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海能说:工业循环水常识普及(三)

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浏览:- 发布日期:2017-08-22 08:16:00【
4.1腐蚀
冷却水在循环使用过程中,水在冷却塔内和空气充分接触,使水中的溶解氧得到补充,所以循环水中溶解氧总是饱和的。水中溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要原因。加上水浓缩后含盐量增加,电导率上升,也增加了腐蚀倾向。这是冷却水循环使用后易带来的问题之一。
控制金属腐蚀的方法
冷却水对金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。大部分控制方法不能完全消除这种腐蚀,只能减缓腐蚀,使其控制在一个可接受的程度。
(1)化学处理方法——添加缓蚀剂
在循环冷却水系统中加入低剂量的缓蚀剂(又称腐蚀机制剂),使金属的腐蚀受到抑制。缓蚀剂在水中的浓度一般保持几毫克/升到几十毫克/升。
缓蚀剂的缓蚀机理可从电化学腐蚀抑制和形成金属保护膜两个角度来看。从电化学腐蚀角度看,缓蚀剂抑制了阳极或阴极过程,在金属表面产生极化作用,使腐蚀电流减小,达到缓蚀作用。从成膜理论角度看,缓蚀剂在金属表面上形成一层难溶的保护膜,组织了冷却水中氧的扩散和金属的溶解。
添加缓蚀剂的化学方法能将金属的腐蚀速度控制在允许的范围,可对全系统进行保护,且经济实用,是目前应用最广泛的方法。
(2)提高运行pH值
提高循环冷却水系统运行的pH值可以降低碳钢的腐蚀速度。这是因为天然水中均含有一定量的碳酸盐及碳酸氢盐,pH值提高后碳酸盐碱度提高了。容易在金属表面形成碳酸盐保护膜。同时当pH值达到8.0以上时,溶解氧能使碳酸钢表面生成了一层钝化膜(γ-Fe2O3)。由于循环冷却水曝气和提高浓缩倍数时,水的pH值会自然增长,一般在8.0~9.5之间。故可尽量在自然pH值下运行,系统中可不加酸或少加酸。
(3)涂料覆盖法。
这种方法是在碳钢换热器的传热表面或封头上涂上防腐涂料,形成一层连续的牢固附着的薄膜。使金属与冷却水隔绝,避免受到腐蚀。此法可应用于系统中部分换热器的防腐蚀。只要涂料选择合适、涂敷的质量好,换热器的使用寿命可以很长,已发现有的使用已超过20年。在实际应用中证明在以下情况时,涂料覆盖换热器有特殊的效果。
①系统中不锈钢换热器比率大,碳钢换热器可全部采用涂料涂覆。这样可以不考虑全系统的腐蚀问题,系统中可不加腐蚀剂。
②碳钢壳程水冷却器的管外极易结污垢而造成严重的垢下腐蚀,平均寿命约为30个月左右。采用涂料覆可解决污垢问题,寿命大大提高,有的已使用10年以上。
③用海水冷却的碳钢水冷却器,其腐蚀速度提高,因海水中氯离子含量可高达20000mg/L左右,对不锈钢也可能产生应力腐蚀开裂。采用涂料涂覆的碳钢水冷器,既可避免海水腐蚀又可降低造价,所以很有前途。
(4)采用耐腐蚀材料的换热器。
采用比碳钢耐蚀的材料来制造换热器。常采用的金属耐蚀材料有铜合金、不锈钢、铝和钛合金,非金属耐蚀材料有石墨、搪玻璃、氟塑料、聚丙烯、石墨改性聚丙烯等。金属材料比起非金属材料有热导率高、强度高、耐压力高、耐温度高的特点,适合于大型的换热器。
(5)电化学保护法——阴极保护法。
从电化学腐蚀反应看,阳极的金属受到腐蚀,而阴极上①护屏保护;②外加电流保护;

