循环冷却水系统中的沉积物及其控制

浙江师范大学环境科学专业课程工业水处理技术林红军[e-mail]浙江师范大学地理与环境科学学院2013年·金华IndustrialWaterTreatmentTechnology第一篇水及工业用水预处理第一章水及工业用水第二章工业用水预处理第二篇循环冷却水处理第三章循环冷却水系统及其水处理概况第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制第五章循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制第六章循环冷却水系统中的微生物及其控制第七章冷却水系统的清洗和预膜第八章循环冷却水系统的日常运行第九章冷却水系统中腐蚀、沉积物和微生物的现场监测目录第三篇锅炉水处理第十章锅炉及其水汽质量标准第十一章离子交换树脂及离子交换基本原理第十二章离子交换水处理第十三章膜法除盐水处理第十四章凝结水的净化第十五章锅内加药处理第十六章热力设备系统的腐蚀与控制第十七章锅炉的清洗第四篇工业水处理中的分析与监测第十八章水质的分析第十九章沉积物的分析第二十章常用水处理剂的分析第二篇循环冷却水处理第三章循环冷却水系统及其水处理概况第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制第一节循环冷却水系统中的沉积物第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第三节阻垢剂及分散剂第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制一、沉积物的分类第一节循环冷却水系统中的沉积物水垢淤泥腐蚀产物生物沉积物循环冷却水系统在运行过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面污垢（一）水垢第一节循环冷却水系统中的沉积物天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等如果使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解（一）水垢第一节循环冷却水系统中的沉积物在0oC时，重碳酸钙的溶解度2630mg/L碳酸钙的溶解度只有20mg/L磷酸钙的溶解度只是0.1mg/L溶解度随着温度的升高而降低当水流速度较小或传热面较粗糙时，这些结晶沉积物就容易沉积在传热表面上硫酸钙的溶解度是1800mg/L这类沉积物通常称为水垢。因为这些水垢都是由无机盐组成，故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢（二）污垢第一节循环冷却水系统中的沉积物污垢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黏性分泌物等组成由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因，也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。污垢和水垢一样，也会影响换热器的传热效率二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数（L.S.I.）碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时，存在着下列动平衡关系饱和pH饱和指数1936年朗格利尔(langelier)提出pHspH-pHsL.S.I.L.S.I.0碳酸钙垢会析出，这种水属结垢型水L.S.I.0使碳钢表面裸露在水中而受到腐蚀，这种水称作腐蚀型水碳酸钙既不析出，原有碳酸钙垢层也不会被溶解掉，这种水属于稳定型水L.S.I.=0二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数（L.S.I.）(1)计算饱和pHs的公式根据电中性原则和质量作用定律二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数（L.S.I.）(2)计算饱和pHs的简化方法二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数（L.S.I.）(2)计算饱和pHs的简化方法例题已知某水的水质分析值如下：试计算该水质的pHs值第一节循环冷却水系统中的沉积物例题已知某水的水质分析值如下：试计算该水质的pHs值二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数（L.S.I.）(3)饱和指数的应用通常设计部门对水质处理进行设计和确定药剂配方时，往往根据水质资料首先计算一下饱和指数，以判断水质是属于什么类型的，然后再考虑处理方案根据该水质条件并考虑浓缩倍数为3的运转条件，计算了该水质的饱和指数二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断2.稳定指数（R.S.I.）饱和指数在预测水质性能时经常出现错误的判断提出以下两种假设的水从饱和指数看，两种水都是结垢型的，但实际上(a)种水是结垢型的，而(b)种水则是强腐蚀型的稳定指数二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断2.稳定指数（R.S.I.）碳酸钙垢析出的判断依据(a)种水是结垢型的(b)种水是强腐蚀型的二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断3.结垢指数（P.S.I.）水的总碱度比水的实际测定pH能更正确地反映冷却水的腐蚀与结垢倾向并提出结垢指数（P.S.I.）为表4-3由总碱度查平衡pH值二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断4.临界结垢指数晶体生长理论认为，对微溶性盐如碳酸钙，必须要出现一定的过饱和度始能析出沉淀。