冷却水水处理方案.docx

一.概述
在开放循环冷却水系统中, 循环冷却水会被溶解氧所饱和；由于循环冷却水在冷却塔中部分蒸发, 所以循环冷却水含有的各种溶解固体和离子的浓度要比补充水的高。如果不对循环冷却水系统进行科学合理地处理，在热负荷条件下，诸如腐蚀，结垢，生物粘泥等障碍就会发生。这些问题将会降低系统的使用效率、非计划性停产和缩短设备的使用寿命等问题，给贵司造成不必要的损失。
1、腐蚀
金属腐蚀是经由化学或电化学反应而导致金属毁坏的现象。最主要的腐蚀问题是由氧气所引起的，冷却水于冷却水塔中与空气密切接触，水中溶氧高达 8～10 mg/l 极易促成腐蚀。
碳钢材质与水中氧气作用而腐蚀，其反应如下：
图1 腐蚀电池示意图
当微生物繁殖时，其微生物体的分泌物与冷却水有机物、无机物聚积而形成的黏泥，沉积在系统中时，将造成沉积下腐蚀。沉积物上下界面因溶解氧浓度不同将会造成氧浓差电池于沉积物下发生严重腐蚀现象，如图2。

图2 碳钢挂片垢下腐蚀图
两种不同金属互相接触时，因金属间电位差造成电偶腐蚀， 例如热交换器铜管与碳钢端板，其接触部份的钢铁材质会因此加速腐蚀，如图3：

图3 电偶腐蚀
其他影响腐蚀的因素尚有pH、间隙、溶解盐类、温度、流速等。
2、结垢与沉积
沉积物主要分为两类，一是硬质的结晶型水垢如 CaCO3、CaSO4或 MgSiO3等，另一种为软质的不定形杂物如淤泥、氧化铁、工艺泄漏物、微生物繁衍产生的黏泥等沉积物。沉积物发生的危害除堵塞管道，影响热交换，降低设备产能外，更可能因无预警停机造成损失(物料、设备更换、清洗费用)，此外沉积物下方会因为氧气浓度与外界的不同而产生氧浓差电池造成垢下腐蚀。
结晶型水垢源自于在水中之 Ca2+﹑HCO3-、SO42-、Mg2+、SiO32-等离子经浓缩过饱和而结晶沉淀。上述离子浓度、pH及温度愈高则愈容易形成水垢。软质沉积物的产生则源自水中悬浮固体、有机物、油脂等物质 ( 即不溶解固体 ) 沉淀，一般容易发生于水流速较慢(流速低于1m/s)的地方，如管壳式热交换器壳侧，热交换器出口管端及管板上。
下图为冷凝器结垢图：

图4 冷凝器结垢图
3、微生物
微生物一般可分为细菌类、真菌类、以及藻类三种。由于其散布在自然界各个角落，而冷却水温度及pH 常在微生物繁衍的范围内，若未能加以控制，则微生物会不断的繁殖生长，产生黏泥污塞热交换器，且在黏泥沉积物地方造成沉积物下方腐蚀，导致设备损坏。此外藻类之生长需要阳光，故常发生在冷却水塔曝光处及散水盘上，它除因光合作用产生氧气，造成系统腐蚀率增加外，并且会腐化木材影响散水效果，藻类有时掉落水中，细小者增加冷却水浊度，大者则可能堵塞管路。
图4 细菌危害图
在水处理中，腐蚀、结垢、沉积以及微生物几者之间的关系如图八所示：

图八 腐蚀、结垢、沉积以及微生物关系图
由图可以看出，这些问题是相互影响的。水处理过程是一个动态平衡，所以，要解决好系统中出现的问题，必须在处理过程中综合考虑各种因素对水系统的影响，才能起到良好的处理效果。
二. 日常水处理方案
2-1. 水系统的水量平衡
根据贵公司的补水水质，系统按贵工厂浓缩倍数8倍来运行冷却水系统的水量平衡预测值如下：
表-5: 系统水量平衡

循环冷却水系统
循环水量※１
m3/h
5000
保有水量※1
m3
1000
温度差
℃
5
蒸发损失量※2
m3/h

强制排污量
m3/h

补水量※3
m3/h

浓缩倍数※4
倍
8
运转时间
ｈ/年
8640
备注:
※1：参数由贵公司提供
※2：蒸发量＝×循环水量(m3/h)×温度差(℃）
※3：补水量=蒸发损失量+强制排污量
※4：浓缩倍数是根据贵司的补水水质分析结果预计的，运行时，可以根据当地的补水水质进行调整。

根据贵公司的补水水质，当我们推荐贵工厂循环冷却水系统按浓缩倍数8倍来运行时冷却水系统的补给水水质和预想的冷却水水质。
表-6: 补水和冷却水水质 (N=6-8)
项目
自来水
循环系统
pH(25℃)

电导率(us/cm)
103
700
M-碱度 (mg CaCO3/L)
20
140
钙硬度 (mg CaCO3/L)
28
196
总硬度（mg CaCO3/L)
32
224
氯离子 (mg Cl-/L)
5
90
铁(mg Fe/L)

