一、循环冷却水的存在问题
循环冷却水系统的冷却水在不断地循环运行的过程中,由于水的温度升高,在冷却塔降温过程中,水的蒸发,各种无机离子和有机物质将被浓缩,冷却塔和冷水池在室外受到阳光照射,风吹雨淋,灰尘杂物和微生物的进入,系统设备和水的相互作用等多种因素的综合作用,会产生比直流系统更为严重的水垢附着,设备腐蚀和微生物的大量滋生,并由此引起设备的腐蚀穿孔和泄漏,冷却效率的降低致使产量的下降以及粘泥污垢堵塞管道等危害,这些危害会威胁和破坏工厂长周期安全生产,给工厂造成重大的经济损失,为此必须选择一种经济实用的循环水处理方案,使上述危害减轻,直至使其不再发生,事实证明,循环冷却水化学处理是解决上述问题的行之有效的办法,从而保证生产能长期稳定安全地进行。
1.腐蚀危害
循环冷却水造成的腐蚀,通常是指通过电化学反应使金属被消耗破坏的现象,这种腐蚀除了会造成系统的输水管线、水冷设备损坏从而使用寿命减少外,还会造成水冷器泄漏而引起工艺介质的污染或计划外的停车事故。而且腐蚀产生锈瘤、铁锈片等,会引起换热效率下降或管线堵塞等危害。
由于金属表面并不是均匀的,当它与水接触时,会形成许多微小的腐蚀电池(微电池)。其中活泼的部位成为阳极,腐蚀学上把它称为阳极区;而不活泼的部位则成为阴极,腐蚀学上把它称为阴极区。
金属腐蚀的形式有多种:
由于不同金属组合在一起而引起的电偶腐蚀
电偶腐蚀又称双金属腐蚀或接触腐蚀。当两种不同的金属浸在导电性的水溶液中,两种金属之间通常存在着电位差。如果这些金属互相接触或用导线连接,则内部电位差就会驱使电子在它们之间流动,从而形成一个腐蚀电池。
如系统铜材质和碳钢材质的连接,电极反应过程如下:
阳极过程:Fe-2e→Fe
阴极过程:Cu +2e→Cu
与不接触时相比,电位较低的金属在接触后腐蚀速度通常会增加。而电位较高的金属在接触后腐蚀速度将下降。电偶腐蚀的结果使得电位较低的金属如铁遭受腐蚀。
由溶解氧引起的氧腐蚀及氧浓差梯度腐蚀
由于金属的电极电位比氧的电极电位低,金属受水中溶解氧的腐蚀是一种电化学腐蚀,其中金属是阳极遭受腐蚀,氧是阳极,进行还原,反应式如下:
阳极过程:M→M +2e
阴极过程:1/2O +H O+ e →2OH
在热交换器等的碳钢面板上常见到黄褐色或转红色的鼓包,敲破鼓包后下面是黑色粉末状物,这些都是腐蚀产物。当将这些腐蚀产物清除后,便会出现因腐蚀而造成的陷坑。
出现这种现象的过程如下:
当铁受腐蚀后生成Fe ,它与水中的氧进一步反应生成黄褐色的结构疏松的Fe(OH)3二次产物层:
Fe +2OH →Fe(OH)
4Fe(OH)+2H O+O →4Fe(OH)
由于腐蚀产物的阻挡,水中的溶解氧到达这个腐蚀点的速度减慢,形成腐蚀点四周的氧浓度大于腐蚀点的氧浓度,这样,腐蚀点的四周便成为阴极,腐蚀点本身成为阳极,腐蚀继续进行(此即为氧浓差梯度腐蚀)。此时,腐蚀产生的Fe 通入疏松的二次产物层向外扩散,当它遇到水中的OH-或O2时,便又产生新的二次产物,积累在原有的二次产物层中。所以二次产物层越积越累,形成鼓包,鼓包下面越腐蚀越深,形成陷坑。
腐蚀产物中的黑色粉末层是FeO ,它的形成机理是内层的两价铁产物与外层的三价铁反应而形成的:
Fe(OH) +2Fe(OH)→Fe O +4H O
在金属与金属之间连接的缝隙处,水垢及微生物泥垢、泥沙等沉积物下的金属表面,由于水的对流不畅使氧贫化,也会造成类似的腐蚀。特别是水垢等沉积物下的腐蚀,由于腐蚀产物被沉积物覆盖住,循环水显得清澈透明,给人以金属未遭到腐蚀的假象。当腐蚀严重到一定程度时,腐蚀产物连同污垢一起脱落,堵住系统管径较细的部位。此时再想采取水处理措施已太晚,因为某些腐蚀严重的部位金属本体层已很薄,若用化学清洗或其他方法去除污垢后很可能造成系统漏水。
2.结垢危害
结垢是指水中溶解或悬浮的无机物,由于pH值升高受热等因素,使原溶解于水中的物质析出,而沉积在金属表面的现象。敞开式循环冷却水系统结垢的主要成分有碳酸钙和腐蚀产物二种。垢的产生会引起水冷设备换热效率下降,管线的阻力增大,导致循环水量减少或换热管的堵塞等。敞开式循环冷却水系统中影响结垢的主要因素是冷却水pH、Ca 、总碱度、水温、换热器表面温度、表面状态等。冷却水通过设备冷却面时,会发生如下反应:
Ca +2HCO →CaCO +CO +H O
Mg +2HCO →Mg(OH) +2CO
同时,冷却水通过冷却塔则相当于一个曝气过程,溶解在水中的CO 会逸出,水的pH值会升高,此时重碳酸盐在碱性条件下会发生如下的反应:
Ca(HCO )+2OH →CaCO +2H O+CO
当水中溶有氯化钙时,还会发生如下的置换反应:
CaCl +CO →CaCO +2Cl
