我公司循环冷却水水质恶化的原因分析及改进措施
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8．11
8．07 8．32 8．53 —— —— —— —— —— —— —— —— ——
电导率 原水 循环水
1200
1400 1800 1200 —— —— —— —— —— —— ——
——
2880
3100 3300 3000 —— —— —— 123．4 —— — —— —— ——
表1 原水
CL循环水
（上接第 115 页）
1.4 夹杂物评级 取开裂螺母按照标准 GB/T 10561-2005 对非金属夹杂物
含量进行评级，评级结果为硅酸盐类夹杂细系 1.5 级（图 8）， 其夹杂物含量水平符合工艺要求。 2 分析与讨论
法兰面螺母的冷镦开裂均发生在法兰面处，越靠近法 兰面外沿，裂纹的开口越大，说明裂纹起源于法兰面的最外 沿处，并逐步向螺母中心区域扩展，最终形成开口型裂纹。
（4）定期给系统洗澡，清除菌藻、污泥、胶体混合物， 15 天进行一次杀菌和粘泥剥离；
（5）重新标定试剂、校正仪器； （6）确定水质日常监测项目：碱度、硬度、Ca2+、CL-、 PH、电导率、总磷。 （7）设立专人负责制，主管水质指标监测评估、确定 多井配给水比例、水系统设备泄漏检修、加药控制、排补水、 费用计划等冷却循环水系统的各项工作。 我们首先对循环水系统进行了一次彻底的清洗，然后采 取以上措施严格控制循环水各项指标，我公司循环水水质得 到了改善，水系统生物粘泥得到了控制，冷却器换热效果明 显好转。 5 结论 冷却器换热效果差是因为循环水系统生物粘泥的积聚 所制，而生物粘泥产生的主要原因是原水水质不稳定；原设 计中没有原水过滤装置；后期管理药剂使用不当、管理不善、 加药随意性大等。如能稳定原水水质，加强后期管理是完全 能够避免循环水系统生物粘泥的生成，能够保证冷却水系统 和冷却器正常运行。
2010 年 第 12 期
化学工程与装备
2010wenku.baidu.com年 12 月
Chemical Engineering & Equipment
107
我公司循环冷却水 水质恶化的原因分析及改进措施
王建国
（山西大同煤矿集团煤气厂，山西 大同 037000）
摘 要：分析了我公司冷却器不能正常换热的主要原因是循环水系统有大量微生物粘泥形成，并提出 防止微生物粘泥产生的措施。 关健词：循环水；冷却器；微生物粘泥；腐蚀
关于浓缩倍数的确定。循环水因蒸发，含盐量不断增加， 经浓缩的循环水的含盐量和补充的新鲜水含盐量是不同的， 两者的比值 N 称浓缩倍数。N=循环水含盐量/补充水含盐量。 通常按 CL-、k+测定，N=循环水 CL-/补充水 CL-。一个现场， 一个特殊情况。选择多大的浓缩倍数为合适，应首先分析浓 缩后的水质情况，若水中有害离子增多，产生结垢或腐蚀倾 向，就要调整 N。但补水和排水量不宜任意变化。从我公司 3.48～7.75 倍浓缩运行实践看，缓蚀、阻垢效果是不符合原 设计要求的。按原设计要求，浓缩倍数应在 2.5，温度＜70℃ 时，水质处于稳定状态。
[2] 刘正义，吴连生等．机械装备失效分析图谱[M]．广东： 广东科技出版社，1990：356-357
我公司循环水主要用于 5 万吨/年甲醇生产工艺过程的 换热和物料冷却。从 2007 年 6 月份开始，就发现水冷器效 果差，排污时水质发黑变臭，表明循环水中有大量的生物粘 泥聚集，水中有大量微生物繁殖。粘泥附着于换热管表面， 降低了冷却效果，导致所有换热器不能正常换热，影响正常 生产。而更为重要的是生物粘泥形成的粘泥垢，会造成垢下 腐蚀，合成水冷器的泄漏就是由此造成。2007 年 8 月份， 因循环水造成精馏主塔冷凝器冷却效果差，精馏几乎开不起 来。如果再不抓紧解决循环水水质恶化的问题，其它的换热 设备及冷却设备势必腐蚀泄漏，将严重影响生产。 1 冷却循环水知识简述
