循环水处理-结垢与沉积控制

2004-02-021循环水处理－结垢与沉积控制2004-02-022敞开式循环冷却水系统产生的问题•三大问题：腐蚀沉积生物附着腐蚀产物沉积物下腐蚀2004-02-023沉积物的分类•水垢•污垢：1、淤泥2、腐蚀产物3、生物沉积物2004-02-024水垢•Ca(HCO3)2ΔCaCO3+H2O+CO2•Ca(HCO3)2+2OH-CaCO3+2H2O+CO32-•CaCl2+CO32-CaCO3+2Cl-•2PO43-+3Ca2+Ca3(PO4)2•CaSO4、MgSiO3、Al2O3.SiO2、Zn3(PO4)2、FePO4、CaO.MgO.2(SiO2)、SiO22004-02-025溶解度温度水垢溶解特性－反溶解性2004-02-026水垢的形成机理水可溶解矿物质分散溶解过渡饱和晶核形成晶体成长水垢2004-02-0270.0010.0010.0100.0100.1000.100垢的厚度(英寸)00101020203030404050506060707080809090100100水垢对传热效率的影响SiO2粘土(高岭土)CaSO4CaCO3Al2O3传热系数减少率，％2004-02-028污垢•体积较大，质地疏松稀软，又称软垢。•是引起垢下腐蚀的主要原因。•是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。•一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其粘性分泌物等组成。2004-02-029热交换管的总热阻温度梯度5X壳层交换管总热阻管侧流体管侧沉积物管壁金属壳层沉积物壳层流体lr+Ut=rtfrmrsfrs+++2004-02-0210水垢析出的判断（一）、碳酸钙析出的判断1、饱和指数（L.S.I）：水的实际pH值与其碳酸钙饱和pH值（以pHS表示）的差值。即L.S.I=pH－pHS。•L.S.I：0结垢、=0稳定、0腐蚀•pHS的简化计算公式：（A.B.C.D可查表得到）pHS=（9.7+A+B）－（C+D）A：总溶解固体系数；B：温度系数；C：钙硬度系数；D：总碱度系数。2004-02-0211水垢析出的判断（一）、碳酸钙析出的判断2、稳定指数（R.S.I）：水体碳酸钙饱和pH值（以pHS表示）的2倍与其实际pH值的差值。即R.S.I=2pHS－pH。•R.S.I：6结垢、=6稳定、6腐蚀2004-02-0212水垢析出的判断（一）、碳酸钙析出的判断3、结垢指数（P.S.I）：水体碳酸钙饱和pH值（以pHS表示）的2倍与其平衡pH值（以pHeq表示）的差值。即P.S.I=2pHS－pHeq。•P.S.I：6结垢、=6稳定、6腐蚀•pHeq=1.465lgM+4.45；M：系统中水的总碱度（以CaCO3表示），ppm2004-02-0213水垢析出的判断（一）、碳酸钙析出的判断4、临界pH结垢指数：用实验方法测出结垢时水的真实pH值，将其称为临界pH值，以pHC表示。•一般pHC=pHS+（1.7～2.0）•判断：水体实际pH值大于它的临界pH时就会结垢。2004-02-0214水垢析出的判断（二）、磷酸钙析出的判断•磷酸钙的饱和pH（pHS）计算：钙因素、磷酸盐因素、温度因素均可查表获得。•水的实际pH－磷酸钙饱和pH：1、0，预示磷酸钙有沉淀的可能；2、0，磷酸钙有溶解的倾向。实际应用时，常控制其差值在1.5以下。