探析工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)防腐及控制方法

明博文

摘 要：在我國工業(yè)部門的生產(chǎn)過程中對冷卻水的應用范圍極廣，其原因在于許多工業(yè)系統(tǒng)在生產(chǎn)工作中會產(chǎn)生大量的廢熱，為了保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性就需要及時將這些廢熱轉移。而在轉移廢熱的介質(zhì)選擇中天然水具有較強的優(yōu)勢，應用于工業(yè)生產(chǎn)中則被人們稱為“冷卻水”。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是利用相關設備將冷卻水進行加熱利用后再次將其冷卻，使其達到循環(huán)利用的目的。但在循環(huán)冷卻水的利用過程中，容易出現(xiàn)水污結垢、管道堵塞等問題，阻礙了循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定運作。

關鍵詞：工業(yè)生產(chǎn);循環(huán)冷卻水系統(tǒng);水質(zhì)防腐;控制策略

就目前來看循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在我國工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)得到普遍應用，對于工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展生產(chǎn)具有重要意義。在現(xiàn)有市場中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為封閉式和敞開式兩種，結合相關冷卻設備、冷卻池、管道和水泵等保持運作。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由于冷卻水可以和空氣產(chǎn)生直接接觸，所以可以配合冷卻池或者冷卻塔來促使水的蒸發(fā)降溫，但在這個過程中空氣中的灰塵、雜質(zhì)同樣可以進入管道內(nèi)造成水質(zhì)的變化;相較于敞開式循環(huán)系統(tǒng)來說封閉式系統(tǒng)采用封閉管道，不會造成冷卻水和空氣的直接接觸，影響水質(zhì)的因素較少，但在運行過程中換熱設備依然會產(chǎn)生一定的污垢，所以如何解決這一問題將是本文探討的重點部分。

一、工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工作過程中產(chǎn)生的水質(zhì)問題

1.1冷卻水系統(tǒng)的結垢問題

⑴鹽垢。由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中對冷卻池、冷卻塔的利用會導致冷卻水和空氣進行大面積接觸，在接觸過程中通過蒸發(fā)的物理作用來使其降溫，但蒸發(fā)過程中空氣帶走大量水分，使得水分中的鹽分濃度不斷升高，最終產(chǎn)生大量鹽垢，甚至

導致鹽分析出附著在管道內(nèi)壁影響冷卻水的循環(huán)利用，并且隨著鹽垢的不斷增加，需要定期補充新鮮水來維持系統(tǒng)運作。

⑵軟垢。由于水分蒸發(fā)帶來的鹽分濃度升高，形成水垢，也稱作“硬垢”。除此之外，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運作過程中還會導致微生物、灰塵、泥渣等沉積，此類物質(zhì)的沉淀、溶解會產(chǎn)生一定量的污垢，這些污垢雖然較硬垢來說相對松軟，清理難度較低，但若長期發(fā)展，不盡興及時清楚，也會從軟垢轉化為硬垢，增加清理負擔。這些污垢的發(fā)展到一定程度會造成管道的堵塞，使得循環(huán)系統(tǒng)的運行效率下降，對于換熱設備的正常工作也造成一定影響。這樣的結果不僅僅是對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行造成阻礙，更會導致整個工業(yè)生產(chǎn)過程效率低下，影響其他生產(chǎn)程序的正常運行，更是對工業(yè)生產(chǎn)過程的循環(huán)發(fā)展產(chǎn)生消極影響，削弱了循環(huán)系統(tǒng)原本的生產(chǎn)能量。

1.2冷卻水系統(tǒng)的腐蝕問題

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的管道設施、換熱設備等相關建設都需要采用以碳鋼、銅合金等為主的材質(zhì)，這些金屬材質(zhì)設備在運行過程中和冷卻水的接觸會產(chǎn)生一定的電化學反應，其原因在于冷卻水中大量的陰陽離子具有導電功能，金屬材質(zhì)又可以很好的作為傳遞電子的介質(zhì)，加上冷卻水和金屬設備相互作用產(chǎn)生的陰陽電極，就導致了陰陽電極的氧化反應和還原反應產(chǎn)生，并且通過更一層的化學反應產(chǎn)生了氧化鐵對金屬管道造成腐蝕，其中對碳鋼材質(zhì)的腐蝕最為嚴重。除此之外，腐蝕問題中更加棘手的是局部腐蝕的問題，局部腐蝕會造成設備的部分區(qū)域的損害，像換熱設備的穿孔、龜裂問題，循環(huán)管道的泄露問題，局部腐蝕不僅僅會造成以上的嚴重問題，更帶來了維修成本的增加。而與局部腐蝕相比較，整體腐蝕也叫均勻腐蝕的危害相對較小。如果腐蝕物質(zhì)能夠在管道和相關設備的表面均勻產(chǎn)生，那么就會在金屬材質(zhì)表面形成一層“保護膜”，阻止了冷卻水和金屬材質(zhì)的繼續(xù)反應，對于設備的使用壽命來說有一定的積極影響。所以為了保證循環(huán)系統(tǒng)的長久運行，可以在設備表面留出一定的腐蝕裕度來控制整體腐蝕的發(fā)展。

