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工業循環水常見的4大問題+22種具體解決方案,節水節能就靠它們!

【發表時間:2019-1-9 22:39:16】 【返回目錄:技術文章

工業循環水

冷卻水占工業用水主體,提高其重復利用率、循環使用是節水節能的必須手段。

循環水運行過程中常產生的問題

在工業生產的工藝條件下,工業循環水水質常會發生一系列變化,對生產造成危害,如:腐蝕、結垢、菌藻、粘泥等。

這些問題如果得不到有效的解決,則無法進行安全生產,造成巨大的工業損失。

1.銹垢:碳鋼設備主要成分是鐵,鐵容易生銹,除了由于它的化學性質活潑以外,同時與外界條件也有很大關系。水分是使鐵容易生銹的物質之一。然而,光有水也不會使鐵生銹,只有當空氣中的氧氣溶解在水里時,氧在有水的環境中與鐵反應,才會生成一種叫氧化鐵的東西,這就是鐵銹。鐵銹是一種棕紅色的物質,它不像鐵那么堅硬,很容易脫落,一塊鐵完全生銹后,體積可脹大8倍。如果鐵銹不除去,這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分,鐵也就銹蝕得更快。

2.水垢:由于循環冷卻水在冷卻過程中不斷地蒸發,使水中含鹽濃度不斷增高,超過某些鹽類的溶解度而沉淀附著在系統管壁上形成水垢。常見的有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的產生大大的降低了傳熱效率,0.5毫米的垢厚就使傳熱系數降低17.9%。

3.泥垢:污垢主要由水中的有機物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構成,垢的質地松軟,不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕。

4.腐蝕:循環冷卻水對換熱設備的腐蝕,主要是電化學腐蝕,產生的原因有設備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子(Cl-、Fe3+、Cu2+)以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素,腐蝕的后果十分嚴重,不加控制極短的時間就能使設備報廢。

水垢

由于循環水在冷卻過程中不斷地蒸發,使水中含鹽濃度不斷增高,超過某些鹽類的溶解度而沉淀。

常見的有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。

碳酸鈣

碳酸鈣是工業循環冷卻水中最常見的水垢,主要是Ca(HCO3)2在循環冷卻水的運行中受熱分解成CO2和CaCO3。

磷酸鈣

為了抑制系統材質的腐蝕,常常要加入聚磷酸鹽來作為緩蝕劑,當水溫升高時,聚磷酸鹽會分解為正磷酸鹽。

硅酸鎂

水中的SiO2量過高,加上水的硬度較高,生成非常難處理的硅酸鈣(鎂)硬垢。

水垢的質地比較致密,大大的降低了傳熱效率,0.6毫米的垢厚就使傳熱系數降低了20%。

污垢

污垢主要由水中的有機物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構成。

垢的質地松軟,阻隔傳熱、阻隔水流、引起垢下腐蝕,縮短設備使用壽命。

電化學腐蝕

循環水對換熱設備的腐蝕,主要是電化腐蝕。

產生原因有設備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素。

如果不加控制,極短的時間便使換熱器、輸水管路設備報廢。

微生物粘泥

循環水中溶有充足的氧氣、合適的溫度及富養條件,很適合微生物的生長繁殖。

如不及時控制將迅速導致水質惡化、發臭、變黑。

冷卻塔大量黏垢沉積甚至堵塞,冷卻散熱效果大幅下降,設備腐蝕加劇。

工業循環水處理技術

水垢的控制方法

從冷卻水中去除成垢鈣離子

從水中除去Ca2+,使水軟化,則碳酸鈣就無法結晶析出,也就形不成水垢,主要兩種方法。

① 離子交換樹脂法

離子交換樹脂法就是讓水通過離子交換樹脂,將Ca2+、Mg2+從水中置換出來并結合在樹 脂上。

用離子交換法軟化補充水,成本較高。因此只有補充水量小的循環冷卻水系統采用。

② 石灰軟化法

補充水未進入循環冷卻水系統前,在預處理時就投加適當的石灰,讓水中的碳酸氫鈣與石灰在澄清池中預先反應,生成碳酸鈣沉淀析出,從而除去水中的Ca2+。

預處理工藝流程

加酸或通CO2氣體,降低PH,穩定重碳酸鹽

通常是加硫酸,加酸法目前仍有使用,由于硫酸加入后,循環水PH會下降,如不注意控制,而加酸過多,則會加速設備的腐蝕。

通CO2氣體同樣應注意控制好PH值,否則CO2溢出,CaCO3在塔內結晶,堵塞填料,形成鈣垢轉移現象。

該方法在某些化肥廠、化工廠及電廠等有CO2氣體源的企業仍有推廣使用的價值。

投加阻垢劑

投加阻垢劑在循環水中投加阻垢劑,破壞CaCO3的結晶增長過程,以達到控制水垢形成的目的。

目前常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機多元膦酸、有機磷酸脂、聚丙烯酸鹽等,這也是目前應用最廣的控制水垢的方法。

污垢的控制方法

降低補充水濁度

循環水系統的補充水,其濁度愈低,帶入系統中可形成污垢的雜質就愈少。

干凈的循環水不易形成污垢,當補充水濁度低于5mg/L以下,如城鎮自來水、井水等,可以不作預處理直接進入系統。

當補充水濁度高時,必須進行預處理,使其濁度降低。

預處理技術:混凝技術、澄清技術、過濾技術、軟化技術等。

做好循環冷卻水水質處理

冷卻水在循環使用過程中,如不進行水質處理,必然會產生水垢或對設備腐蝕,生成腐蝕產物。

同時必然會有大量菌藻滋生,從而形成污垢。

某公司水質控制指標:

