循环水基础知识

一、给水预处理的目的及基本方法给水预处理的目的是去除或降低原水中悬浮物质，胶体，有害细菌及生物以及水中的其他有害杂质，使处理后的水质满足用户的要求。

通常采用的方法自然沉淀，混凝沉淀，过滤，消毒软化，除铁除锰，上述方法可根据原水质和用户要求选用或联合使用。

二、循环水系统存在的问题主要有腐蚀、结垢、粘泥、菌藻、泄漏等1、腐蚀的基本概念一般的说法腐蚀的定义是材料（通常是金属）和它所存在的环境之间的化学或电化学反应而引起材料的破坏及其性质的恶化变质叫腐蚀。

根据反应机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀，根据形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀。

2、影响腐蚀速度的因素(1)溶解氧的浓度，随浓度增大，腐蚀率增加；但当达到一定极限时，高氧会使氧化物成为钝化膜，降低腐蚀速度。

(2)PH值。

PH在4～10时，腐蚀由扩散过程控制腐蚀速度与PH关系不大，当PH小于4时，氧化膜被溶解，金属表面与酸性溶液接触，产生两个去极化作用。

氧的去极化O2+4H++4e→2H2O氢的去极化2H++2e→H2故电化学腐蚀加强，腐蚀速度加快。

PH在10～13时，碳钢表面PH值升高，氧的钝化临界浓度降低到6ppm，生成r-Fe2O3而钝化腐蚀速度下降。

PH＞13时，钝化膜被溶解，生成可溶性络合物铁酸钠（NaFeO2）和亚铁酸钠（Na2FeO2）腐蚀速度又上升。

(3)温度及热负荷通常随着温度升高，腐蚀速度增加。

温度升高增加了反应速度和扩散速度，在氧浓度一定时，温度每升高30℃腐蚀速度就增大一倍。

对敞开式循环水而言温度在80℃以内，温度升高加快腐蚀，80℃以上腐蚀速度才开始下降。

(4)流速不加缓蚀剂水流速度对腐蚀速度影响较大，水的流动状态强烈的影响着氧的扩散速度。

水的流速大，使氧的极限扩散电流密度增大，腐蚀速度增大，在层流区内腐蚀速度随流速增加而缓慢上升。

当流速达到V临时，从层流转为湍流，开始时，腐蚀速度会剧增。

对加有缓蚀剂的系统，流速有着不同的作用，水的流速在一定范围内(如在1米/秒左右)会对缓蚀有利，流速增加，缓蚀剂容易到达金属表面，可冲走污泥防止局部垢下腐蚀，水的流速应尽可能大一些，壳程水冷器在0.5米/秒以上为好，管程在1米/秒左右。

