循环冷却水系统的管理

摘要：本文主要针对循环冷却水系统的管理与清洗进行简要分析。仅供参考。

关键词：循环冷却水；腐蚀；结垢；微生物；清洗

中图分类号：TV文献标识码： A

一、循环冷却水的概念

1、循环冷却水的概念

以水作为冷却介质，并循环使用的一种水系统称为循环冷却水系统。循环冷却水通过换热器交换热量或直接接触换热方式来交换介质热量并经冷却塔凉水后，循环使用，以节约水资源。一般情况下，循环水是中性和弱碱性的，ph值控制在7-9.5之间；在与介质直接接触的循环冷却水的有酸性或碱性（ph值大于10.0）的情况一般较少。

2、循环水的降温原理

2.1蒸发散热

水在冷却设备中形成大大小小的水滴或极薄的水膜，扩大其与空气的接触面积和延长接触时间加强水的蒸发，使水汽从水中带走气化所需的热量从而使水冷却。

2.2接触散热

水与较低温度的空气接触，由于温差使热水中的热量传到空气中，水温得到降低。

2.3辐射散热

不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。这3种散热过程在谁冷却中所起的作用，随空气的物理性质不同而异。春、夏、秋三季，室外气温较高，表面蒸发起主要作用，最炎热夏季的蒸发热量可达总散热量的90%以上，故水的蒸发损失量最大，需要的补充水量也最多。在冬季，由于气温降低，接触散热的作用增大，从夏季的10%-20%增加到40%-50%，严寒天气甚至可增加到70%左右，故在寒秋季节水的蒸发损失量减少，补充水量也就随之降低。

二、循环冷却水处理存在的问题

冷却水在系统中不断循环重复使用，由于各种无机离子、有机物质、水不溶物等，不断随补充水及冷却塔洗涤进入，随水温的升高（冷却），水份不断蒸发浓缩，以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，使循环水系统在短时间内会出现：严重的沉积物（水垢）附着、设备腐蚀（锈垢）和微生物的大量滋生（生物粘泥、软垢附着），以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等问题。它们会威胁和破坏工厂设备长周期地安全生产，甚至造成较大的经济损失。其直观表现如下：

1、主要水冷换热器传热效率快速降低（换热管壁结水垢）

多数换热器用碳钢或不锈钢、铜制成，碳钢的导热系数为46.4～52.2W/(m・k)，但碳酸垢的导热系数为0.464～0.697W/(m・k)，只有碳钢的1%左右，由此可见，水垢或其他沉积物的导热系数比金属低得的多，因此当水垢或其他沉积物有少量覆盖在换热器的换热管表面时，就会大大降低换热器的传热效率。

2、换热管内循环水流量减少（甚至逐渐堵塞换热管），换热效果降低

沉积物或微生物粘泥覆盖在换热器的换热管壁甚至堵塞换热管，使得循环水通道的截面积和通量变小，从而使换热效率进一步降低。

3、设备加速腐蚀（主要表现为垢下腐蚀）

沉积物和微生物的产生，促使了浓差腐蚀电池的形成及垢下腐蚀的产生，从而使金属的腐蚀速度加剧。

4、设备的使用寿命成倍缩短

一方面，沉积物和微生物粘泥等覆盖在换热管表面，阻止设备的有效换热，使换热表面（介质侧）的金属长期处于高温热负荷状态，导致金属疲劳；另一方面，腐蚀严重导致换热管管壁加速变薄，尤其是垢下腐蚀和浓差腐蚀还会导致设备穿孔泄漏。这些情况的发生，使得设备的使用寿命被成倍缩短，且严重影响生产的正常进行。

5、增加生产运行成本

为使设备保持足够的换热效率，必须采取增加循环量（启动备用泵）、大幅加补新鲜水等措施，使运行费用成倍增加，但效果却很差；致使单位时间负荷下降、产量降低，而成本上升；还有维修费用也会增加，等等增大产品的生产成本。

以上循环水冷却水系统存在问题是可以通过水质稳定处理很好解决的。对循环水系统进行科学的、稳定的水处理和管理是很必要的，能实现较小投入带来极大产出。

三、循环冷却水处理措施

1、提高水质处理药剂浓缩倍数

循环水系统的补水量等于系统中各种蒸发、风吹、渗漏和排污损失之和，提高系统运行的浓缩倍数可以减少排污量，即减少系统的补水量，达到节水的目的。但是过高的提高浓缩倍数，会使循环冷却水的硬度、碱度、氯离子等的浓度过高，使水的结垢倾向、腐蚀性大大增加，就需要相应的提高循环水的水质稳定处理效果。这就需要有效的水质处理方法，在考虑环保的同时，采用高效的水处理药剂来提高浓缩倍数。以下几种水质稳定处理药剂已经在一些工业项目中的循环水系统应用,并且取得了明显的效益。