综合考虑补给水水质属于腐蚀性水质，装置的操作条件，冷却水质，排水要求等条件，特推荐如下化学处理方案。
4-1、缓蚀与阻垢方案
T6222含有的有机膦、无机磷、锌盐在碳钢表面的阳极区会形成磷酸钙和有机膦酸锌的防蚀保护膜。保护膜隔绝了水及水中的溶解氧与碳钢的接触，这样就抑制了腐蚀的阳极反映。而且有机膦、无机磷在有溶解氧存在的条件下会在碳钢表面的阴极区产生含有有机膦酸铁和氧化铁的保护膜。这种保护膜抑制了腐蚀的阴极反应。而且T6222含有的聚合物可以吸附在保护膜上使保护膜致密牢固。阳极保护膜也在铜和铜合金的表面上形成来抑制腐蚀。
T6222含有的聚合物吸附在诸如碳酸钙、磷酸钙和磷酸锌等垢成分的微晶体上，通过控制晶体的生长速率和分散晶体来显着地降低结垢。同时晶体的形状也从正常形状发生变形（晶格扭曲）。
4-2、粘泥控制（生物粘泥控制）方案
生物粘泥，通常也叫“粘泥障碍”，是由微生物（细菌、霉菌及藻类等）与无机物（粘土、沙子、灰尘等）混合在一起附着和累积形成的。生物粘泥障碍不但会引起换热器的热效率降低，而且会因为堵塞引起冷却水流量的降
低。更为严重的是还会造成局部腐蚀（二次腐蚀，如点蚀）或换热器的应力裂缝。推荐如下的粘泥控制方案来控制粘泥。
粘泥控制剂
推荐使用非氧化型粘泥控制剂T6263（间歇加入）与氧化型杀菌剂T6965来作为粘泥控制方案。T6263 定期加入到冷却塔池中，使用条件见表-8
表-8粘泥控制剂
药剂名称
加入浓度（mg/L）
加入频率
T6965
2（以循环水量计）
每天12小时
T6263
100（以保有水量计）
每月2次
备注：T6263无需连续添加，推荐采用手动投加的方式，每月定期添加二次。
五、水质管理基准
由T6222处理，按各项指标均在控制范围内的循环冷却水质，排水水质管理基准见表-10。
表-10 水质管理基准
参数
冷却循环水管理目标值
T6222
100ppm
钙硬度（以CaCO3计）
100-300ppm
总碱度（以CaCO3计）
100-300ppm
氯离子 (以Cl-计)
<100ppm
总铁
<1ppm
SiO2
<150ppm
浊度
<20NTU
电导率
<1000ms/cm
pH

余氯

备注：
*1：加药浓度根据总的排污量计算，药剂的加入量也可根据水质的变动情况调整。
*2：可以用旁滤装置来控制浊度。
*3：用T6965控制水中的有效游离氯时，有效游离氯控制在0.2～0.5ppm时的杀菌效果最好。
六．药剂用量总结
6-1、药品的用量：
表-11循环水系统药剂用量合计 （8倍浓缩处理时）
处理
药剂名称
功能
循环冷却水系统年用量（kg）
日常处理
T6222
缓蚀阻垢剂
6000
T6263
非氧化型杀菌剂
3000
T6965
氧化型杀菌剂
40000
备注:
1: T6222根据排污量投加(每小时排污量×100 mg/L)×8000H+初次投加量。
2: T6263无需连续添加，推荐采用手动投加的方式，每月添加二次。
3: T6965夏季按0.3mg R-Cl2/l,冬季按0.2mg R-Cl2/l计算。
七．加药设备
加药控制成套设备清单如下表
1
加药泵
CONC 1602 PPE
PROMINENT
1
For T6222
2
加药泵
BT4B0708PPE
PROMINENT
1
For T6965
3
加药桶
PE,500L
LOCAL
1
For T6222
4
加药桶
PE,3000L
LOCAL
1
For T6965
5
电导率控制器
Cool-Control
PROMINENT
1

6
不锈钢支架及管配件
SS304
LOCAL
1

7
控制箱
300*400,CS
LOCAL
1

8
排污阀
UM-1,1SS304
DI-HEN
1

加药控制设备工作流程如下图

设备特点：可以通过在线检测循环水电导率，通过电导率自动控制系统排污，让系统水质稳定运行。控制器还有内置定时器控制缓蚀阻垢剂和T6965的自动投加，保证系统水处理药剂的合理投加，更好地控制系统水质。通过电导率控制自动排污，可保持冷却水系统的水质稳定，控制在设定的浓缩倍数条件下，有利于节省水耗和化学品消耗；下图可明显看出不同浓缩倍数条件下排污量的不同数据。

八．经济效益核算
1．提高系统浓缩倍数，可节约大量的补充水和排污水。
浓缩倍数

蒸发水量（m3/小时）

排污水量（m3/小时）

补充水量（m3/小时）

浓缩倍数从3倍提高到6倍可分别节约补充水量和排污水量 47,440m3/年。
3计,每年可节约补充水水费94,880元。
节约工业用水在当前严重缺水的情况下亦具有十分重要的社会意义。
2．保证生产正常、稳定、高负荷的运行，避免因换热效率低而被迫降低生产产量。
3．避免系统停车检修，减少停车损失。
4．提高换热效率，降低能耗。
5．换热器维护费用减少，包括换热器的更换和清洗费用。

（一）初期运转技术指导。
（二）提供整个处理期间每月一次，工程师上门技术服务。
（三）提供所需操作说明及药量、排放管理之相关资料。
（四）依据定期技术服务报告，达成管理目标。
（五）异常问题排除及协助处理。
7-1. 事故处理
当系统处理不正常或发生事故时，泰环科技的服务人员会以最短的时间赶到现场进行事故和故障的处理，保证水系统的正常生产。
7-2. 培训
我们会定期地对贵公司的操作人员进行全面的关于冷却水化学处理和与之相关的培训。我们有着多年水处理的历史和丰富的经验，我们除了做日常的技术服务外，还会对与各种水处理有关的技术向贵公司提供咨询服务。