（1）冷却器、换热器界面必然有磷酸盐垢（药物垢） 析出，此垢一旦严重析出，对冷却水系统是致命的（常规药 物难洗）；
（2）高 CL-含量的水质必然带来高腐蚀机率；
（3）循环水系统的整体运行状况呈恶化趋势——设备 结垢、腐蚀漏水、回水温度升高、生产有失平稳会断续发生。 3.2 从表二数据对照表三判断
（1）“冷却器损坏漏水”主要原因是垢下微生物腐蚀。 （2）根据经验式计算，系统每天约有 150kgCaCO3 在 设备中析出，污垢理论析出值偏大。粘泥沉积和结垢析出物 不能排出系统，因此出现变换软水加热器经常堵塞的现象。 结合“变换软水加热器经常堵塞”、“精馏主塔冷却器换 热效果不理想，压缩机四段冷却器冷却效果不好”、“大部分 冷却器、换热器都有结垢现象”、“压缩四段冷却器损坏漏 水”、“无阀过滤器冬季无法使用”、“3#凉水塔填料存在 1cm 以上的白色不规则污垢”等实际情况可知： （1）微生物粘泥和运行结垢现象在冷却水系统中是普 遍存在的。
108
王建国：我公司循环冷却水水质恶化的原因分析及改进措施
日 期 2007 1.26 2.5 2.6 2.7 4.10 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.24
原水
7．09
7．03 7．46 7．69 —— —— —— —— —— —— —— —— ——
PH 循环水
药剂指标
PH
固含量
1．98
26．77%
2～4
__
3 我公司冷却循环水水质问题及原因分析 我公司循环水系统中的冷却器如精馏主冷却器、变换软
水加热器、合成水冷器、压缩油冷器等均有堵塞、泄漏、换 热效果差等现象，分析原因我公司冷却循环水系统的最大问 题是微生物粘泥和微生物腐蚀而不是水垢；粘泥污垢影响换 热累及生产、腐蚀危及设备安全，给设备的长期安全运行带 来非常大的隐患，应予引起高度重视；系统的不断泄漏就是 初期征兆，这里主要是前期设计、后期管理、水体污染、药 剂使用不当等多方原因共同造成的。 3.1 从表一数据和 8 个月的运行时间判断
使用冷却循环水主要带来三个方面的问题。因溶解氧的 补充饱和等，造成金属的电化学腐蚀；因蒸发浓缩，含盐量 增加，造成结垢倾向；因与空气接触，吸收了大量的灰尘、 泥沙、微生物，加上塔内适宜的光照、温度、氧气、养分条
件使大量菌藻滋生，系统污泥增加，造成生物粘泥的危害。 而且，污垢、微生物会大大增加腐蚀的机率；微生物粘泥、 光滑的金属表面腐蚀，也会加剧污垢沉积。因此，运行中的 冷却循环水系统主要是防结垢、防腐蚀、防菌藻，俗称水处 理的“三要素”。 所以水体的净化预处理、微生物控制、缓 蚀阻垢必须统筹考虑，否则必会影响整个冷却循环水系统的 安全运行。
溶解物质中的某些阴离子（HCO3-、CO32-、OH-及弱酸 盐类）和阳离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+），分别造成碱度和硬 度，在浓缩、温度等特定条件下超出水的溶解度，析出水垢 （磷酸盐垢、硫酸盐垢、硅酸盐垢对冷却水系统是致命的）、 影响设备运行。水中的某些有机物为微生物滋生带来养分， 使菌藻大量滋生，造成生物粘泥的危害。
～ 70．99
～ —— —— —— —— ——
—— —— ——
总磷 循环水
～
～ 18．5
～ -—— —— —— —— —— —— —— ——
浊度 循环水
～
～ ～ 17．6 —— —— — — — — — —
原水 循环
硬度 1056．33 ＞5000
Ca2+ 601．35 3336．7
Mg2+ 411．20 2838．42
