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工业循环冷却水系统在线清洗除垢的必要性及方法
发布日期:2014年02月19日
工业冷却循环水系统水处理
一、敞开式循环冷却水系统普遍存在的问题
敞开式循环冷却水系统中,由于水温的升高、流速的变化、冷却水的蒸发、各种无机离子和有机物质的浓缩,冷却水直接与空气接触,溶解氧含量高,水中的藻类繁殖很快,加之冷却水系统的蒸发损失、飞溅损失、泄漏损失和排污损失的影响,使系统的补水量较大。这些都是造成系统结垢、氧腐蚀、有害离子腐蚀和微生物服侍的重要原因。水垢的附着、设备腐蚀和微生物的大量滋生,可导致系统粘泥污垢堵塞管道、水质指标低劣、换热效率下降,对企业的产品质量、安全生产和节能降耗造成严重威胁。因此,选择经济实用的水处理方案,可有效的改善和解决以上问题。
(一)水垢析出降低传热效率
一般天然水中都溶解有重碳酸盐,这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成分。盐的浓度随着蒸发浓缩而增加,当其浓度达到饱和状态时,或者经过换热器传热表面使水温升高时,会发生下列反应:
Ca(HCO3)2→CaCO3↓+CO2↑+H2O
冷却水经过冷却塔向下喷淋时,溶解在水中的游离CO2气体逸出,这就促使上述反应向正反应方向进行,这样CaCO3沉淀就附着在换热器的传热表面,积累形成致密的碳酸盐水垢,使传热表面的传热性能下降。不同的水垢,其导热系数不同,但一般不超过1.16w/m·k,远远低于钢材的导热系数45w/m·k。由此可见,水垢必然造成换热器的传热效率下降。
水垢附着的危害很大,轻者降低换热器的传热效率,影响产量;重者堵塞管道,影响安全生产。
(二)设备腐蚀影响生产和缩短使用寿命
在循环冷却水系统中,大量的设备是金属制造得换热器。对于碳钢制造的换热器,长期使用循环冷却水,会发生腐蚀穿孔,其腐蚀的原因是多种因素综合造成的。
1.
冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀
敞开式冷却循环水系统,水与空气中氧气能充分地接触,因此水中溶解的O2可达到饱和状态。当碳钢与溶有O2的冷却水接触时,由于金属表面会形成许多腐蚀微电池,微电池的阳极和阴极区分别发生下列的氧化和还愿反应:
在阴极区 Fe→Fe2+2e
在阴极区 1/2O2H2O2e→2OH
在水中 Fe2+2OH→Fe(OH)2
O2
Fe(OH)2→Fe(OH)2
以上反应机理,促使微电池在阳极区的金属不断的被溶解而被腐蚀。
2.
有害离子的腐蚀
循环冷却水在浓缩过程中,除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增长而增加外,其它的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当Cl ̄和SO2—离子浓度增高时,会加速碳钢的腐蚀。Cl ̄和SO2—离子会使金属表面保护膜的保护性能降低,尤其是Cl ̄离子半径小,穿透性强,容易穿过膜层,置换氧园子形成氯化物,加速阳极过程的进行,所以氯离子是引起点蚀的原因之一。
对于不锈钢制造的换热器,Cl ̄是引起应力腐蚀的主要原因,因此冷却水中Cl ̄离子的含量过高,常使设备上应力集中部位,如换热器花板上胀管的边缘迅速受到腐蚀破坏。循环冷却水系统中如有不锈钢制的换热器时,一般要求Cl ̄的含量不超过300mg/l
3.
微生物引起腐蚀
微生物的滋生也会使金属发生腐蚀。这是由于微生物排出的粘液与无机垢和泥沙杂物等形成的沉积物附着在金属表面,形成氧的浓差电池,促使金属腐蚀。此外,在金属表面的沉淀物之间缺乏氧,因此一些厌氧菌(主要是硫酸盐还原菌)得以繁殖,当温度为2530时,繁殖更快。它分解水中的硫酸盐,产生H2S,引起碳钢腐蚀,其反应如下:
SO4
8H+8e→S2-H2O+能量(细菌生存所需)
Fe2+
S2-→FeS↓
铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因,它能使Fe2+氧化成Fe3+,释放能量供细菌生存需要。
Fe2+→Fe3+
+能量(细菌生存所需)
上述各种因素对碳钢引起的腐蚀常使换热器壁被腐蚀穿孔,形成渗漏,或工艺介质泄漏入冷却水中,损失物料,污染水体;或冷却水渗入工艺介质中,使产品质量受到影响。当被腐蚀穿孔的管子数量不多时,可采取临时堵管的办法,时换热器在减少传热面的情况下继续使用。当穿孔的管子过多时,换热器传热面减少的太多,失去冷却作用,此时只能停产更换。因此腐蚀与水垢一样,都是危害企业安全生产、造成经济损失的大敌
(三)微生物粘泥导致系统失效
冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。在新鲜水中,一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中,由于水中营养成分的浓缩,水温的升高和日光的照射,给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出粘液和藻类产生的粘性物质就像粘合剂一样,能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起,形成粘糊状的沉淀物在换热器的传热表面上,这种沉淀物称为生物粘泥,俗称软垢。附着在换热器管壁上的生物粘泥,除了会对设备管道造成微生物腐蚀外,还会降低换热器的冷却效率,甚至堵塞设备管道,迫使企业临时停产清洗。例如,北京某厂换热器中菌藻大量繁殖,半个月内就是热负荷下降到50%,不得不临时停产清洗,造成重大的经济损失。