投加分散劑

在進行阻垢、防腐和殺生水質處理時,投加一定量的分散劑,也是控制污垢的好方法。

分散劑將粘合在一起的泥團雜質等分散成微粒使之懸浮于水中,隨著水流流動而不沉積在傳熱表面上,從而減少污垢對傳熱的影響。

做好旁濾處理

一般細菌形成的粘泥以及被殺死細菌尸體、剝離下來的生物粘泥有70%以上是通過旁濾器排出循環水系統之外。

一般大于1000t/h的循環水系統設計要求旁濾量不低于循環量的5%。

對于存在化學泄漏的循環水系統一般旁漏量在7%以上為宜。并定時、定人反洗,及做好旁濾器維護工作。

保障循環水壓力及流速

在循環水設計規范中要求循環水冷卻水側流速管程水流速大于 12 0.9米/秒,殼程大于0.3米/秒,熱負荷強度小于5×104千卡/米2·小時。

對于有氨、油、硫化物,有機化學品泄漏的系統,水流速度應增加20%~50%。

金屬腐蝕的控制方法

添加緩蝕劑

緩蝕劑是一種用于抑制金屬腐蝕的添加劑,它用量少,不會改變腐蝕介質的性質,不需特殊投加設備,也不需對設備表面進行處理。

因此,使用緩蝕劑是一種經濟效益較高且適應性較強的金屬防護措施。

為了減輕環境富營養化的壓力,目前更趨向于使用后面幾種有機膦酸鹽和低磷緩蝕劑。

提高循環水的PH

提高循環水的PH值,使金屬表面生成氧化性保護膜的傾向增大,易于鈍化,從而有利于控制設備腐蝕。

敞開式循環冷卻水系統通常冷卻塔內的曝氣提高PH值,當水中和CO2和空氣中的CO2達到平衡時,水的PH為8.5左右。

目前常添加堿性冷卻水復合緩蝕劑,例如:聚磷酸鹽-鋅鹽-膦酸鹽-分散劑、聚磷酸鹽-正磷酸鹽-膦酸鹽-三元共聚物、有機多元膦酸-聚合物分散劑-唑類、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。

復合緩蝕劑可發揮出除垢和防腐的綜合作用,這是緩蝕劑的發展趨勢。

選用耐蝕材料

選用聚丙烯設備或石墨改性聚丙烯設備。

用防腐涂料涂覆

通過防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護及PH緩沖作用來保護設備不受腐蝕。

微生物的控制方法

選用耐蝕材料

金屬材料耐微生物腐蝕的性能大致可以排列如下:

鈦>不銹鋼>黃銅>純銅>硬鋁>碳鋼

控制水質

控制水質主要是控制冷卻水中氮含量、硫含量、pH值、懸浮物等微生物的養料。

油類是微生物的養料,應盡可能防止它泄漏入冷卻水系統。

化工廠中進入冷卻水系統的氨能引起硝化細菌的繁殖并降低氯的殺生能力,應加以控制,一般不應高于5ppm。

采用殺生涂料

采用防腐涂料保護設備時,涂料中添加能抑制微生物生長的殺生劑,如:偏硼酸鋇、氧化亞銅、氧化鋅、三丁基氧化錫等。

將防腐涂料刷在設備內壁上、可以控制藻類生長,且可以抑制異養菌的生長。

陰極保護

冷卻水系統中存在硫酸鹽還原菌時,碳鋼的陰極保護電位一般為-0.95V(相對于Cu/CuSO4電極)。這一電位可使碳鋼處于熱力學的穩定狀態,從而防止碳鋼被腐蝕。

清洗

進行物理清洗或化學清洗可把微生物生長所需的養料、基地、庇護所及生物本身從冷卻水系統中的設備表面上除去,并被排出。

清洗對于一個被微生物嚴重污染的冷卻水系統來說,是一種十分有效的措施。

防止陽光照射

藻類生長和繁殖需要陽光,冷卻水系統應避免陽光照射。

水池上面應加蓋,冷卻塔的進風口可加裝百頁窗。

旁流過濾

在循環冷卻水系統中,設計安裝用砂子或無煙煤等為濾池過濾冷卻水是一種控制微生物生長的有效措施。

通過旁流過濾,可以在不影響冷卻水系統正常運行的情況下除去水中大部分微生物。

混凝沉淀

在補充水的前處理或循環冷卻水的旁流處理過程中,常使用鋁鹽、鐵鹽等混凝劑或高分 子絮凝劑(例如聚丙烯酰胺)。

這些藥劑能在絮凝沉淀過程中將水中的各種微生物隨生成的絮凝體一起沉淀下來,從而把它們除去。

用這種方法除去的微生物可占水體中微生物的80%左右。

噬菌體法

噬菌體是一種能夠吃掉細菌的微生物。

噬菌體與動物病毒、植物病毒不同,它們只對細菌的細胞發生作用,故是一種很小的但非常有用的病毒。

噬菌體靠寄生在叫做“宿主”的細菌里進行繁殖。繁殖的結果是將“宿主”吃掉,這個過程叫做溶菌作用。

該法對于防止電站的海水冷卻水系統及造紙廠的工業水系統中粘泥的形成,十分有效。

添加殺生劑

控制冷卻水系統中微生物生長最有效和最常用的方法之一是向冷卻水系統中添加殺生劑。

一個良好的微生物控制方案往往是將幾種方法聯合使用。例如,先將冷卻水系統進行剝離和清洗,再投加殺生劑的方案要比只添加殺生劑的方案要有效得多。

工業循環水處理系統

工業循環水處理是一項非常成熟的技術,主要通過人工或自動加藥的方式完成。

由于工業循環水處理是一個動態的過程,必須定期對水質進行分析,調整水處理藥量及品種。

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