冷却水中有很多杂质，如悬浮物质（﹥10-4mm）、胶体 物质（10-6～10-4）、溶解物质（＜10-6）、有机物等。悬浮物 质、胶体物质造成浊度。因此通过沉淀、过滤、投加絮凝剂 等使水体在未进入工艺介质前就进行预处理，它对改善水质 尤为重要。所以，电厂、大型化工厂循环水系统都设沉淀池、 过滤池、旁过滤池等。
由于材料表面的脱碳，以及热处理时在线材表层产生 的大尺寸晶粒使材料表层的强度降低[1]，在高速冷镦变形 时，法兰外沿处材料在充满模具前受到三向应力作用（见图
9）， 即内部材料向外延展产生的挤压力，法兰外沿处的材
料在延展时受到很大的切向拉应力作用。当拉应力足够大， 而材料变形达到极限时，大尺寸铁素体晶粒处强度较低易优 先发生破裂[2]，于是在法兰面的外沿处就发生了撕裂现象。 3 结论和建议
（1）确定多井点补水比例，使补水有一个大致稳定的 水质指标范围；
（2）投药量确定在 50g/t，加强药效，以弥补药剂性能 局限，严格按照化验指标及时调整加药方案；
（3）调整 Cl-检测频率：改原水 Cl- 一次/天为一次/周， 改循环水 Cl-一次/周为一次/班，控制 Cl-＜262mg/l，调整 N=1.7；
表2 碱度
326．29 648．65
PH 7．56 8．31
电导率 2280 8200
总磷 ～ 2．8
CL165．62 1031．52
1#药剂 2#药剂
投药量
25mg/L 25mg/L
浓缩倍数 12h，＜ 70℃ 2．0 2．0
表3 阻垢率
试验方法
89．1% 98．11%
碳酸钙沉积法 碳酸钙沉积法
总磷 4．35 0．00
通过以上试验和各项分析结果可知导致六角法兰面螺 母冷镦开裂主要原因是线材表面脱碳超标以及表层大尺寸 铁素体晶粒的存在。
建议工厂对采购的线材以及后续热处理操作进行严格 质量控制，避免线材脱碳超标；改善热处理工艺，控制表面 大晶粒的产生；控制拉丝工艺，提高拉丝线材的表面光洁度。
参考文献
[1] 吴引淳，刘浪．SWRCH22A 冷镦钢盘条开裂原因分析 [J]．武汉工程职业技术学院学报，2004；16（2）：
硬度 原水 循环水
156．6
～
～
～
141．7 149．2 141．7 —— 51．4 45．4
—— 157．4 414．0 37．4 179．0 ——
～ 1156．1
～ 1141.3 —— ——
827 —— —— —— —— 623．0
9．47 9．67 9．96 —— -—— —— —— —— —— —— —— ——
杀菌剂分氧化性和非氧化性两类。一般此两类交替使用 能避免产生抗药性，会达到一个满意的效果。在氧化性杀菌 剂中，氯锭、洁尔灭、CLO2 的交替使用徒增成本。杀菌剂 种类繁多，但复配药剂较单体药剂性能优异。
阻垢剂和杀菌剂存在是否兼容的问题。严格监测冷却循 环水的几个重要指标，是控制水质的重要手段。因为通过水 质指标，就可以判断水质倾向——结垢倾向、腐蚀倾向、不 结垢不腐蚀倾向。从而调整循环水投药运行方案。 2 实验数据
王建国：我公司循环冷却水水质恶化的原因分析及改进措施
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（2）产生以上问题的原因，主要与后期管理中药剂使 用不当有关（浓缩倍数过高、粘泥沉积和结垢析出物不能及 时排出系统、药物起吸附粘结剂作用），不能严格按照化验 结果及时调整加药量和加药频次；另外合成水冷器泄漏后， 有甲醇漏入循环水系统为微生物粘泥的生长提供了营养炭 源加剧了生物粘泥的生长腐蚀。“无阀过滤器冬季无法使用” 只是造成结垢的次要原因。 4 采取的措施：
8．07 8．32 8．53 —— —— —— —— —— —— —— —— ——
电导率 原水 循环水
1200
1400 1800 1200 —— —— —— —— —— —— ——