与过饱和度相应的pH值称为临界pH值pHc临界pH结垢指数完全是用实验测定值代替热力学平衡推导式来预测水中的碳酸钙是否会沉淀出来，其实用意义均比为好三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）管壁两侧为流体的传热基本方程炼油厂用各种类型的换热器将冷却水和热流体隔开，并通过管壁将热流体的热量传给冷却水三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）管壁两侧为流体的传热基本方程一般化工、炼油、发电等生产厂多为稳定的连续操作，因此换热器中各点的温度不随时间而变由于温度差沿传热面不断变动，在换热器两端（冷却水的出口端和进口端）热流体与冷却水之间的温度差分别为热流体冷却水冷却水和热流体温度差的平均值管壁两侧为流体的传热基本方程三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（二）管壁两侧为流体的传热原理单位时间内由热流体传递给冷却水的热量Q可使冷却水温度升高：三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（三）总传热系统的计算包括三个过程：三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（三）总传热系统的计算三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（三）总传热系统的计算又因恒温稳定传热，故有三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（四）污垢热阻的测定和计算由沉积物引起的热阻通常称为污垢热阻如果在传热实验中，欲测定冷却水侧的污垢热阻，则可设法控制热流体侧不生成污垢三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物（四）污垢热阻的测定和计算一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制1.离子交换树脂法用离子交换法软化补充水，成本较高。因此只有补充水量小的循环冷却水系统间或采用之一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制2.石灰软化法在预处理时就投加适当的石灰，让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中的Ca2+投加石灰所耗的成本低投加石灰时，灰尘较大，劳动条件差尤其对暂时硬度大的结垢型原水更适用一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制1.加酸通常是加硫酸加酸如果采用加酸法，最好配有自动加酸、调节pH值的设备和仪表为什么不加盐酸或硝酸一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制2.通CO2气通CO2气气易从水中逸出，因而在冷却塔中析出碳酸钙，堵塞冷却塔中填料之间的孔隙。这种现象称钙垢转移有些化肥厂或化工厂生产过程中有大量CO2气产生注意凉水塔中适当补充一些CO2气一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制结晶动力学观点从的CaCO3结晶过程看，如能投加某些药剂，破坏其结晶增长，就可达到控制水垢形成的目的聚磷酸盐有机多元膦酸有机磷酸酯聚丙烯酸盐目前使用的各种阻垢剂:结晶的过程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒二、污垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制循环冷却水中悬浮物浓度不宜大于20mg/L分散剂能将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒使之悬浮于水中，随着水流流动而不沉积在传热表面上，从而减少污垢对传热的影响，同时部分悬浮物还可随排污水排出循环水系统。循环冷却水系统在稳定操作情况下浊度会升高的原因是由于冷却水经过冷却塔与空气接触时，空气中的灰尘会被洗入水中，特别是工厂所在地理环境干燥、灰尘飞扬时更是明显。如果在系统中增设旁滤设备，只要控制旁流量和进、出旁流设备的浊度，就可保证系统在长时间运行下浊度也不会增加，维持在控制的指标内，从而减少污垢的生成。一、聚磷酸盐第三节阻垢剂及分散剂长链状阴离子的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠结构式20-100六偏磷酸钠没有固定的熔点，在水中溶解度很大，但不恒定其水溶液有很大的粘度一、聚磷酸盐第三节阻垢剂及分散剂六偏磷酸钠2mg/L时效果较好从实验可知，几mg/L的聚磷酸盐就能防止几百mg/L的碳酸钙沉淀析出一、聚磷酸盐第三节阻垢剂及分散剂几mg/L的聚磷酸盐就能防止几百mg/L的碳酸钙沉淀析出作用机理聚磷酸盐在水中生成的长链的阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同时这种阴离子易于和CO32-的离子置换，这种置换发生在分散于水中的全部钙离子层上，从而防止了碳酸钙的析出聚磷酸盐除用作防止水垢外，也可作缓蚀剂用聚磷酸盐在水中会发生水解，生成正磷酸盐。正磷酸盐又是菌藻的营养物单纯用聚磷酸盐作阻垢剂已逐渐被淘汰，代之而起的是复合磷酸盐配方二、有机膦酸第三节阻垢剂及分散剂1.ATMP化学名称为氨基三亚甲基膦酸2.EDTMP化学名称为乙二胺四亚甲基膦酸3.HEDP化学名称为羟基亚乙基二膦酸4.DTPMP化学名称为二亚乙基三胺五亚甲基膦酸三、膦羧酸第三节阻垢剂及分散剂化学名称为2-膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸四、有机磷酸酯第三节阻垢剂及分散剂有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差有机磷酸酯一般与其他药剂如聚磷酸盐、锌盐、木质素和苯并三氮唑等复合作用五、聚羧酸第三节阻垢剂及分散剂1.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.水解聚马来酸酐五、聚羧酸第三节阻垢剂及分散剂6.马来酸酐-丙烯酸共聚物7.苯乙烯磺酸-马来酸（酐）共聚物8.丙烯酸-2-甲基-2-丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物9.聚天冬氨酸六、天然分散剂第三节阻垢剂及分散剂木质素磺酸是由磺化后的结构单元组成的，磺化结构单元大致是这样的：是一种分散剂和螯合剂，同时也是一种缓蚀剂六、天然分散剂第三节阻垢剂及分散剂一般均指天然丹宁,大部分水解类丹宁都含有没食子酸这种结构单元，各单元间是以酯或甙的键来联系的，即通过氧原子来联系的丹宁既是分散剂、螯合剂，也是一种缓蚀剂Thanks!