循环水知识

循环水知识概要

冷却水在不断循环使用过程中，由于水的温度升高，流速变化，蒸发浓缩，冷却塔和冷水池在室外受阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的飘落，以及设备结构和材料等因素的综合作用，会产生比直流系统更严重的污垢附着、设备腐蚀、微生物滋生等危害，影响系统长周期安全稳定运行。循环水工艺管理就是要通过各种手段，控制减轻甚至避免上述危害。

循环水系统在运行中，水质会发生以下的变化：

一、溶解固体的浓缩

1.盐类的浓缩（浓缩倍数的概念）

冷却水在循环过程中，存在着四种损失：蒸发（P1）、风吹（P2）、排污（P3）、渗漏（P4），故需不断补充新鲜水，补充水中含有各种盐类。在水量的四种损失中，风吹、排污及渗漏会带走盐类，而蒸发过程水以水蒸气的形式散失，不会带走盐类,故盐份在循环之后会累积起来。循环水系统为控制腐蚀、结垢等问题，需将水中盐类如碳酸钙、氯化物等控制在合适范围之内，此时水中溶解盐类达到一个动态平衡，带入系统和带出系统的盐分相等，以氯离子浓度为例，设循环水的氯离子浓度为C循、补充水中氯离子浓度为C补，则：

C补*（P1+P2+P3+P4）=C循*（P2+P3+P4）

令C

循/ C

补

=K，即为浓缩倍数，即循环水中的含盐量与新鲜水中含盐量的比值

则K=（P1+P2+P3+P4）/（P2+P3+P4），即浓缩倍数=补充水量/（风吹+排污+渗漏）举例计算：

一循环水装置循环水量为5000m3/h，设其风吹损失为0.3%（与冷却塔的选型有关，风筒式机力通风冷却塔取0.3%-0.5%，带收水器的为0.1%-0.2%），渗漏不计，

蒸发量=（Cp*Q*△t）/H L

Cp------水的定压比热容，0.01 J/Kg·℃

Q-------循环水量，m3/h

△t------水的温差，10℃

H L------水的蒸发潜热，5.8 J/g

故P1=（0.01*5000*10）/5.8=86.2 m3/h

K=（86.2+5000*0.3%+P3）/（5000*0.3%+P3）

从上式可看出，一个循环水装置可通过控制排污量来控制浓缩倍数，如果不排污，则K最大，K=（86.2+15）/15=6.75，所以浓缩倍数并不会无限升高，在不排污的情况下风吹损失量决定了浓缩倍数的大小。

还可以根据新鲜水中的含盐量来确定浓缩倍数，从而计算出系统排污量

如浓缩倍数K=5，则5=（101.2+P3）/15+P3, P3=6.55 m3/h

如浓缩倍数K=2, 则2=（101.2+P3）/15+P3, P3=71.2 m3/h

继续增大排污量,浓缩倍数也越来越低,当增加到循环水量的10%时,K接近于1。

浓缩倍数是反映水的重复利用率的大小,是衡量循环水系统运行情况的一项重要指标.提高浓缩倍数不但可节约用水,而且也可减少随排污而流失的药剂量,但浓缩倍数太高,所节约的水量变化不大,而析出结垢和腐蚀的可能性增大,也不利于微生物的控制,必须综合考虑.

2.杂质、灰尘等的积聚，形成污垢沉积在换热器表面，影响传热效果。

垢分为水垢和污垢，水垢指水中的难溶盐类经浓缩以后浓度提高，超过其饱和度而析出的沉积物，如CaCO3等，污垢指水中的污泥、颗粒物、腐蚀铁锈产物、黏泥等，同样也会沉积在换热器表面，循环水中杂质带入的途径：

1.空气中的灰尘、沙土被水吸收带入

2.补充水中的泥沙、杂物

3.腐蚀产物

4.微生物分泌物产生的黏泥

二、CO2的散失

天然水中含有钙、镁的碳酸盐与重碳酸盐，两类盐与二氧化碳存在下面的平衡关系：

Ca(HCO3)2=====CaCO3+CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2=====MgCO3+CO2↑+H2O

水在循环过程中，由于温度的升高及冷却塔的吹脱，CO2几乎全部散失，空气中CO2含量很低只有0.03-0.1%，水温在50℃以上则无CO2存在，因此水中钙、镁的重碳酸盐转变成碳酸盐，碳酸盐的溶解度远小与重碳酸盐，使循环水更容易结

