冷却水循环水系统原理图（循环冷却水处理知识--系列5）

循环冷却水处理知识--系列5

循环冷却水系统中的污垢沉积物及其控制

一、循环水中的沉积物

1．水中的盐类的析出

溶度积效应：随着循环水浓缩倍数的逐渐提高，循环冷却水系统中的各种离子如钠离子、钾离子、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐等的钙镁铁盐随着离子浓度的变化逐渐饱和析出结晶体而产生沉淀，尤其在冷却塔壁、挡水板附近造成沉积。

2．细菌、藻类微生物在水中的形成的污泥

各种悬浮物、砂子、淤泥、粘土、微生物、油等，均可由补充水带入系统。

由于开式循环水系统暴露在空气中，尤其夏季气温高，阳光充足，大量的菌藻类微生物繁殖速度快，常常聚集在水速较慢或流速突然发生变化的位置，如冷却塔挡水板、冷水池，从而进入集水池、水箱、水箱和换热器的壳程处。对于沉降和成垢发生影响。

油污常黏附在金属表面，起着一种污垢黏合剂的作用。油膜影响传热效果，是微生物的营养源，阻止抑制剂达到金属表面，影响缓蚀效果。

3．空气中生成的污泥

空气中混有很多悬浮物，随空气带入的砂子、粘泥、黏土、污泥和细菌等会促进系统的总体结垢。空气中的杂质在系统中产生沉积物。氧气和二氧化碳加速了腐蚀；

二氧化硫、硫化氢等气体使阳极抑制剂还原成不溶性的污垢，硫化氢腐蚀性很强，生成硫化铁沉积物，进一步加剧腐蚀；氨选择性腐蚀铜和铜合金。

4．与系统相关的沉积物

系统内的部件的腐蚀也会导致沉积物的生成，它们蔓延面积很广，很快堵塞配水管线和换热器。沉积物又会加速腐蚀和结垢。

二、水垢析出与判断

1．Langelier 饱和指数

L.S.I. = pH - pH_s ＞ 0 结垢

L.S.I. = pH - pH_s ＝ 0 不腐蚀不结垢

L.S.I. = pH - pH_s ＜0 腐蚀

2．Ryznar 稳定指数

R.S.I是由雷兹纳在实际工作中总结出的一个经验公式，计算式如下：

R.S.I. = 2pH_s – pH ＜ 6 结垢

R.S.I. = 2pH_s – pH ＝ 6 不腐蚀不结垢

R.S.I. = 2pH_s – pH ＞ 6 腐蚀

同L.S.I相比，R.S.I更接近实际，但同L.S.I一样未考虑水处理因素对结垢的影响，因此也只能对未作处理的原水作判断。

3．Puckorius 结垢指数

P.S.I是帕科拉兹在稳定指数R.S.I的基础上提出来的一个经验公式，他用平衡pH，即PH_eq代替R.S.I计算公式中的实测pH。P.S.I比R.S.I更接近实际。PHeq的计算公式如下：

PH_eq ＝ 1.465 lgM 4.54

R.S.I. = 2pH_s – pH_eq ＜ 6 结垢

R.S.I. = 2pH_s – pH_eq ＝ 6 不腐蚀不结垢

R.S.I. = 2pH_s – pH_eq ＞ 6 腐蚀

4. 临界pH结垢指数

临界ＰＨ结垢指数是由法特诺提出来的。他用实验的方法测出结垢时水的真实ＰＨ值，即PHc。用PHc与日常运行时的ＰＨ比较，当ＰＨ大于PHc时，水就要结垢，当ＰＨ小于PHc时，不结垢，但是否腐蚀还要考虑其它因素。

临界ＰＨ结垢指数由于是由实验方法得出来的，已考虑了结垢所有影响因素，准确度较高。但工作量大，对实验条件及工作人员的要求也较高，因此临界ＰＨ结垢指数在日常运用中也受到限制。

注：以上四种指数判断，限于篇幅，不再累述。

三、沉积物的控制方法

1．常规处理

（1）软化

采用离子交换、石灰软化除去矿物质等方法去除成垢离子。

在密闭系统应用得较多，特别是运行温度很高的那些系统，如天然气加压发动机冷却夹套中水的处理。

（2）加酸

控制水垢的最老的方法之一。加酸以控制适当的碱度和pH值。

Ca(HCO₃)₂ H₂SO₄→CaSO₄ 2CO₂↑ 2H₂O

硫酸钙的溶解度至少比碳酸钙高100倍。

目前在电力、石化行业，为了提高循环水利用率，加酸也是常用的方法之一。当然加酸的弊端也比较明显，比方容易引起PH漂移、加酸不当引起的腐蚀等等危害。

（3）旁流处理

1～5%的冷却水流经过滤器；滤料有砂子、无烟煤、混合滤料等；

2．投加水处理药剂

（1）有机膦系列药剂：HEDP，ATMP, PAPEMP及其它有机膦系列。HEDP每g的投加量钙螯合值可大于450mg，随着有机膦研究技术的进步，近年来大分子有机膦在水处理行业的广泛应用，其阻垢性能更加卓越。

（2）聚合物分散剂,如PAA, AA/HPA/AMPS三元共聚物等等。

聚合物的阻垢作用包括螯合作用、晶格畸变作用、抑制生长、胶粒分散。

a．螯合作用

由于聚合物与溶液中的阳离子螯合而降低了溶液中微溶盐的过饱和度，从而抑制了垢的形成。

b．晶格畸变作用

聚合物在垢的形成过程中吸附在晶核或微晶上，占据一定的位置，阻碍和破坏了晶体的正常生长，减慢晶体的生长速率，从而减少了垢的形成。

c．抑制作用

聚合物在晶体的生长过程中吸附在微晶的活性生长点上，减慢甚至完全抑制了晶体的生长，使微晶不能长大从水中沉淀出来。

d．胶粒分散作用

聚合物可吸附在水垢的颗粒表面，显著增加其表面电位。因此，增大了颗粒间的静电排斥，达到分散稳定胶体的作用。胶粒吸附聚合物后，会产生一种新的斥力位能—空间斥力位能，并且由于聚合物中亲水基团的水合作用也会增加胶粒间的空间排斥作用。因此起到了稳定作用。

（3）采用高效复合药剂

目前随着水处理技术的发展，单单投加一种药剂已成过去，采用复合药剂联合阻垢分散及缓蚀作用已经成为主流。使得硬垢晶体畸变。较大的、无规则形状的有机膦、聚合物夹杂在硬垢晶格中，有助于防止紧密的、结构均匀的结晶沉积在金属表面上，同时复合药剂有优秀的缓蚀性能。目前国内厂商中江海环保、天津化工研究院、上海洗霸及苏州安峰环保是做得比较好的厂商之一，其中安峰环保CM7010系列高效缓蚀阻垢剂就是采用有机膦、高分子聚合物及缓蚀剂复合缓蚀阻垢剂，可以在4-5倍的浓缩倍数下有优良的阻垢及缓蚀性能。

对于不同的垢形，晶体的生长和胶粒的聚集倾向性不同。一般认为，CaCO₃垢是以晶体生长倾向为主。其晶粒呈分散状、菱面体结构。(Ca)₃(PO₄)₂垢宏观呈絮状胶团，微观为非晶、多晶混合物。因此，阻垢剂的分散作用对后者尤为重要。

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