循环水(冷却水)腐蚀结垢及微生物问题探讨

冷却水问题探讨

一般冷却水常引起的危害有三种，即腐蚀( corrosion ) 、水垢(scale)、淤泥之沉积( deposition ) 及微生物 ( slime )，兹将其发生原因及控制方法分述如下： 1、腐蚀

!腐蚀发生原因:

金属腐蚀是经由化学或电化学反应而导致金属毁坏之现象。最主要的腐蚀问题是由氧气所引起的，冷却水于冷却水塔中与空气密切接触，水中溶氧高达 8～10 ppm 极易促成腐蚀。

a.铁材质与水中氧气作用而腐蚀，其反应如下：

氧气所引起的腐蚀呈点蚀( pitting ) 状态有愈深之倾向(如下图)， 若未有效抑止可能穿透管壁而造成穿孔、泄漏。点蚀是最具腐蚀破坏力之一，并且也是最难在实验室预测得知。

b.当微生物繁殖时，其微生物体的分泌物与冷却水有机物、无机物聚积而形成的黏泥，沉积在系统中时，将造成沉积下腐蚀。沉积物上下界面因溶存氧浓度不同将会造成氧浓淡电池( Oxygen concentration cell)于沉积物下发生严重之腐蚀现象。

图 : pitting 会导致设备快速破损

c.两种不同金属互相接触时，因金属间电位差造成流电腐蚀(galvanic corrosion), 例如热交换器之铜管与碳钢端板，其接触部份的钢铁材质会因此加速腐蚀。双金属之间的电位差会因金属接触而造成流电腐蚀,但工业上也时常运用此原理来做防蚀方法,此方法称之为牺牲阳极。

双金属腐蚀

d.其它影响腐蚀的因素尚有pH、间隙、溶解盐类、温度、流速等。

!腐蚀控制方法:

腐蚀之控制不外是改变系统金属材质，就是改变系统环境。改变系统材质将是一很大成本花费，而且并不是百分之百可以防止腐蚀发生。然改变系统环境是目前广泛被用到控制腐蚀的方法。在水系统内，有三种方式改变水中环境来有效抑制腐蚀；

用水中自然存在之钙离子及碱度，在金属表面上形成碳酸钙保护膜。

利用化学或机械方法将溶存于水中之氧气去除。

加入腐蚀抑制剂 。

如上所云，加入腐蚀抑制剂亦是一个简便而有效的方式。腐蚀既是一种电池反应 ﹐

凡是可以用来阻止腐蚀电池之阴、阳电极反应之化合物皆可作为腐蚀抑制剂。常用之腐蚀抑剂如下所列：

a.阳极腐蚀抑制剂：铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐。

腐蚀之阳极形成高密度之 F e2+离子层，凡与此F e2+ 作用而可形成不溶性被膜之防蚀剂即为「阳极腐蚀抑制剂」。

C rO

42-︰F e2+→γ－F e

2O3 ·C r2O3

P O

43-︰F e2+ →F e

2O3·F e3 (P O4) 2

b.阴极腐蚀抑制剂：碳酸氢盐、锌盐、聚磷酸盐。

腐蚀之阴极产生 OH-使局部之 pH 增高，凡因局部之 pH 增高而可生成不溶性被膜之防蚀剂即为 「阴极腐蚀抑制剂」。

H C O

3

-＋C a2+＋ OH-→C a C O3 ＋ H2O

Z n2+＋2OH- →Z n(OH)

2

其次、腐蚀抑制剂在实际应用上须注意药剂浓度、金属表面温度及pH 等控制 ，若控制不良反而增加点蚀速度或引起结垢问题。保持金属界面之洁净在防止氧气浓淡电池之发生亦甚为重要，因此分散剂之有效运用及微生物之良好控制，亦是达成腐蚀防制不容忽视之要件。

2、结垢及沉积

!结垢及沉积发生原因:

沉积物主要分为两类， 一为硬质之结晶形水垢如 C a C O

3 、C a S O4或 M g S iO3 等，另一种为软质之不定形杂物如淤泥氧化铁、制程泄漏物、微生物繁衍产生之黏泥等沉积物。沉积物发生之害处除阻塞管路，影响热交换， 降低设备产能外更可能因无预警停机造成损失(物料、设备更换、清洗费用)，此外沉积物下方会因为氧气浓度与沉积物外界不同而产生氧浓淡电池 造成沉积下之金属腐蚀(u nderdeposite corrosion) 。

!结垢及沉积的危害

a.降低热传效率或传热不均

b.工厂非计划性停止运转

c.设备腐蚀

d.增加管线输送压力落差及电力消耗

e.减低腐蚀抑制剂效果

f.产量减少

!结垢及沉积控制方法

a.使用软水或加酸控制 P H：

控制冷却水中钙硬度之浓度使其低于饱和溶解度是防止碳酸钙水垢的方法之一。

如补给水量较少之密闭式冷却水系统即常使用软水来防止水垢问题。加酸控制冷却水之P H可降低水质的L.S.I防止水垢形成，但是若是pH控制不当，易使冷却水腐蚀性增加是此种方法最大之缺点。

b.有机磷化合物之应用：

有机磷化合物会附着于初期水垢之结晶核上扭曲结晶形状，抑制结晶成长对于碳酸钙水垢之防止相当有效。

c.高分子分散剂之运用:

利用高分子分散剂作用来防止水垢的形成。

3、微生物

!微生物发生原因

微生物一般可分为细菌类 (bacteria) 、真菌类(fu ngi) 、 以及藻类(algae)三种。由于其散布在自然界各个角落，而冷却水之温度及pH 常在微生物繁衍的范围内，若未能加以控制，则微生物会不断的繁殖生长，产生黏泥污塞热交换器，且在黏泥沉积物地方造成沉积物下方腐蚀，导致设备损坏。此外藻类之生长需要阳光，故常发生在冷却水塔曝光处及散水盘上，其造成之障害除因光合作用产生氧气，造成系统腐蚀率增加外，并且会腐化木材影响散水效果，藻类有时掉落水中，细小者增加冷却水之浊度﹐大者则可能堵塞管路。微生物问题对系统造成的危害概括下列几项:

a.降低传热效率

b.增加水流阻力

c.微生物腐蚀

d.水塔木材损害

e.作业人员健康和安全

!微生物控制方法

微生物生长之控制可藉加氯 (c h lorination )达到效果，加氯时须保持适当的游离氯残余于相当的时间。一般每天加氯需要保持 0.2～0.5ppm 游离残余氯4～6小时大致可以控制微生物的繁衍。唯氯气溶于水后虽具杀菌效力但无剥离作用﹐且使用日久部份细菌产生抗体，因此尚需根据实际的情况添加具有剥离功效及对特殊微生物有强力杀菌效果的非氧化性杀菌剂方能确保防止微生物之危害。