如水中溶有适量的磷酸盐时,磷酸根将与钙离子生成磷酸钙,其反应为:
2PO +3Ca →Ca(PO )
上述一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐,它们的溶解度比氯化钙的重碳酸钙要小得多。
碳酸钙等水垢从水中析出的过程,就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程,按结晶动力学观点,认为结晶的过程首先是发生晶核,形成少量的微晶粒,然后这种微小的晶体在溶液中由于热运动(布朗运动)不断地相互碰撞,碰撞的结果就提供了晶体生长的机会,使小晶体不断变成了大晶体,也就是说要形成碳酸钙层垢,碳酸钙小晶粒在溶液中必须按一种特有的次序集合或排列才能形成。碳酸钙是盐类,有离子晶格,只有当一分子碳酸钙小晶粒以所带正电荷的Ca 部分向另有分子碳酸钙小晶粒的带负电荷的CO 部分碰撞,才能彼此互相结合,形成较大的晶体,若继续不断的按一定的方向碰撞,就形成了覆盖传热表面的垢层。
3.生物粘泥危害
生物粘泥主要由细菌及藻类等微生物的分泌产物粘附了水中悬浮杂质而形成,生物粘泥沉积到管线或换热设备中会导致传热效率下降,换热设备堵塞,同时产生严重的局部腐蚀等危害。影响粘泥生成的主要因素与水温、pH、溶解氧、营养等有关。
4.其它离子的危害
系统的金属管线和设备还会因氯离子和硫酸根离子的存在而引起危害,Cl 和SO 均属强腐蚀性离子,特别是氯离子由于其半径小,容易穿透钝化膜表面的细孔而产生点蚀现象,另在有污垢存在时,氯离子可依靠其较强穿透力进入垢下与Fe 反应生成FeCl ,FeCl 进一步水解生成Fe(OH) 和HCl,导致腐蚀区溶液呈强酸性,使金属的腐蚀速度加快,氯离子还是造成不锈钢点蚀及应力腐蚀破裂的主要因素,所以冷却水中氯离子的允许浓度应根据设备的材质、结构而确定。
SO 的存在有利于硫酸盐还原菌的滋生和繁殖,并还原生成硫化氢,促进冷却水系统金属的腐蚀。
二、循环水的控制指标
鉴于循环水存在以上诸多问题,《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007中指出控制指标如下:
1、设备传热面水侧污垢阻值应小于3.44×10-4m2.K/W;
2、碳钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0.075mm/a;
铜合金和不锈钢设备传热面水侧腐蚀速率应小于0.005mm/a;
3、间冷开式系统循环冷却水水质指标宜控制如下:
三、智能加药装置简介
SG-JYZ系列智能加药装置是向循环水中自动投加缓蚀阻垢剂和杀菌剂。缓蚀阻垢剂能减缓换热设备和管道的腐蚀和水垢的沉积;杀菌剂能够杀死水中的细菌、藻类、微生物;
1、智能加药装置有计量泵、药箱、PLC控制箱、检测仪表(电导率控制仪、PH监控仪、ORP或余氯控制仪、腐蚀率检测仪)、电动排污阀、加药管路、设备支架组成。
2、缓蚀阻垢剂的投加量是有PLC程序根据水的循环量、冷却水进出水温差、温度系数计算出循环水的蒸发量从而推出补水量,再根据加药浓度计算得出;
3、杀菌剂是根据加药浓度和系统的饱有水量计算得出,再由计量泵定时定量投加;
4、电导率控制仪根据设定的上下限,控制排污阀排污量,从而控制循环水浓缩倍数;
5、ORP或余氯控制仪检测水中氧化杀菌剂的浓度;
6、药箱配有液位传感器,低液位时发出声光报警,并停止对应的计量泵工作,防止泵的烧毁;
7、系统预留RS485远程控制接口,能够存储运行数据;
事实证明,循环水通过智能加药装置投加缓蚀阻垢剂和杀菌剂再配合旁滤过滤机组,完全能达到循环水的控制指标。
四、智能加药装置的规格参数
五、智能加药装置在循环系统中的安装示意图
六、智能加药装置在设计、安装使用中的注意事项
1、由于本智能加药装置带有水质的自动检测和排污装置,故需要在循环泵组的高压出水口引出旁流加药管道,含药剂回水口宜设在循环泵组的回水管道上,不宜设在循环水池中,这样防止药剂没有参与循环就在水池中沉淀。
2、加药装置的重量较轻,可以不考虑设备基础,设计师在设计时只需留出设备空间即可。
3、间冷开式系统旁滤水量宜为循环水量的1-5%,对于多沙尘地区或空气灰尘指数偏高地区可适当提高;旁滤过滤机组可参考本公司的旁滤机组或浅层砂过滤器或自适用高效纤维过滤器样册。
4、如果智能加药装置和旁滤过滤机组放置在室外时,请注明室外型,本公司在加工时会考虑防雨措施。
5、本智能加药装置投加药剂以液体药剂为主,如果投加粉剂时,选型时需单独注明。
七、售后服务
1、本设备自出厂之日起1年内(非人为损坏)保修,终身维修。
2、超过质保期后,提供免费技术咨询,损坏配件成本价提供。