4.2结垢
水浓缩之后成垢离子成倍增加。特别由于碳酸氢盐是很不稳定的盐类,它在换热器表面上受热会分解为碳酸盐和二氧化碳。碳酸钙的溶解度很低,使传热面上结碳酸钙水垢的倾向增加,这是问题之二。
5.2.1冷却水系统中水垢的形成
在循环冷却水系统中,水垢是由过饱和的水溶性组分形成的。水中溶解有各种盐类,如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等,其中以溶解的碳酸氢盐如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2最不稳定,极容易分解生成碳酸盐。因此,当冷却水中溶解的碳酸盐较多时,水流通过换热器表面,特别是温度较高的表面,就会受热分解,其反应如下:
Ca(HCO3)2? CaCO3?+H2O+CO2
当循环水通过冷却塔,溶解在水中的CO2会逸出,水的pH值升高,此时,碳酸氢盐在碱性条件下也会发生如下的反应:
Ca(HCO3)2+2OH-? CaCO3?+2H2O+CO32-
如水中溶有适量的磷酸盐与钙离子时,也将产生磷酸钙的沉淀:
2PO43-+3Ca2+? Ca3(PO4)2?
上述一系列反应中生成的CaCO3、Ca3(PO4)2等均属难溶性盐,它们的溶解度比起Ca(HCO3)2来要小得多。同时,它们的溶解度与一般的盐类还不同,其溶解度不是随着温度的升高而加大,而随着温度的升高而降低。因此,在换热器传热表面上,这些难溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中结晶析出,尤其当水流速度小或传热面较粗糙时,这些结晶沉淀物就会沉积在传热表面上,形成了通常所称的水垢。由于这些水垢结晶致密,比较坚硬,又称为硬垢。常见的水垢成分为碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐。
5.2.2防止结水垢的方法
防止或控制水垢的方法有化学方法和物理方法。国内已使用的物理方法有磁化处理及静电处理。目前物理方法多应用在单台设备或小型循环水系统中,其技术尚待掌握。对于大中型循环冷却水系统来说,采用化学方法处理较成熟、经济和有效。因最常见的水垢是碳酸钙,所以各种方法的重点是解决碳酸钙沉积问题。

4.3黏泥
冷却水和空气接触,吸收了空气中大量的灰尘、泥沙、微生物及其孢子,使系统的污泥增加。冷却塔内的光照、适宜的温度、充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长,从而使系统黏泥增加,在换热器内沉积下来,造成了黏泥的危害,这是水循环使用后易带来的问题之三。
清洗水冷却器中的黏泥
系统清洗水冷却器中的黏泥的目的是将水冷却器表面的黏泥剥离下来并排除新系统外。这种系统清洗实际上是强化了的杀生处理。采用较大的杀生剂量。特别是加入剥离效果较强的非氧化性杀生剂进行杀生,使黏泥剥落入循环水系统中,再通过排污使黏泥排除系统。其基本方法是“杀生-剥离-排污”或“杀生剥离-排污-再杀生-排污”。循环水中加入杀生剂后一般运行24h排污,24h之后开排污阀,排污水量适当加大以利黏泥排除系统。
冷却水的循环使用对换热器带来的腐蚀、结垢和黏泥问题要比使用直流水严重得多。因此,循环冷却水如果不加以处理,则以上问题的发生将使换热设备的水流阻力加大,水泵的电耗增加,传热效率降低,并使生产工艺条件处于不正常状况。一些工厂,为了提高传热效率的需要,换热器的管壁很薄,并且严格控制污垢的厚度,换热器一旦发生腐蚀或结垢,尤其是局部腐蚀的发生,后果相当严重!因此,换热系统必须综合解决腐蚀、结垢和微生物黏泥三个问题。
冷却水的化学处理是用加入化学药品的方法来防止循环冷却水系统腐蚀、结垢和黏泥等问题的产生。常用的处理药剂有缓蚀剂、阻垢剂和杀生剂等。
 

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