(5)含盐量随着盐类浓度增加，水的电导率增大，腐蚀速度上升。

(6)阴离子水中阴离子的存在，会加速腐蚀速度，氯离子的存在会对不锈钢引起点蚀或应力腐蚀的破裂。

在增加金属溶解速度方面，不同离子有着不同的影响，其顺序为NO3-<CL-<SO42-<ClO4-(7)悬浮物水中悬浮固体的增加会加大腐蚀速度。

悬浮物的沉淀还会引起沉积物下的氧浓差电池腐蚀，使局部腐蚀加快，悬浮物沉积还会阻碍缓蚀剂到达金属表面，从而影响缓蚀剂的缓蚀效果。

浊度应控制在10PPm以内。

(8)微生物冷却水中的微生物，特别是一些能产生粘泥的微生物在金属表面沉积，引起垢下腐蚀。

同时一些微生物的新陈代谢过程也参与了电化学过程，促使腐蚀加速。

(9)腐蚀性溶解气体硫化氢气体的溶解会促进碳钢腐蚀，氨的溶解会形成铜氨络合离子，促进铜的腐蚀，二氧化碳的溶解，会增加阴极氢去极化作用，加速腐蚀过程。

(10)金属材料金属材料的不均匀性会使金属的各表面部分的电极电位值不同而产生电位差引起腐蚀，金属材料的组分不同也影响到其耐蚀性。

(11)金属表面状态金属表面光洁度也影响到金属腐蚀速度，不光滑的表面比磨光的金属表面容易腐蚀。

三、缓蚀剂的缓蚀机理因缓蚀剂的种类繁多，作用机理各不相同，尚没有公认的见解。

按保护膜的类型可分为成膜理论和吸附理论。

成膜理论认为缓蚀剂与金属作用生成氧化膜(或称钝化膜)或缓蚀剂与介质中的离子反应生成沉淀膜而使金属的腐蚀减慢。

吸附理论认为缓蚀剂的在金属表面具有吸附作用，生成了一种在金属表面的吸附膜，从而使金属的腐蚀速度减慢。

氧化膜型缓蚀剂，以缓蚀剂本身作氧化剂或以介质中的溶解氧作氧化剂，使金属表面形成钝态的氧化膜来减缓金属的腐蚀速度。

沉淀膜型缓蚀剂，此类缓蚀剂能在金属表面形成沉淀膜，它可以由缓蚀剂的相互作用形成，也可以由缓蚀剂与腐蚀介质中存在的金属离子反应形成，沉淀膜比氧化膜要厚，一般有几百到一千埃。

沉淀膜电阻大，并能使金属和腐蚀介质隔离，因而起到抑制腐蚀作用。

吸附膜型缓蚀剂，多数是有机缓蚀剂，它们都是具有N、S、O等官能团的极性化合物，能吸附在金属表面上。

它们之所以能起缓蚀作用是因为在分子结构中具有可吸附在金属表面的亲水基团和遮蔽金属表面的疏水基团。

亲水基团定向吸附在金属表面，而疏水基团则阻碍水及溶解氧向金属表面扩散。

从而达到缓蚀作用。

四、冷却水中的常见腐蚀类型1、均匀腐蚀(又称全面腐蚀)2、垢下腐蚀3、电偶腐蚀4、缝隙腐蚀5、点蚀(有称孔蚀)6、应力腐蚀破坏7、汽蚀8、磨蚀9、微生物腐蚀五、常用的缓蚀剂及分类无机缓蚀剂如：铬酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐、硅酸盐及钨酸盐等。

有机缓蚀剂：胺类、膦酸盐、含硫化合物及杂环化合物六、冷却水系统的结垢及污垢种类控制冷却水系统的结垢，是冷却水处理的主要任务之一，在循环冷却水运行过程中，如果结垢问题控制不好，就会使热交换器效率降低，给冷却水系统运行和操作带来很大困难，其原因是由于受热面与冷却水接触的管壁表面上粘附了各种沉积物。

为了避免或减轻沉积物的产生，防止传热效率降低，延长热交换器的寿命，必须防止垢的产生。

粘附在热交换器冷却水侧管壁表面上的碳酸钙，磷酸钙、硫酸钙、镁盐、硅垢、氧化铁等，常见的污泥有灰尘泥渣、砂粒、天然有机物、微生物群落一般碎片砂粒及铝盐等。

七、影响结垢的主要因素1、水质水质是影响污垢沉积的最主要因素之一，冷却水水质的各项控制指标如硬度、碱度、总溶固、水中各种成垢离子、悬浮物，绝大部分是针对防垢的要求而制定的，水的PH对成垢影响也很大，PH高有利于腐蚀控制，但不利于垢沉积控制。

2、温度温度直接影响冷却水的结垢过程，冷却水流速一定时，水温越高，垢沉积速度越大。

温度升高还能使那些反溶解度的盐类加速析出沉积，甚至还能起烘烤作用，使已沉积的污垢转化为难以消除的形态。

3、流速水的流动状态的作用对垢的沉积很明显，它决定剥离污泥切力的大小，在换热器中冷却水流速<0.3米/秒时，悬浮物和其它固形物就会开始沉淀，为避免沉淀产生，故要求冷却水最低流速大于0.5米/秒。

4、表面状态金属表面粗糙度和糙面的分布密度以及均匀程度，都直接影响晶核生成和污垢沉积，表面越粗糙，相应的表面积越大，吸附垢的能力也越强，金属性质不同，导热系数各有差异，也会产生结垢状态变化。

除了以上提到的因素外，还有冷却水中菌藻微生物的生长，腐蚀产物的形成程度工艺过程中物料的泄漏以及换热器的几何形状，水的流动都能影响到垢的形成。

八、垢的形成机理随着溶液浓度增加到达饱和或过饱和状态，溶质分子间距离缩小，分子与分子之间碰撞机会增加，生成晶核，在晶核生成初期，微小的晶核又会产生再溶解，当晶核长大到临界核(临界粒径)时，再溶解过程减弱，结晶开始迅速生长，吸附在换热器水侧管壁，这便是结垢。

九、阻垢剂的作用机理：预防垢的形成，大体有下列三个方面1、控制结晶核成长2、控制结晶继续增加3、使结晶分散上述三个步骤中，若有一个被破坏，则整个成垢过程就被控制，在循环水系统中投加阻垢剂、分散剂就是为了控制其中的一个步骤或几个步骤，以达到阻垢目的。

