循环水课件.docx

水处理基础知识培训教材1版第30页共29页一、系统简介1、系统简介 山东神达化工有限公司、山东昊达化学有限公司DMTO系统配套工程水处理系统为100万吨/年甲醇制烯烃装置、20万吨/年聚丙烯装置、10万吨/年EVA装置、12万吨/年环氧乙烷装置、及12万吨/年非离子表面活性剂装置的配套项目，系统内有净水场、生产给水及消防加压泵站、循环水场、污水处理场、除盐水站、凝结水站以及雨水收集及事故水防控设施等。净水场采用“高效絮凝沉淀池+V型滤池”处理工艺，设计产水规模为1200 m3/h；出水水质满足石油化工给水排水水质标准SH3099-2000中生产给水的水质指标要求。生产给水及消防加压泵站主要负责全厂高、低压生产给水管网及消防管网的供给； 循环水场主要供给各主装置、供热中心及空分等，设计规模为45000m3/h，循环冷却水给水温度32，循环冷却水回水温度42，供水压力为0.45MPa，回水压力为0.25MPa。循环水系统中氯离子含量200 mg/L。污水处理场主要是对主装置的生产废水进行预处理，处理后的生产废水通过园区污水管网排至园区污水处理厂进行深度处理。目前该系统设计规模为300m3/h，全厂生产污水统计水量为246.4 m3/h,生活污水统计水量36.5 m3/h；含盐污水162.1 m3/h，按200 m3/h规模考虑。除盐水、凝结水站包括除盐水站、凝结水站及热水站，厂房内统一布置。除盐水站采用反渗透+两级混床处理工艺，水站设计能力为330 m3/h;凝结水站主要通过收集来自主装置的高温凝液，经换热降温后由除油除铁+混床处理工艺生产出合格的除盐水，设计能力 200 m3/h。除盐水站、凝结水站为供热中心中压锅炉、DMTO及EVA余热锅炉提供除盐水，供水压力为0.7MPa,出水水质pH值8.89.3，电导率0.2s/cm，SiO20.02 mg/L， Fe30ug/L,Cu5ug/L,硬度0 mg/L，油0.3mg/L。全厂系统雨水管网采用明沟排水方式，雨水系统末端设置初期雨水监控池，有效池容为10000 m3。事故水池主要考虑发生事故时装置的最大消防水量及系统配套设施的最大消防水量，设计池容为10000 m3。甲醇罐区及混合罐区发生事故时，事故水暂存于防火堤内。二、循环水场1、循环水场概述1.1 简介及水处理基本知识循环水场山东神达化工有限公司、山东昊达化学有限公司DMTO系统配套工程，由中石化洛阳工程有限公司设计，负责神达、昊达项目全部循环冷却水的处理和供给。1.1.1水中杂质天然水中杂质，按其粒径大小可分为悬浮物、胶体和溶解性物质三类。粒径大于10-7m的为悬浮体；10-710-9m的为胶体；小于10-9m的为溶解介质，包括离子和溶解气体。1.1.1.1 悬浮物：颗粒直径较大，悬浮于水中，极不稳定，在静置或流速小时，比重小的可悬浮于水面，比重大的沉于水底。1.1.1.2 胶体：胶体物质是许多分子和离子的集合体。这些微粒，由于其表面积很大，显示出极强的吸附性。其表面因吸附有多量的离子而带电，结果使同类胶体因相互排斥而稳定在微小的胶体颗粒状态，不能靠自重而自行下沉。在循环冷却水系统中，原来水中并不下沉的胶体在水循环过程中，经加热和浓缩，会互相凝聚而沉降析出，这往往是系统中污泥的主要来源之一。1.1.1.3 溶解气体：水中溶解气体主要有氮、氧、二氧化碳、氨、二氧化硫和硫化氢，除氮外，其余均对冷却水的性质有较大影响。 (1) 氧氧是引起碳钢在水中腐蚀的主要物质，溶解氧不仅可引起均匀腐蚀，而且由于氧的浓度差还将导致局部腐蚀。水中溶解氧也可用来防腐，例如不锈钢类金属，在溶解氧充足时，将有利于形成完整的钝化膜，而增加金属的抗蚀性。在敞开式循环冷却水中，由于靠水气充分接触而冷却循环水，氧的供应非常充分，因而氧的腐蚀也严重。 (2) 氨 氨是可以和水相互作用的气体，反应产物氢氧化氨是一种弱碱，由于氨在水中的含量一般很少，对水质影响不大。少量的氨在水中能引起铜和铜合金的应力腐蚀开裂，其原因是氨能和铜表面保护膜中的铜或亚铜离子形成稳定的络合物。 (3) 二氧化硫和硫化氢它们在水中使碳钢发生腐蚀，其原因是：使水的pH值降低。H2S良好的沉淀剂，可以和许多二价金属离子生成硫化物沉淀，使一些缓蚀剂失效，如锌。 （4）水中离子水中主要离子有K+、Na、Ca2、Mg2、Fe3、Zn2、SO42、Cl、CO32、OH、HCO32等。 1) 钾和钠 钾、钠离子是水中最多的阳离子，常见的钾、钠盐类在水中溶解度都很大，不会形成沉淀物。但用一般方法也很难去除水中的钾、钠离子其对金属的影响主要是腐蚀。在工业水的软化处理中，由于除去了成垢的钙、镁离子，致使水中主要含钾、钠盐，导致腐蚀明显比软化前加大。 2) 铁水中三价铁通常是氢氧化物或铁的氯化物的水合物，呈胶体态而悬浮于水中，通常称为胶态铁。水中游离铁主要是亚铁离子。总铁是胶态铁和亚铁的总称。 由于胶态铁能稳定地悬浮于水中，当循环水通过热交换器时，在受热面胶体互相凝集沉淀。沉淀的三氯化二铁由于它的不连续性和不致密性而对金属没有保护作用。而且由于其具有磁性，粘着力强和比重大，清除也较困难。亚铁离子是铁细菌的营养源，而且可以和冷却水的磷酸根相互作用，生成粘着力很强的磷酸亚铁污垢。它还加快碳酸钙垢的生长速度。 因此，冷却水中要控制总铁含量小于1mg/l 。 3) 氯氯离子是水中常见离子，由于目前冷却水的杀菌处理普便采用氯气作为杀生剂，所以冷却水中氯离子含量将大于淡水中的含量.它在水中对不锈钢设备起点蚀作用,冷却水中要控制余氯的含量小于200mg/l 。 4) 硫酸根和磷酸根它们在冷却水中的危害性一般不大，如含量过高会形成磷酸钙和硫酸钙垢，也很难清除。1.2 水中溶解物质的化学指标1.2.1氢离子浓度和pH值 水的电离反应式： H2O=H+OH- 水在任何时候都保持着电离平衡，H+和OH-离子的浓度积都是常数，称之为离子积常数，用Kw表示。在室温下：Kw=H+OH-=10-14 由于水电离时H+和OH-浓度相等。所以，H+=OH-10-7克离子升为了计算方便，将H+以负对数表示称之为PH值，即：pH=-logH+ 在中性溶液中； pH=log（10-7）=7 在碱性溶液中，pH7 在酸性溶液中，pH71.2.2酸度和碱度1.2.2.1酸度是指水中能与强碱发生中和反应的物质总量。在中和前溶液中已电离生成H+的数量称为离子酸度，它与PH值相对应。强酸能在溶液中全部电离。所以它构成的酸度都是离子酸度。弱酸的分子在水溶液中只部分电离，大部分在中和前是分子态，这些分子在中和进行过程中才陆续电离参与反应。这部分在中和前并未电离而只在反应中才电离的H+的离子数量称为分子酸度。离子酸度和分子酸度之和为酸度。1.2.2.2碱度 水中能和强酸发生中和反应的全部物质含量称为碱度。 在水中碱度可有五种不同组合类型。 （l单独的OH-碱度； （2 OH-C032-碱度； （3单独的C032-碱度； （4 C032- +HC03-碱度； （5单独的HC03-碱度。1.2.3硬度硬度的最初含义是指水本身消耗肥皂的一种特性，由于一般水中Ca、Mg离子远大于Fe、Al、Mn，故把水中钙、镁离子总浓度称为硬度。考虑到水中阴离子的组成，又可把硬度区分为碳酸盐和非碳酸盐硬度。非碳酸盐硬度又称永久硬度，碳酸盐硬度称为暂时硬度。硬度的表示方法常用当量浓度，也用以CaCO3、CaO计的重量浓度表示。1.3设计能力循环水场是山东神达化工有限公司、山东昊达化学有限公司DMTO系统配套工程建设的公用工程装置。循环水场主要供给全厂装置循环冷却用水，设计规模为45000 m3/h，循环冷却水中Cl-200 mg/L，循环冷却水给水温度32，循环冷却水回水温度42，碳钢腐蚀速率0.075mm/年（碳钢），污垢系数为1.723.4410-4m2K/W，供水压力为0.45MPa，回水压力为0.25MPa。实际用水水量表如表1-1所示：序号系统单元名称生产给水生活给水循环水正常最大正常最大正常最大一工艺装置 1100万吨/年DMTO装置5100*120*890215000220万吨/年聚丙烯装置130*220*41004900310万吨/年EVA装置150220*46006000412万吨/年环氧乙烷装置117*112*58006400512万吨/年表面活性剂装置1017.243004300二热工系统1动力站（含CFB锅炉）177*120177*2空压站114506003除盐水站1803204空分站150*200*110015005凝结水站2508006热水站三储运设施1EO罐区及装车112*115*2004002烯烃罐区（一）1001003其他储运设施20*四给排水系统1循环水场5628440.522污水预处理设施240.523净水场240.52五消防补充水250*六全厂生活设施815七中心化验室111.5八小计757100718.537.52993840205九未预见水量1141.9十合计112139.440205十一设计规模120040450001.4 技术方案本厂循环水装置为敞开式循环冷却水系统，采取逆流通风机械冷却塔，空气与水直接接触换热，这种冷却方式换热温差大、占地面积小，投资省，建设周期短，保证率高，适合于大型化工联合企业的生产特点。