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2880
3100 3300 3000 —— —— —— 123．4 —— — —— —— ——
表1 原水
CL循环水
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1.4 夹杂物评级 取开裂螺母按照标准 GB/T 10561-2005 对非金属夹杂物
含量进行评级，评级结果为硅酸盐类夹杂细系 1.5 级（图 8）， 其夹杂物含量水平符合工艺要求。 2 分析与讨论
法兰面螺母的冷镦开裂均发生在法兰面处，越靠近法 兰面外沿，裂纹的开口越大，说明裂纹起源于法兰面的最外 沿处，并逐步向螺母中心区域扩展，最终形成开口型裂纹。
（4）定期给系统洗澡，清除菌藻、污泥、胶体混合物， 15 天进行一次杀菌和粘泥剥离；
（5）重新标定试剂、校正仪器； （6）确定水质日常监测项目：碱度、硬度、Ca2+、CL-、 PH、电导率、总磷。 （7）设立专人负责制，主管水质指标监测评估、确定 多井配给水比例、水系统设备泄漏检修、加药控制、排补水、 费用计划等冷却循环水系统的各项工作。 我们首先对循环水系统进行了一次彻底的清洗，然后采 取以上措施严格控制循环水各项指标，我公司循环水水质得 到了改善，水系统生物粘泥得到了控制，冷却器换热效果明 显好转。 5 结论 冷却器换热效果差是因为循环水系统生物粘泥的积聚 所制，而生物粘泥产生的主要原因是原水水质不稳定；原设 计中没有原水过滤装置；后期管理药剂使用不当、管理不善、 加药随意性大等。如能稳定原水水质，加强后期管理是完全 能够避免循环水系统生物粘泥的生成，能够保证冷却水系统 和冷却器正常运行。
2010 年 第 12 期
化学工程与装备
2010wenku.baidu.com年 12 月
Chemical Engineering & Equipment
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我公司循环冷却水 水质恶化的原因分析及改进措施
王建国
（山西大同煤矿集团煤气厂，山西 大同 037000）
摘 要：分析了我公司冷却器不能正常换热的主要原因是循环水系统有大量微生物粘泥形成，并提出 防止微生物粘泥产生的措施。 关健词：循环水；冷却器；微生物粘泥；腐蚀
关于浓缩倍数的确定。循环水因蒸发，含盐量不断增加， 经浓缩的循环水的含盐量和补充的新鲜水含盐量是不同的， 两者的比值 N 称浓缩倍数。N=循环水含盐量/补充水含盐量。 通常按 CL-、k+测定，N=循环水 CL-/补充水 CL-。一个现场， 一个特殊情况。选择多大的浓缩倍数为合适，应首先分析浓 缩后的水质情况，若水中有害离子增多，产生结垢或腐蚀倾 向，就要调整 N。但补水和排水量不宜任意变化。从我公司 3.48～7.75 倍浓缩运行实践看，缓蚀、阻垢效果是不符合原 设计要求的。按原设计要求，浓缩倍数应在 2.5，温度＜70℃ 时，水质处于稳定状态。
[2] 刘正义，吴连生等．机械装备失效分析图谱[M]．广东： 广东科技出版社，1990：356-357
我公司循环水主要用于 5 万吨/年甲醇生产工艺过程的 换热和物料冷却。从 2007 年 6 月份开始，就发现水冷器效 果差，排污时水质发黑变臭，表明循环水中有大量的生物粘 泥聚集，水中有大量微生物繁殖。粘泥附着于换热管表面， 降低了冷却效果，导致所有换热器不能正常换热，影响正常 生产。而更为重要的是生物粘泥形成的粘泥垢，会造成垢下 腐蚀，合成水冷器的泄漏就是由此造成。2007 年 8 月份， 因循环水造成精馏主塔冷凝器冷却效果差，精馏几乎开不起 来。如果再不抓紧解决循环水水质恶化的问题，其它的换热 设备及冷却设备势必腐蚀泄漏，将严重影响生产。 1 冷却循环水知识简述
