循环水化学处理基础知识

循环水化学处理基础知识

一．术语:

1.循环水量：系统循环水的量对时间的函数，以Q表示，单位t/h。

2.保有水量：循环水系统内所有水容积的总和，等于水池容积用管道和水冷设备内水的容积总和，以V表示，单位t。

3.补充水量；用来补充循环水系统中由于蒸发、排污和飞溅的损失所需的水，以M表示，单位t/h。

4.蒸发损失：在敞开式循环冷却水系统中，从设备部分来的热水回到冷却塔，通过蒸发而冷却，在此过程

中有水的损失，称为蒸发损失，以E表示，单位t/h。

5.飞溅损失：由于风力，水从系统中散失到大气中的水，以B1表示，单位 t/h。

6.排污水量：在确定的浓缩倍数条件下，需要从循环冷却水系统中排放的水量，以B2表示，单位t/h。

7.浓缩倍数：循环冷却水的含盐浓度与补充分水的含盐浓度之比值，以N表示。

8.旁滤水量：从循环冷却水系统中分流出部分水量按要求进行处理后，再返回系统的水量，以Q旁表示，单位t/ h。

9.冷却水进口温差：冷却塔入口与水池出口之间水的温差，以△t表示，单位℃。

10.药剂停留时间：药剂在循环冷却水系统中的有效时间，以T表示，单位h。

11.水平衡的关系式：

a.蒸发损失量： E=1%Q·K·△t

（10℃时，K=0.13；20℃时，K=0.14；30℃时，K=0.15）

b.飞溅损失量：B1=（0.05～0.3）%Q

c.根据水量平衡: M=E + B1 + B 2 总排污量: B= B1 + B 2 浓缩倍数: N=C R/C m

根据水中溶解含盐量平衡（由于蒸发损失水中不含盐分，故在一定的浓缩倍数下，系统平衡状态时，循

环水系统补入的水中所含盐量等于排出系统的水中所含盐量，）:

MC m=（B1 + B2）C R 式中：C m：补充水的含盐量，mg/l ；C R：循环水的含盐量，mg/l

综合得浓缩倍数选择关系式：B=E/（N-1）

e.旁滤量:Q旁=（5～10）%Q

f.循环水进出口温差：△t=t1-t 2

g.药剂停留时间：T=V/B

二结垢问题

1.影响结垢的主要因素

a.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。

b.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。

c.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。

d.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。

2.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。

3.阻垢剂的作用机理

a.控制结晶核成长

b.控制结晶继续增加

c.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

a.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”。

b.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。

c.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。

d.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。

三．腐蚀问题

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。

所谓腐蚀，即金属和它所存在的环境之间的化学或电化学反应而引起金属的破坏现象。

阳极反应是铁的溶解过程： 2Fe→2Fe2++4e

阴极是氧的还原反应： O2+2H2O+4e→4OH～

在冷却水系统中，主要是吸氧腐蚀引起金属的破坏。阳极反应在敞开式循环冷却水系统中引起的危害，

除了使系统的输水管线、水冷设备的寿命减少及损害等直接的损失之外，还有由于腐蚀造成泄漏而引起工

艺介质的污染或造成计划外的停车事故。另外由于腐蚀产生的锈瘤，也会引起水冷器传热效率下降或管线

阻碍。一般在冷却水系统中，如不使用化学处理方法，碳钢的腐蚀速率平均在 70～150mg/dm2?day 范围之内，但发生点蚀的部位腐蚀速度可达到平均腐蚀率的2～10倍。

1.影响腐蚀速度的因素

a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。

b.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。

c.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。

d.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。

e.含盐量随着盐类浓度增加，水的电导率增大，腐蚀速度上升。

f.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-