1.1硫酸―阻垢剂处理

是指在水体中先加入硫酸使补充水碱度降到一定程度后再加入阻垢剂如聚磷酸盐、有机阻垢剂等。从而达到阻垢和保证循环水稳定运行的目的。该法占地小、技术简单。但是需注意SO24-浓度过高会侵蚀混凝土，同时用有机磷处理循环冷却水势必加强水生物的繁殖，加重腐蚀程度，所以药剂处理要同时考虑阻垢、缓蚀及杀菌等多方面的效果，一般可以考虑采用复合型阻垢剂。

1.2弱酸树脂交换处理

可降低水中的碳酸盐硬度及相应的碱度，再投加缓蚀剂可防止循环水系统的腐蚀，既可提高循环水浓缩倍率，又不会增加水中硫酸根离子。该法适用于处理碳酸盐硬度比例高的水，优点是系统简单、运行条件好、交换容量大、易再生、酸耗较低，从根本上解决了结垢问题。缺点是运行费用高、占地面积大、废水排放量大。

1.3石灰软化―加酸

补充水在预处理时就投加适当的石灰，除去水中的Ca2+、Mg2+，原水钙含量高而补水量又较大的循环冷却水系统常采用这种方法。经石灰处理的水，虽然碳酸盐碱度可以降低，但却有可能出现CaCO3沉淀，为消除这种不稳定性，可添加少量H2SO4。此法优点是处理能力大，运行费用较低。缺点是投资大、对石灰粉纯度要求高、对环境影响大。

1.4反渗透脱盐处理技术

采用反渗透对循环冷却水进行软化、除盐处理。其脱盐率常在98%左右。该处理法操作方便，易于实现自动化，并且脱盐效果好，有利于提高循环水水质。缺点是投资大、膜污染严重、清洗频繁。

2、管道减阻节能剂

减阻节能剂是用于降低流体流动阻力实现节能的化学添加剂。近年来国际环保节能机构启动了减阻节能专项研究项目，丹麦、荷兰、加拿大、美国等国家对表面活性减阻技术进行了大量的研究工作，取得了很大成效，管道摩擦阻力最高可减少70%以上，某些减阻节能剂品种已进入实用阶段。国内也开展了管道减阻节能的基础研究，并进行了减阻节能剂的应用研究，已开发了阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂和非离子表面活性剂为主剂的三类减阻节能剂配方。减阻节能剂应用于循环水系统中，不仅能够降低管网投资造价，而且能降低循环水泵日常运行的电耗。在循环水系统中加入管道减阻节能剂是简便易行的节能方法，现有循环水系统改造无需新增大笔设备投资，具有广阔的发展前景，经济和社会效益巨大。但是目前国内对减阻节能剂的应用研究滞后，企业参与度还不高。

3、循环冷却水系统的杀菌灭藻处理

循环冷却水在经过化学处理过程中，会滋生比较丰富的营养藻，因为在通过冷却塔冷却过程中，水中溶解有一定数量的溶解氧，加之循环水温等因素，都为水中微生物的生长繁殖提供了适宜的环境，特别是在炎热的夏天，它的滋生尤其明显，为了抑制菌藻生成生长，通过加入杀菌灭藻剂来实现。在炎热的季节，视菌藻生成的情况，可以不定期往循环水系统中按50-100mg/L的浓度来投加杀菌灭藻剂，加入后，尽量维持不排污、不补水，以尽量维持较高的药剂浓度，待被杀死的菌藻尸体和换热设备上剥离掉的粘泥沉积到沉降排污池后，及时将其排放，达到循环水水质符合管理标准的目的。

四、循环水系统技术管理中的要点

1、循环水中pH值范围的控制

企业应根据使用的循环水缓蚀阻垢剂的不同，正确控制水的pH值范围，各种循环水缓蚀阻垢剂都有其适用的pH值，当循环水的pH值低于这一范围时，水的腐蚀性将加剧，造成设备的腐蚀；当循环水的pH值高于这一范围时，则水的结垢趋势增大，容易引起换热器结垢，因而pH值的控制，应采用连续在线控制，在没有外界因素影响的条件下，应严格控制pH值范围，充分发挥缓蚀阻垢剂的最大效果，提高换热设备的运行质量。

2、循环水中有关指标的特殊控制

循环水控制的分析项目主要有pH、浊度、总硬度、Ca2+、Mg2+、有机磷、正磷、余氯、CI-、异养菌、粘泥、平均腐蚀率等，对用于特定的换热设备、介质的循环水，在分析项目和指标控制要求中，还要另加重视，如不锈钢换热器中的循环水在上述指标中，应严控CI-浓度，当该浓度高时，对设备产生晶间腐蚀，轻者造成经济损失，严重者将会发生安全事故；在热电厂的循环水质指标中，还要增加NH3浓度分析，当水中NH3浓度达到一定值时，发电系统的紫铜冷凝器，将因NH3浓度超标而发生腐蚀，使其产生泄漏，影响发电机组的运行。

结束语

循环冷却水系统的节能措施有很多，不同的工业项目应根据项目规模、实际的运行工况、建设地的条件等各方面情况，综合考虑采用合适的节能措施，更好的实现节能减排的目的。

参考文献

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