（1）冷却器、换热器界面必然有磷酸盐垢（药物垢） 析出，此垢一旦严重析出，对冷却水系统是致命的（常规药 物难洗）；
（2）高 CL-含量的水质必然带来高腐蚀机率；
（3）循环水系统的整体运行状况呈恶化趋势——设备 结垢、腐蚀漏水、回水温度升高、生产有失平稳会断续发生。 3.2 从表二数据对照表三判断
（1）“冷却器损坏漏水”主要原因是垢下微生物腐蚀。 （2）根据经验式计算，系统每天约有 150kgCaCO3 在 设备中析出，污垢理论析出值偏大。粘泥沉积和结垢析出物 不能排出系统，因此出现变换软水加热器经常堵塞的现象。 结合“变换软水加热器经常堵塞”、“精馏主塔冷却器换 热效果不理想，压缩机四段冷却器冷却效果不好”、“大部分 冷却器、换热器都有结垢现象”、“压缩四段冷却器损坏漏 水”、“无阀过滤器冬季无法使用”、“3#凉水塔填料存在 1cm 以上的白色不规则污垢”等实际情况可知： （1）微生物粘泥和运行结垢现象在冷却水系统中是普 遍存在的。
108
王建国：我公司循环冷却水水质恶化的原因分析及改进措施
日 期 2007 1.26 2.5 2.6 2.7 4.10 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.24
原水
7．09
7．03 7．46 7．69 —— —— —— —— —— —— —— —— ——
PH 循环水
药剂指标
PH
固含量
1．98
26．77%
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3 我公司冷却循环水水质问题及原因分析 我公司循环水系统中的冷却器如精馏主冷却器、变换软
水加热器、合成水冷器、压缩油冷器等均有堵塞、泄漏、换 热效果差等现象，分析原因我公司冷却循环水系统的最大问 题是微生物粘泥和微生物腐蚀而不是水垢；粘泥污垢影响换 热累及生产、腐蚀危及设备安全，给设备的长期安全运行带 来非常大的隐患，应予引起高度重视；系统的不断泄漏就是 初期征兆，这里主要是前期设计、后期管理、水体污染、药 剂使用不当等多方原因共同造成的。 3.1 从表一数据和 8 个月的运行时间判断
使用冷却循环水主要带来三个方面的问题。因溶解氧的 补充饱和等，造成金属的电化学腐蚀；因蒸发浓缩，含盐量 增加，造成结垢倾向；因与空气接触，吸收了大量的灰尘、 泥沙、微生物，加上塔内适宜的光照、温度、氧气、养分条
件使大量菌藻滋生，系统污泥增加，造成生物粘泥的危害。 而且，污垢、微生物会大大增加腐蚀的机率；微生物粘泥、 光滑的金属表面腐蚀，也会加剧污垢沉积。因此，运行中的 冷却循环水系统主要是防结垢、防腐蚀、防菌藻，俗称水处 理的“三要素”。 所以水体的净化预处理、微生物控制、缓 蚀阻垢必须统筹考虑，否则必会影响整个冷却循环水系统的 安全运行。
溶解物质中的某些阴离子（HCO3-、CO32-、OH-及弱酸 盐类）和阳离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+），分别造成碱度和硬 度，在浓缩、温度等特定条件下超出水的溶解度，析出水垢 （磷酸盐垢、硫酸盐垢、硅酸盐垢对冷却水系统是致命的）、 影响设备运行。水中的某些有机物为微生物滋生带来养分， 使菌藻大量滋生，造成生物粘泥的危害。
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总磷 循环水
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浊度 循环水
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原水 循环
