唯一的国家级中心（国家工业水处理工程技术研究中心）落户我院，技术又有飞跃发展，一批新技术如：四元共聚物、膦羧酸、膦羧酸共聚物、R/O反渗透阻垢剂及杀菌剂等相继研发成功，尤其具有国际先进水平的示综型药剂及配套的在线监测、远程监控研发成功并成功应用于天津大无缝、上海宝钢、大庆乙烯、天津乙烯等多家单位。

二.循环冷却水系统

冷却水系统早期为直流系统，冷却水仅仅通过换热设备一次，用后排掉，因此用水量很大，水资源浪费严重，而且，支流系统也存在结垢、腐蚀等问题，只是不如循环水突出。循环冷却水系统分为密闭式和敞开式两种。

1.密闭式循环水系统

密闭式循环水系统，冷却水在密闭环境内循环，不暴露于空气中，理论上无水量损失，水中各种离子亦不发生变化，此循环水的再冷却由另外换热器完成。这种系统一般用于发电机、内燃机、采暖和冷冻水系统、有特殊要求的系统等。

密闭系统存在问题是腐蚀性严重，缓蚀及杀菌是需主要解决的问题。

2. 敞开式系统

在敞开式循环冷却水系统中，冷却水用后也不是立即排放，而是收回循环再用，水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会被蒸发损失，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维持各种矿物质和离子含量在某一个数值上，必须对系统补充一定的冷却水，通常称作补充水，并排出一

定量的浓缩水，通称排污水。

敞开式循环冷却水系统中主要设备之一是冷却塔，冷却塔用来冷却换热设备中排出的热水，在冷却塔中，热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜壮，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交流流动，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。

在冷却塔内，热水与空气之间发生两种传热作用：一是蒸发传热，二是接触传热。蒸发传热是当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大于空气中水蒸汽分压时，水滴表面的水分子克服液态水分子之间的吸引力而汽化逸入空气中，并带走汽化潜热，使液态水的温度下降，每蒸发1kg 水，要带走约2.43×106J 的热量。蒸发传热带走的热量约占冷却塔中传热量的75%—80%。接触传热是当空气的湿球温度低于水温时，热量从水传向空气，使空气温度提高而水温降低，带走的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20%—25%。

3. 敞开式循环冷却水系统的水平衡

循环冷却水通过冷却塔时水分不断蒸发，因为蒸发掉分不含盐分，所以随着蒸发过程的进行，循环冷却水中溶解盐类不断被浓缩。为了不使循环冷却水中的盐类越来越高，必须排掉一部分冷却水，并不断补充新鲜水，以保证整个系统水量的平衡和盐类的平衡。

3.1 浓缩倍数：

为了控制水中盐类的平衡，保证水中杂质的相对稳定，引入了浓缩倍数的概念。浓缩倍数即循环水中的含盐量与补充水含盐量的比值：

M

R C C K = C R —循环水的含盐量

C M —补充水的含盐量

浓缩倍数的确定，不仅取决于系统中的各种操作参数，更主要的还取决于补充水的水质情况及药剂的性能。

用于计算浓缩倍数的物质，要求其浓度随浓缩过程而增加外，应不受其它外界如加热、沉淀、投加药剂的干扰，通常选用的物质有Cl -、SiO 2、K +等物质或总溶解固体。

3.2 浓缩倍数与各操作参数的关系：

由水平衡可知：M=E+B+D+F

式中：M —补充水量

B —排污水量

D —风吹损失，约为循环量的0.2%—0.5%

F —渗漏损失

当浓缩倍数一定时，因为补充水系统中的溶解盐类与排污水和飞溅、渗漏而排出的溶解盐类量相等，所以C M ×M=C R （B+D+F ）

设B 1= B+D+F

则C M ×M=C R ×B 1

K C C B M M

R ==1 所以M=K ×B 1

M=K ×（M －B ）=E K K 1

-

1

1-=K K B 3.3 蒸发量85

.5)1001(t R E ∆⨯=（m 3/h ） 故温差为5.8℃时，蒸发量为循环水量的1%。在气温高的夏季，由Δt 算出的蒸发量与

三. 循环水中的离子

冷却水之所以会造成设备的腐蚀、结垢、菌藻粘泥附着，主要是水中含有各种杂质。

（一）溶解性气体

溶解性气体主要包括：N 2、O 2、CO 2、NH 3、H 2、SO 2、H 2S 等。其中对水系统影响较大的是：O 2、CO 2、NH 3、H 2S 。

1.1 氧

氧是金属设备（主要指碳钢）腐蚀的主要原因。它不仅可引起均匀腐蚀，而且当浓度分布不均匀时，会引起危害更大的局部腐蚀。

1.2 CO 2

在冷却水系统中，由于受热，重碳酸盐分解放出CO 2，经冷却塔喷淋，CO 2将逸出，这是导致冷却水循环使用后PH 升高的主要原因。在化肥厂，往往存在CO 2向系统泄露问题，这时会造成PH 下降。

1.3 NH 3

在合成氨厂，空气中NH 3含量较高，循环水中NH 3含量很高，造成PH 上升；但水中的氨又会亚硝化菌、反硝化菌、硝化菌的作用下发生一系列转化，造成微生物大量繁殖，水质恶化，循环水PH 反而下降；另外，氨的泄露会对水中铜材产生腐蚀。

1.4 H 2S

水中的H 2S 主要来自工艺介质中的渗漏，有时也可能由于有机物分解产生，S 2-的含量虽然很小，但是它的破坏作用却是十分严重，H 2S 的危害并不是来自它的弱酸性，而是由于它的另外三个重要特性决定的。

⑴ S 2-的存在将强烈催化腐蚀反应，导致刚才的局部腐蚀和氢鼓泡。

⑵ 强还原性，H 2S 可以被水中氧氧化成硫沉积析出，也可以消耗水中氧化性杀菌剂氯而沉积出硫。

⑶ H 2S 是一个良好的沉淀剂，它可以和很多两价金属离子生成硫化合物沉淀，这一特性回使得象Zn 2+一类的缓蚀剂形成ZnS 沉淀而失效。

（二）水中阳离子

2.1 Na 2+、K +

Na 2+是水中含量最多的阳离子之一，K +一般含量较低。Na 2+、K +含量，主要影响水的电导率，两者成正比关系；而电导率越高，水的腐蚀性越大。