二、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)防腐的控制策略

2.1物理除垢法

⑴利用超聲波。對于冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的結垢問題國內(nèi)外不少專家學者都對此進行了專門研究，并且通過現(xiàn)實經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)利用超聲波設備可以將循環(huán)設備中產(chǎn)生的水垢進行有效去除。超聲波的高頻率作用帶來強大壓力能夠?qū)⑽酃盖兴椤⒋蛏?，并通過冷卻水的流動將其帶走達到去垢的效果。

⑵利用高壓靜電。在上文中有所論述，由于冷卻水中含有大量的陰陽離子，所以會和金屬設備產(chǎn)生陰陽電極，而利用高壓靜電進行除垢就是通過高壓靜電場促使水的電極發(fā)生變化，在阻止污垢形成的同時促使水垢溶解和脫落，不僅去除了水垢并且在很大程度上阻止了水垢的再次生成。這樣的除垢方式在國內(nèi)學者的研究實驗中均取得了良好的實際效果，目前也在部分工業(yè)系統(tǒng)中得到有效應用。

⑶人工除垢。除了上述物理除垢方法外，還可以進行人工除垢方式。主要是利用一些機械工具來鏟除和清理設備污垢，這種方式一般來說雖然操作簡單，只需要單一的機械工作，但人工成本較高，并且在清理時需要暫時停止設備的使用，保證清理工作的順利開展。除此之外，人工除垢還會造成循環(huán)系統(tǒng)損壞的風險增加，以及不當方式過程中造成對設備的損害。所以雖然在必要時候可以采用此種除垢方式但并不倡導。

2.2化學除垢

⑴石灰除垢法。除了物理除垢的方式還可以利用一些物質(zhì)的化學反應來達到除垢的目的。一般來說成本較低且易于操作的化學方法就是利用石灰乳進行除垢。在冷卻水中加入一定量的石灰乳就會導致水中鈣鎂離子的濃度下降，從而軟化水垢。但這種方式會增加冷卻水中的雜質(zhì)，需要進行特殊處理，并且要注意石灰?guī)淼姆蹓m傷害。

⑵使用阻垢劑。為了解決冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的結垢問題，人們通過不斷研究發(fā)明出了多種類型的阻垢劑，一般來說阻垢劑的使用在去除水垢的同時還能在一定時間內(nèi)防止水垢的產(chǎn)生。但不同的阻垢劑具有不同的優(yōu)勢劣勢，現(xiàn)今更多倡導的是使用綠色、無磷的阻垢劑，像聚環(huán)氧琥珀酸阻垢劑和聚天冬氨酸阻垢劑都是當前工業(yè)生產(chǎn)中利用率較高的化學阻垢劑。

2.3防腐控制

⑴電化學保護法。在防腐問題的控制研究中我們可以利用金屬材質(zhì)和冷卻水的特性，促使其發(fā)生電化學反應，在反應過程中改變金屬設備的表面條件，讓其充當陰極的作用，防止被腐蝕。但此方法更適用于規(guī)模較小的換熱設備上，并沒有得到廣泛的利用。

⑵防腐涂料保護法。要想防止金屬設備被腐蝕，那么就要減少冷卻水和換熱器等金屬材質(zhì)設備之間的直接接觸，涂抹防腐材料就能很好的在管道、設備表面形成一層防腐覆蓋膜發(fā)揮保護金屬材料的作用。在實際應用中以環(huán)氧樹脂防腐涂料的使用為代表，但近年來，專家學者還在進行不斷研究，追求更加綠色、無污染和性價比更高的防腐涂料。

⑶緩蝕劑保護法。和上述阻垢劑的產(chǎn)生原理相同，為了保護設備不受腐蝕，人們研究出了專門的化學用劑，但緩蝕劑使用的主要目的不在于消除腐蝕，而是將設備的被腐蝕情況控制在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)，減少設備穿孔、龜裂的情況出現(xiàn)。市面上的緩蝕劑可以分為有機和無機兩種類型，像硅酸鹽緩蝕劑、鉻酸鹽緩蝕劑等都屬于無機緩蝕劑，而有機酸緩蝕劑、有機胺緩蝕劑等都屬于有機緩蝕劑。無機類緩蝕劑的作用原理通常是促使發(fā)揮陽極作用的金屬材質(zhì)鈍化，從而防止腐蝕。但不同的緩蝕劑需要對使用劑量進行深入研究，以實踐事實為依據(jù)采用靈活的防腐手段。

【結語】針對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的水質(zhì)問題本文進行了詳細的深入研究，結垢和腐蝕問題是影響循環(huán)系統(tǒng)使用壽命的主要問題，針對以上問題筆者認為可以采用多種方式方法進行有效解決，既有物理手段，也有化學途徑，并且對每種手段可能帶來的負面影響本文中也有所涉及，希望能為相關研究人員帶來有效啟發(fā)。

參考文獻：

[1]謝麗娟，陳勇.某冶煉廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水穩(wěn)劑的研究及應用[J].工業(yè)用水與廢水，2019，50（02）：61-64.

[2]田新晶.水質(zhì)控制對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行經(jīng)濟性影響分析[J].化工管理，2018（13）：89-90.

[3]胡艷珍. 工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕結垢預測研究[D].天津理工大學，2018.

[4]邵和東.探析工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)防腐及控制方法[J].環(huán)境與發(fā)展，2017，29（05）：106+108.