硬度 1056．33 ＞5000
Ca2+ 601．35 3336．7
Mg2+ 411．20 2838．42
冷却水中有很多杂质，如悬浮物质（﹥10-4mm）、胶体 物质（10-6～10-4）、溶解物质（＜10-6）、有机物等。悬浮物 质、胶体物质造成浊度。因此通过沉淀、过滤、投加絮凝剂 等使水体在未进入工艺介质前就进行预处理，它对改善水质 尤为重要。所以，电厂、大型化工厂循环水系统都设沉淀池、 过滤池、旁过滤池等。
由于材料表面的脱碳，以及热处理时在线材表层产生 的大尺寸晶粒使材料表层的强度降低[1]，在高速冷镦变形 时，法兰外沿处材料在充满模具前受到三向应力作用（见图
9）， 即内部材料向外延展产生的挤压力，法兰外沿处的材
料在延展时受到很大的切向拉应力作用。当拉应力足够大， 而材料变形达到极限时，大尺寸铁素体晶粒处强度较低易优 先发生破裂[2]，于是在法兰面的外沿处就发生了撕裂现象。 3 结论和建议
（1）确定多井点补水比例，使补水有一个大致稳定的 水质指标范围；
（2）投药量确定在 50g/t，加强药效，以弥补药剂性能 局限，严格按照化验指标及时调整加药方案；
（3）调整 Cl-检测频率：改原水 Cl- 一次/天为一次/周， 改循环水 Cl-一次/周为一次/班，控制 Cl-＜262mg/l，调整 N=1.7；
表2 碱度
326．29 648．65
PH 7．56 8．31
电导率 2280 8200
总磷 ～ 2．8
CL165．62 1031．52
1#药剂 2#药剂
投药量
25mg/L 25mg/L
浓缩倍数 12h，＜ 70℃ 2．0 2．0
表3 阻垢率
试验方法
89．1% 98．11%
碳酸钙沉积法 碳酸钙沉积法
总磷 4．35 0．00
通过以上试验和各项分析结果可知导致六角法兰面螺 母冷镦开裂主要原因是线材表面脱碳超标以及表层大尺寸 铁素体晶粒的存在。
建议工厂对采购的线材以及后续热处理操作进行严格 质量控制，避免线材脱碳超标；改善热处理工艺，控制表面 大晶粒的产生；控制拉丝工艺，提高拉丝线材的表面光洁度。
参考文献
[1] 吴引淳，刘浪．SWRCH22A 冷镦钢盘条开裂原因分析 [J]．武汉工程职业技术学院学报，2004；16（2）：
硬度 原水 循环水
156．6
～
～
～
141．7 149．2 141．7 —— 51．4 45．4
—— 157．4 414．0 37．4 179．0 ——
～ 1156．1
～ 1141.3 —— ——
827 —— —— —— —— 623．0
9．47 9．67 9．96 —— -—— —— —— —— —— —— —— ——
杀菌剂分氧化性和非氧化性两类。一般此两类交替使用 能避免产生抗药性，会达到一个满意的效果。在氧化性杀菌 剂中，氯锭、洁尔灭、CLO2 的交替使用徒增成本。杀菌剂 种类繁多，但复配药剂较单体药剂性能优异。
阻垢剂和杀菌剂存在是否兼容的问题。严格监测冷却循 环水的几个重要指标，是控制水质的重要手段。因为通过水 质指标，就可以判断水质倾向——结垢倾向、腐蚀倾向、不 结垢不腐蚀倾向。从而调整循环水投药运行方案。 2 实验数据
王建国：我公司循环冷却水水质恶化的原因分析及改进措施
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（2）产生以上问题的原因，主要与后期管理中药剂使 用不当有关（浓缩倍数过高、粘泥沉积和结垢析出物不能及 时排出系统、药物起吸附粘结剂作用），不能严格按照化验 结果及时调整加药量和加药频次；另外合成水冷器泄漏后， 有甲醇漏入循环水系统为微生物粘泥的生长提供了营养炭 源加剧了生物粘泥的生长腐蚀。“无阀过滤器冬季无法使用” 只是造成结垢的次要原因。 4 采取的措施：