2

三、溶解氧量升高

循环水与空气充分接触，水中溶解氧接近平衡浓度。当含氧量接近饱和的水流经换热设备后，由于温度的升高氧的溶解度下降，因此在局部达到过饱和，会加快腐蚀。

溶解氧对钢铁的腐蚀有二个相反的作用：

1.参加阴极反应，加速腐蚀

2.在金属表面生成氧化物膜，抑制腐蚀

一般规律是氧在低浓度时起去极化作用，加速腐蚀，随着氧浓度的增加腐蚀速度也增加，但是达到一定值后，腐蚀速度开始下降，此时的浓度称为临界点值，临界点值和水的PH值有关，PH值<6时，一般不会形成氧化膜，PH为7时，氧的临界浓度为20mL/L，一般循环水温度在30℃时溶解含量只有8-9 mL/L。四、微生物滋生

循环水系统有充足的氧、适宜的温度、丰富的营养物质（COD、NH3-N、P）等，故非常适合微生物生长繁殖。微生物的新陈代谢过程会产生大量的黏泥沉积物，有些细菌如铁细菌、硫酸盐还原菌、硝化细菌都会对系统产生腐蚀。

循环水系统的三大问题及控制方法：

一、结垢及其控制

垢分为水垢和污垢，水垢指水中的难溶盐类经浓缩以后浓度提高，超过其饱和度而析出的沉积物，如CaCO3等，污垢指水中的污泥、颗粒物、腐蚀铁锈产物、

黏泥等，同样也会沉积在换热器表面，循环水中杂质带入的途径：

1.空气中的灰尘、沙土被水吸收带入

2.补充水中的泥沙、杂物

3.腐蚀产物

4.微生物新陈代谢产生的生物黏泥

5.药剂，如含磷药剂可能会生成磷酸盐水垢

二．污垢的组成分析判断：

发现系统中存在污垢危害时，往往不能准确判断是何种原因造成，对污垢的组成进行鉴定分析有助于查找原因。一般使用化学分析法，灼烧失重主要反映生物黏泥的量，如灼烧失重达40%-60%，可认为污垢主要成分是生物黏泥，灼烧失重大于20%，可认为存在生物黏泥。污垢中Fe2O3含量反映系统腐蚀程度，不进行水质处理的系统中Fe2O3含量为65%，进行缓蚀、杀菌处理的水系统的污垢中Fe2O3含量减少至23%，SiO2含量反映悬浮物参与污垢形成的程度，也可用污垢中各组分与SiO2的比值判断，CaO/SiO2>1时，存在水垢问题，Fe2O3/SiO2=2—5时，存在腐蚀问题。

污垢特别容易沉积在换热器表面，使传热效率下降，1.5mm的CaCO3垢层将增加10%-20%的能耗，12mm的垢增加75%的能耗

腐蚀穿孔，特别是微生物黏泥造成的垢下腐蚀能在短时间内使换热器泄露，危害极大。

水垢一般有CaCO3、CaSO4、CaSiO2、Ca3（PO4）2组成，它们的溶解度随PH值和水温的升高而降低，因此容易在水温高的换热面达到过饱和而析出结晶，当水流速较小或传热面粗糙时就容易沉积而形成水垢。

碳酸盐水垢是最常见的垢，呈灰白色，一般含80%的CaCO3，如果水中硅酸盐和硫酸盐含量低且不存在腐蚀时，CaCO3的含量可达95%，水垢中含氧化铁和二氧化硅的含量可判别腐蚀程度和悬浮物沉积程度。550℃灼烧失重判断生物黏泥，550-950℃灼烧失重判断碳酸盐垢含量。

当系统用聚磷酸盐处理时，药剂会水解成正磷酸盐，可生成溶解度很小的磷酸钙垢。

三．结垢机理：

结垢是水中微溶盐结晶沉淀的结果，在盐类过饱和溶液中，首先产生晶核，再形成少量微晶粒，然后这些微晶粒不断碰撞长大，形成大晶体沉积下来。

影响水垢产生的因素：

1、补充水质的影响。补充水中成垢离子含量越高，经浓缩后越容易达到

过饱和而形成水垢，因此对于总硬度过大的水质一般要进行软化处