2004-02-0215水垢析出的判断（三）、硅酸盐垢析出的判断•限制冷却水中SiO2的含量，一般175ppm•控制硅酸镁浓度积：[Mg2+][SiO2]15000[Mg2+]－镁离子的浓度（以CaCO3计），ppm[SiO2]－硅酸浓度（以SiO2计），ppm2004-02-0216沉积物的控制一、水垢的控制（一）、从冷却水中除去成垢的钙离子1、离子交换树脂法2、石灰软化法（二）、降低冷却水pH，稳定重碳酸盐1、加酸2、通CO2（三）、投加阻垢剂2004-02-0217pHpH对沉淀作用的影响沉淀作用2004-02-0218沉积物的控制二、污垢的控制1、降低补充水浊度2、做好循环冷却水水质处理3、投加分散剂4、增加旁滤设备2004-02-0219阻垢剂及分散剂一、聚磷酸盐1、三聚磷酸钠2、六偏磷酸钠•原理：破坏了碳酸钙等晶体的正常生长过程，从而阻止了碳酸钙水垢的形成。•缺点：在水中会发生水解，生成正磷酸盐，水解速率随着浓度和温度升高而加快，pH大于7.5或小于6.5时，水解速度也会加快。2004-02-0220阻垢剂及分散剂二、有机膦酸1、ATMP（氨基三甲叉膦酸）2、EDTMP（乙二胺四甲叉膦酸）3、HEDP（羟基亚乙基二膦酸）4、DTPMP（二亚乙基三胺五亚甲基膦酸）2004-02-0221阻垢剂及分散剂三、膦羧酸•PBTCA（2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸）1、阻垢性能优于有机膦酸2、不易形成难溶的有机膦酸钙3、高剂量使用是一种高效缓蚀剂4、与锌盐和聚磷酸盐复配可产生良好协同效应2004-02-0222阻垢剂及分散剂四、有机磷酸酯1、抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙的效果较差。2、比聚磷酸盐难水解，比有机磷酸容易水解。3、对含油污冷却水的水质控制能保持良好的缓蚀、阻垢作用，有着特殊的效果。4、对水生动物毒性很低，水解后的产物可以生物降解，对环境没有什么影响。2004-02-0223阻垢剂及分散剂五、聚羧酸1、PAA（聚丙烯酸）2、聚甲基丙烯酸3、丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物4、丙烯酸与丙烯酸酯共聚物5、HPMA（水解聚马来酸酐）6、马来酸酐-丙烯酸共聚物7、苯乙烯磺酸-马来酸（酐）共聚物2004-02-0224聚合物被吸附到悬浮物表面使悬浮物表面带负电荷而相互排斥-----相互排斥-------------2004-02-0225抑制CaCO3能力1100ppmCa;pH8.6;Temp70℃;LSI2.955060708090100APBTCAHEDPHPMA2004-02-0226抗卤素性能抗卤素性能余氯量,ppm阻垢率，％1107ppmCa;pH8.6;Temp70℃506070809010002510AHEDP2004-02-0227“钙容忍度”停留时间（Hr）APBTCAPMAPAAHEDP阻垢率，％1000ppmCa;pH9.0;Temp70℃405060708090100101520253035402004-02-0228铁对阻垢剂性能的影响051015202530AATMPPMAPAAHEDPPBTCA性能损失率，％2004-02-0229阻垢剂及分散剂六、天然分散剂•在尚未发展聚合物沉淀控制剂，曾采用丹宁、木质素、磺化木质素、磺化丹宁酸、淀粉、改性淀粉和CMC（羟甲基纤维素）等天然有机物质作为分散剂，控制水垢的生成。七、表面活性剂2004-02-0230表面活性剂•非离子型1、适合于被长链烃油污染的水体2、有微生物污染时也能很好地发挥作用3、作为生物杀灭剂或氯的增强剂•阴离子型1、适合于被环状烃油污染的水体2、不适用于被微生物污染的水体•生物表面活性剂1、特别为微生物控制而设计，增强生物杀灭剂的能力2、有油时最好不要使用2004-02-0231表面活性剂用作油分散剂油水非极性极性表面活性剂分子2004-02-0232沉积物控制化学方法机械方法运行工况调整去除杂质分散剂阻垢剂2004-02-0233机械方法去除杂质运行工况调整软化澄清净化过滤旁滤清洗提高流速增大排污改善设备设计降低运行温度调节pH值2004-02-0234化学方法阻垢剂分散剂天然人工合成螯合增溶晶格畸变