影響工業(yè)循環(huán)冷卻水結(jié)垢和腐蝕的因素及其控制

張 敏

山西兆豐鋁業(yè)有限責(zé)任公司氧化鋁分公司，山西陽(yáng)泉 045000

1 循環(huán)冷卻水的概念

1.1 循環(huán)冷卻水

工業(yè)循環(huán)冷卻水是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)換熱器或直接接觸等方式進(jìn)行熱交換，換熱介質(zhì)經(jīng)冷卻塔降溫后循環(huán)利用，以節(jié)約水資源。

1.2 水量損失

在循環(huán)使用過(guò)程中，有以下三種途徑造成水量損失。

1）蒸發(fā)損失，即在冷卻過(guò)程中，水以水蒸氣的形式進(jìn)入大氣，造成損失；

2）排污損失，即為了控制因蒸發(fā)損失引起的濃縮而人為的排掉的水量；

3）滲漏損失，即在循環(huán)水循環(huán)利用過(guò)程中，在管道和儲(chǔ)水系統(tǒng)中因滲漏而損失的水量。

2 影響循環(huán)冷卻水結(jié)垢因素及其控制

2.1 水垢的形成

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，水垢是由溶解在水中的各種鹽類(lèi)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣、磷酸鈣等難溶性鹽類(lèi)，這些難溶性鹽類(lèi)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)從水中結(jié)晶析出，沉積在換熱器表面，形成水垢。

2.2 影響水垢生成的因素

2.2.1 補(bǔ)充水水質(zhì)的影響

由于水量的損失，循環(huán)水在利用過(guò)程中需要補(bǔ)充新水進(jìn)去，補(bǔ)充水的硬度、堿度、PH 值、濁度等都影響水垢的形成。

硬度、堿度越大，成垢離子越多，經(jīng)濃縮后越易達(dá)到過(guò)飽和產(chǎn)生水垢。在冷卻水中，懸浮物起到晶核作用，濁度越大，懸浮物越多，越易促成污垢沉積生成。

2.2.2 水溫的影響

在循環(huán)水中形成的硬度鹽類(lèi)隨水溫升高溶解度減小，水溫越高，越容易結(jié)垢，同時(shí)水溫高是，水垢附著速度也加快，因此，應(yīng)控制循環(huán)水溫度。

2.2.3 流速的影響

水流速度越大，水垢附著速度越小，一般在水流速度達(dá)到1.0m/s 以上，水垢不易沉積。

2.3 影響結(jié)垢因素的控制

根據(jù)影響結(jié)垢的不同因素及實(shí)際生產(chǎn)操作可行，有以下幾種方法控制結(jié)垢。

2.3.1 降低補(bǔ)充水成垢離子

循環(huán)水補(bǔ)充水中成垢離子或堿度較高時(shí)，可以預(yù)先通過(guò)離子交換法或石灰軟化法去除補(bǔ)充水中的部分硬度和堿度，將軟化后的水作為補(bǔ)充水，從源頭上有效控制水垢生成?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)循環(huán)水水質(zhì)要求較嚴(yán)格、補(bǔ)充水量較小的工藝流程中，一般采用離子交換樹(shù)脂法軟化補(bǔ)充水。

2.3.2 循環(huán)水過(guò)濾處理

在循環(huán)水處理系統(tǒng)中，增加旁濾設(shè)備，使循環(huán)水在進(jìn)行冷卻作用的同時(shí)經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，降低循環(huán)水懸浮物含量，減少使水垢附著生成的晶核雜質(zhì)，從而減少水垢生成?，F(xiàn)今工業(yè)生產(chǎn)中多采用纖維球過(guò)濾器或砂濾器對(duì)循環(huán)冷卻水進(jìn)行過(guò)濾處理。

2.3.3 投加藥劑

在大型的工業(yè)生產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)中，多采用增加緩釋阻垢劑對(duì)循環(huán)水進(jìn)行水垢生成控制。添加的藥劑通過(guò)改變循環(huán)水中碳酸鈣等微溶物質(zhì)的生長(zhǎng)過(guò)程和形態(tài)，不同的藥劑通過(guò)不同的方式阻止成垢離子相互結(jié)合形成水垢，進(jìn)而降低水垢生成。阻垢劑不僅能控制水垢，也能控制金屬腐蝕物、黏泥等，所以應(yīng)用較為廣泛。