三、敞开式循环冷却水处理的必要性
综上所述,冷却水长期循环使用,必然造成系统水垢结生,设备管道腐蚀和微生物大量滋生等问题,而循环冷却水处理就是通过对水质进行化学处理来解决这些问题的。本方案对水质化学处理的好处主要表现在以下几点:
(一)稳定生产、实现长周期运行
对循环冷却水系统进行除垢防垢处理、防腐处理和杀菌灭藻处理,可消除系统沉积物附着、设备管道腐蚀穿孔和生物粘泥堵塞等危害,使循环冷却水系统设备管道在良好的水质环境中运行,临时性检修、停车事故减少,保证循环冷却水系统长周期稳定运转。由于本方案提供的水处理措施能有效保护系统金属不能损伤,因此能大大延长设备使用寿命,从而为企业全面完成生产任务和有效提高经济效益提供了有力保障。
(二)节约水资源、降低运行成本
循环冷却水系统是一项重复利用水资源的节能环保工程,对企业节能降耗和提供经济效益都有极其重要的意义。例如年产30万吨合成氨企业,如果采用直流冷却水系统,则每小时耗水量达23500m3。如果改为循环冷却水系统,浓缩倍数控制在1.5,则每小时耗水量降为1100m3,如果将浓缩倍数提高到3,每小时耗水量只需550m3。采用本方案使康迪雅化学公司目前的冷却水耗水量减少90%以上,从而大幅度节约运行冷却水费用。因此,循环冷却水系统按本方案进行水质处理,可有效控制浓缩倍数,对于节约水资源,提高经济效益都是至关重要的。
(三)减少环境污染、保护生态环境
直流冷却水系统直接从水源抽取冷水用于冷却,然后又将温度升高后的热水再排放到水源中去。除了将废液带到水源中形成污染外,如果对直流冷却水也采用化学药剂以消除结垢、腐蚀,那么大量排放的冷却水将向水源中带入许多化学物质,对水源造成严重污染。采用本方案对循环冷却水系统进行处理可以大大减少冷却污水的排放量。由于采取无磷处理,因此排放的少量污水可达到所允许的排放标准,不会对环境造成损害,也就不存在污染环境,破坏生态平衡的问题了。

四、水处理范围及目的
(一)本方案主要包括以下内容
1.
系统传热界面的防垢阻垢;
2.
系统的杀菌灭藻和防微生物粘泥处理;
3.
管道设备的预膜防腐处理;
4.
完善的水处理技术方法;
5.
水质指标测评和效果评价。
(二)本方案主要包括以下目标
1.
提高系统的换热效率,节约能源降低冷却水消耗量;
2.
延长检修周期二年以上,降低检修费用;
3.
有效控制系统浓缩倍数,减少补水和排污量;
4.
控制腐蚀速率,延长设备使用寿命;
5.
在不增加企业岗位和人员的前提下,保证企业的安全、稳定、长周期运行生产。

五、循环水水质处理预期达到的效果
经上述水质处理,冷却循环水应满足《工艺循环冷却水处理设计规范》(GB5005095)中规定:
1.
敞开式循环冷却水系统中换热设备的水侧管壁的年污垢热阻值宜为1.72×10-43.44×10-4m2·k/w
2.
敞开式循环冷却水系统中换热设备和碳钢管壁的腐蚀速度宜小于0.125mm/a,铜、铜合金和不锈钢管壁的腐蚀速度宜小于0.005mm/a
3.
敞开式循环冷却水系统中的异养菌数宜小于5×105/ml,粘泥量宜小于4ml/m3
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