浅谈循环水的结垢

浅谈循环水的结垢

[摘要]人类社会为了满足生活及生产的需求，要从各种天然水体中取用大量的水，其数量是极为可观的。除生活用水外，工业用水量也很大，几乎没有哪一种工业不用水。[1]本文主要从循环水的水温、流速等方面对循环水使用中常见的结垢问题进行了分析，提出了控制想法，对于循环水的正常运行具有一定指导意义。

【关键词】循环水；结垢

1、简介

循环水系统出现设备结垢、腐蚀等等，是换热设备降低换热效率、发生泄露的主要危害。目前工业应用的水质稳定剂多为阻垢缓蚀剂，质量的差强人意，换热设备材质的种类各异，都会造成循环水系统运行状况的差异。

2、结垢的影响因素

结垢是指在水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因，而沉积在金属表面。敞开式循环冷却水系统的结垢主要成分有CaCO3和腐蚀产物二种，由于缓蚀剂的使用使腐蚀产物大大减少，而以CaCO3垢、Ca3（PO4）2垢及锌垢为主要成份。垢的产生会引起水冷设备换热效率下降，管线的阻力增大，导致循环水量减少或列管的堵塞等。敞开式循环冷却水系统中影响结垢的主要因素是冷却水pH、Ca、总碱度、水温、流速及金属表面状况等。[2]

2.1水温

循环冷却水中的碳酸钙、碳酸镁等硬度盐类，其溶解度都是随着温度的升高而减小，因此水温越高越易析出，同时分子活动也随温度的上升越加活泼，水垢的附着速度也越高。

污垢的温差表示法是生产现场常用的表示结垢程度的方法，它通过换热器工艺介质和冷却水进出口温差的变化来反映污垢沉积量的变化。[3]

2.2流速

水垢的附着速度是随着换热器内的冷却水流速的增大而减小的。一般而言，如水流速度达到1.0m/s以上时，水垢、悬浮物等杂质易被水流冲走，不易沉积，相反某些部位流速过小、存在死角拐角、温差大的地方就容易沉积水垢，因此应适当提高水流速度来降低设备的结垢。

此外，循环水本身水质、温差、换热表面光滑度、浓缩倍数、阻垢剂的选择和正确使用等因素都对结垢有着重要的影响。

3、控制管理措施

（一）工业企业中防止循环水结垢的一般方法：

3.1、软化。用钠沸石或氢沸石进行离子交换、石灰软化除去矿物质等方法去除成垢离子。

3.2、加酸。控制水垢的最老的方法之一。加酸以控制适当的碱度和pH值。在不停车的情况下清洗循环水系统也是常用的酸洗方法，正确地选用酸洗缓蚀剂以防止酸性介质对设备的腐蚀是十分关键的，它不仅直接影响到清洗的效果，而且还会影响被清洗装置的安全和寿命及清洗工程的成本。

3.3、旁流处理。1～5%的冷却水流经过滤器；滤料有砂子、无烟煤、混合滤料等。

3.4、添加阻垢剂（结垢抑制剂）。

3.5、控制循环水的浓缩倍数不要超标，钙硬度（以CaCO3计）+总碱度小于1100mg/L左右。

（二）针对我循环水换热器形式材质的实际特点及工艺条件，还需选择并实施以下的控制方式供大家探讨。

3.1、浓缩倍数的控制

如循环水系统工艺条件热介质相对温度较高，而换热器内的冷却水流速又各不相同，因此循环水系统必须保持较低的浓缩倍数，这样循环水系统中结垢离子的浓度始终处于不饱和状态，不易结晶析出，如循环水系统由于工艺条件热介质相对温度较底，其浓缩倍数控制要比前一种情况高。[4]

同时纠正我们目前公司分析上的一个不足，虽然浓缩倍数的分析方法很多，用二氧化硅浓度，氯离子浓度，钾离子浓度，钙离子浓度、含盐量和电导率来做都是可行的。然而目前我们是采用排污量来计算浓缩倍数的，数据分析结果显示浓缩倍数在1.6左右，这个分析方法是最不理想的，而且在计算上也存在一定的弊端。

如果用硬度（以钙硬为主）来计算浓缩倍数是合理的，但由于我们循环水运行中有很多的不确定性，所以我们要观察的是循环水中钙硬或者电导率的一个趋势，趋势稳定后用这个数值来判断循环水的浓缩倍数。

3.2、pH值的控制

就钙离子而言当系统pH值是4时所有钙离子都不结垢，而pH值达到10以

上时钙离子结晶析出的概率达到80%以上，因此在保持适当浓缩倍数的基础上应相应的控制循环水pH值。目前循环水的pH值控制多由有机酸来实现的。除了单台设备的清洗，单纯使用无机酸（在无机酸的范围里有硫酸、盐酸、硝酸、磷酸等等）的调节循环水系统pH值的厂家已不多。通过实践我们的循环系统则直接有投加酸性的缓释阻垢剂来实现调节的，同样是由于循环水系统工艺条件热介质相对温度较高，水温较高，挥发水量较大，pH值控制低些；而循环水系统工艺条件热介质相对温度较低，水温较低，挥发水量较小，pH值控制相对略高一点。

3.3、除菌灭藻和排污的管理

生物粘泥、藻类、软垢浮渣等物质在循环水系统中的危害是不可忽视的，可以直接堵塞冷却塔填料、换热器，进而直接影响循环冷却水系统的正常运行和换热设备的使用寿命。因此对于循环水系统冷却塔和循环水水质的日常观察是必不可少的。我们的具体做法是1、观察冷却塔支撑构件表面是否有新垢产生，若有则适当加大阻垢剂的浓度并降低浓缩倍数；2、观察冷却塔四周水流缓慢处是否有软垢浮渣或观察水质有浑浊的趋势，若有则适当加大旁滤器的排污量；3、观察冷却塔内绿色藻类的滋长情况，若较严重则必须除菌灭藻并进行粘泥剥离，之后大排大补更换水质。此外在春秋季节由于温度适合细菌生长就应该适当加大除菌灭藻的频率，使循环系统的粘泥、藻类的状况在可控制范围之内。

我们应根据实际工艺、设备条件维持各因素之间的协调，有效抑制水垢的沉积。以下就我公司循环水系统的管理方法以这三个方面为主要思路加以论述。一是降低循环水系统中结垢离子的浓度，使其始终处于不饱和状态，不能结晶析出；二是使用阻垢剂破坏结垢离子的结晶成长和附着。三是新增监测换热器，在冷却塔旁最缓慢的地方放置与换热器同材质的管件设备进行定期检测，这样可以避免挂片与空气接触发生氧化，同时也可以保证循环水的流速。