3 影響循環(huán)冷卻水腐蝕因素及其控制

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)水在冷卻塔內(nèi)與空氣充分接觸，水中的溶解氧不斷得到補(bǔ)充，在運(yùn)行中，常用的碳鋼、不銹鋼等金屬在循環(huán)水作用下，發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)，使金屬受到破壞，形成腐蝕。同時(shí)由于循環(huán)水濃縮后含鹽量增加，電導(dǎo)率增加，又加快了金屬腐蝕傾向。所以，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，必須控制腐蝕現(xiàn)象。

3.1 影響腐蝕的因素

3.1.1 金屬材質(zhì)的影響

由于腐蝕是金屬在周?chē)h(huán)境的影響下發(fā)生的一系列反應(yīng)造成的，所以金屬本身的材質(zhì)及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕起著很重要的影響，在一定的循環(huán)水系統(tǒng)中，金屬的選材及設(shè)計(jì)是影響整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)腐蝕的首要因素。

3.1.2 水質(zhì)的影響

1）pH 值：pH 值對(duì)金屬腐蝕速率的影響，主要取決于該金屬氧化物在不同的pH 值下的溶解度。如該金屬氧化物易溶于酸性溶液，不易溶于堿性溶液，則該金屬在pH 較低的情況下腐蝕較快，但一些兩性金屬，其氧化物即溶于酸性溶液也溶于堿性溶液，則pH 呈中性時(shí)腐蝕較慢。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，pH 值4.3～9.0 之間時(shí)，腐蝕速度變化很小，pH 值小于4.3 時(shí)，由于發(fā)生酸性腐蝕，金屬腐蝕加快，pH 值大于9 時(shí)，在金屬表面形成鈍化膜，阻止了金屬腐蝕，腐蝕速度減小。

2）硬度：再添加有阻垢劑的循環(huán)水系統(tǒng)中，由于換熱設(shè)備管壁不形成垢層，水中的鈣、鎂離子濃度過(guò)高易于水中酸根離子作用，生成多種垢，不均勻沉積在金屬表面，可以引起夠下腐蝕。

3.1.3 流速的影響

水流速度越大，水中溶解氧越易擴(kuò)散至金屬表面，加速腐蝕，同時(shí)水流增大，可以沖去沉積在金屬表面的腐蝕、結(jié)垢生成物，使溶解氧在金屬表面擴(kuò)散量增加，加劇腐蝕。

3.1.4 水溫的影響

溫度升高，水中物質(zhì)擴(kuò)散速度增加，金屬的腐蝕隨溫度升高而加重。

3.2 影響結(jié)垢因素的控制

3.2.1 選擇耐腐蝕材料

在實(shí)際應(yīng)用中，循環(huán)水系統(tǒng)金屬設(shè)備首先需要選擇耐腐蝕材料，同時(shí)還要注意選擇外形簡(jiǎn)單，表面平整光滑等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在平衡資金的情況下，可以選擇新型耐腐蝕材料。

3.2.2 PH 的控制

根據(jù)PH 值對(duì)循環(huán)水金屬腐蝕的影響，在實(shí)際的運(yùn)行中，偏堿性循環(huán)水可以抑制循環(huán)水腐蝕，一般采用pH 值在9 ～10的循環(huán)水。

3.2.3 防腐涂料的應(yīng)用

在循環(huán)水傳熱表面涂抹防腐涂料，在換熱表面形成一層保護(hù)膜。隔離屬表面與循環(huán)水，防止金屬放生腐蝕。

3.2.4 投加緩蝕劑

緩蝕劑是抑制不穩(wěn)定水腐蝕過(guò)程的藥劑。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中，一般采用投加緩蝕劑緩解循環(huán)水腐蝕，通過(guò)投加緩蝕劑，可以在金屬陽(yáng)極或陰極形成保護(hù)膜，進(jìn)而阻止金屬腐蝕，由于緩釋劑使用濃度很低，且不需要對(duì)金屬設(shè)備或構(gòu)件進(jìn)行處理，是一種經(jīng)濟(jì)效益較高且方面有效的防腐措施，應(yīng)用最廣。

隨著工業(yè)的發(fā)展，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水量逐漸增大，循環(huán)水處理過(guò)程中的結(jié)垢、腐蝕等影響因素也不是獨(dú)立存在的，而是相互影響，相互依存，我們期待低耗能高效益的解決方法應(yīng)運(yùn)而生，為緩解我國(guó)水資源短缺問(wèn)題帶來(lái)福音。

[1]唐受印，戴友芝，等.工業(yè)循環(huán)冷卻水處理.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]周本省.工業(yè)水處理技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[3]李本高.現(xiàn)代工業(yè)水處理技術(shù)與應(yīng)用.北京：中國(guó)石化出版社.