阻垢剂就是通过对水中成垢离子进行螯合作用，低剂量效应，使其生成的结晶，晶格畸变，大晶粒分散成小晶粒等作用来达到阻垢效果的1、所谓螯合即阻垢剂与水中钙镁离子形成螯合物，且这些螯合物是水溶性的，将更多的钙镁离子稳定在水中，相当于增加了微溶性钙镁盐在水中的溶解度，从而减少了微溶盐生成过饱和溶液的可能性。

这一过程也叫“络合增溶”。

2、低剂量效应螯合作用是可以按化学当量计算的。

实际上，在水中反投加几个PPm的阻垢剂，可将比按化学当量计算高得多的，甚至几百个PPm的钙离子稳定在水中，这就是低当量效应。

通过试验发现，在低浓度时，随着阻垢剂浓度增加，其阻垢率上升，但当达到一定值后，阻垢率的增加就不明显了。

象有机膦酸盐，聚羧酸聚磷酸盐都具有这种低当量效应。

3、晶格畸变在碳酸钙过饱和溶液中，一旦出现晶格，晶体就迅速成长，在成长过程中，晶体界面上若有螯合物存在，螯合物占据晶体生长的晶格座位，晶格继续长大，螯合物被镶嵌在其中，这种含有螯合物的晶体是不稳定的，晶体中有弹性应力，当外部环境条件变化时，晶体在弹性应力作用下碎裂形成外型不规则的小晶体，晶格发生畸变。

4、分散作用某些阻垢剂具有分散作用，在冷却水中有碳酸钙、磷酸钙、硫酸钙等小晶体及其它悬浮粒子存在时，由于物理或化学作用，阻垢剂被吸附到颗粒表面，颗粒表面形成双电层，在静电作用下，颗粒相互排斥，避免了颗粒碰撞积聚成长，使微小的颗粒分散在水中。

十、常用的阻垢剂类型1、有机膦酸盐膦酸盐是指分子中有两个或两个以上的磷酸基团与碳原子相连的有机化合物，如：HEDP、ATMP、EDTMP等2、有机膦酸酯作为水处理剂的有机磷酸酯，常用的是磷酸一酯和磷酸二酯，此处还有焦磷酸酯以及羟基化磷酯等3、膦羧酸盐膦羧酸含有(PO3H2)和(COOH)两种基团，不但起到阻垢作，它可与锌盐，聚磷酸盐或膦酸盐等并用，起到缓蚀作用。

4、水溶性聚合物水溶性聚合物是指不同或相同的单体，经过聚合反应生成的共聚物。

聚合物的性质主要由其链长或分子量及在链上的特性基团而定。

特性基团所具有的电荷性能，决定聚合物在水中的性质。

常用的有聚丙烯酸、水解聚马来酸酐、富马酸-丙烯酸共聚物、聚丙烯酰胺、聚马来酸乙醇胺等5、天然分散剂如：丹宁、木质素、磺化木质素、磺化丹宁酸、淀粉、改性淀粉和羧甲基纤维素等天然有机物质也有一定的分散能力，起到控制水垢生长作用十一、冷却水中微生物的主要危害自然界中有一类体型非常微小，构造十分简单的生物，它们中多数是单细胞的，一般用肉眼都看不见，必须借助光学显微镜或电子显微镜才能看到，这就是微生物，它量大且繁殖之快。

冷却水系统是一个特殊的生态环境，适合于多种微生物的生长。

微生物的大量繁殖会给冷却水系统带来一系列的危害，如粘泥沉积、管道堵塞、传热效率降低、设备腐蚀等等，因微生物控制不当而导致水质严重恶化，威胁生产的例子是很多的。

1、微生物能产生大量生物粘泥，有附着型生物粘泥，沉积型生物粘泥，悬浮型生物粘泥，冷却水系统生物粘泥的生长与发展危害极大，轻则使设备工况恶化，动力消耗增加，重则可导致被迫停车，造成重大经济损失。

2、微生物对金属有腐蚀作用主要腐蚀方式有：腐蚀微电池的去极化作用，形成氧的浓差电池促进腐蚀，微生物代谢产物中含有各种酸类，使环境PH 下降引起腐蚀。

3、对冷却塔的影响冷却塔部位光照充足，通风良好，是藻类生长的理想场所。

特别是敞顶的冷却塔藻类更加严重，往往引起布水孔堵塞，影响水量和水流分布，藻类在填料层生长，影响溅水板的分散能力，同时还会使通风量减小，降低冷却效率。