尤其是这种循环水系统允许的浓缩倍数较高，节水优势明显，在水资源供应紧张的地区尤其适用。2、技术分类及特点冷却水系统是大型化工联合企业必备的辅助生产设施，其主要作用是把化工过程产生的大量的热量用冷却水来带走，通过冷却水与工艺物料的冷却换热来实现控制化工设备或工艺物料的温度，使之满足化工生产条件及设备的工作特性，保障化工生产过程顺利进行。通常我们把用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。从技术上讲，冷却水的工作过程属于换热过程的一种。冷却水系统一般有两种，直流冷却水系统和循环冷却水系统。2.1 直流冷却水系统在直流冷却水系统中，冷却水仅仅通过一次换热设备，用过后水就被排放掉。因此，它的用水量很大，而排出水的温升却很小，水中各种矿物质和离子含量基本上保持不变。这种冷却水系统不需要其它冷却水构筑物，因此投资少、操作简便，但是冷却水的操作费用大，水资源浪费严重，不符合当前节约使用水资源的要求。2.2 循环冷却水系统在循环冷却水系统中，冷却水用过后不是马上排放掉，而是回收再用，不断循环的过程。循环冷却水系统分封闭式和敞开式两种。2.2.1 封闭式循环冷却水系统封闭式循环冷却水系统又称为密闭式循环冷却水系统。在循环过程中，冷却水不暴露于空气中，所以水量损失很少，水中各种矿物质和离子含量一般不发生变化。这种系统一般用于锅炉系统和发电机系统等有特殊要求的换热设备。2.2.2 敞开式循环冷却水系统 敞开式循环水的冷却是通过冷却塔来进行的，属于湿空气和冷却水的直接接触换热（或称为混合换热），因此冷却水在循环过程中要与空气接触，部分水通过冷却塔时会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩。为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称作补充水；并排出一定量的浓缩水，通常称作排污水。这种换热过程伴随着传热和传质过程，流态比较复杂，通常只能根据试验数据、工程经验和模拟实验结合热力学理论计算来获取状态参数，从而完成冷却塔的热力过程计算和通风阻力计算。敞开式循环冷却水系统的优越性：敞开式循环冷却水系统，要损失一部分水，但与直流冷却水系统相比，可以节约大量的冷却水，允许的浓缩程度愈高，节约的水量愈可观，且排污水也相应减少。因此，不论从节水方面，还是从经济观点和保护环境的生态平衡观点出发，都应设法降低生产装置中冷却水的用量，减少排污水量。推广采用敞开式循环冷却水系统，并提高系统的浓缩倍数。敞开式循环冷却水系统一般由循环水泵、冷却塔、换热器、循环水池、吸水池、补水管、过滤器、输水管线和排污系统组成。其中主要部分为泵和冷却塔，简单介绍如下：2.2.2.1循环水泵泵是输送和提升液体的机器。电动机（或者是蒸汽透平驱动）通过泵轴带动叶轮旋转，对水作功，使水的能量增加，然后输送到有一定高度或一定压力的地方。循环水泵一般为离心式水泵，由于其具有大流量低扬程的工作特点，因此多采用单级双吸型水泵。这种水泵有立式安装和卧式安装两种形式。我们单元采用露天卧式安装，共11台水泵，其中1#循环水泵5台（3用2备），流量为10000m3/h；2#循环水泵2台(1用1备)，流量为5000m3/h；蒸汽透平泵两台，一台为10000m3/h,一台为5000m3/h；柴油机泵两台，流量为800 m3/h,主要作为事故状态下EO装置的循环冷却水使用。离心泵所以能把水所输送出去，是靠离心力的作用，离心力是物体在作高速旋转运动时，脱离圆心的一种力。叶轮在泵轴带动下高速旋转后，叶轮内的水受离心力的作用而被甩出涡壳，经涡壳中的流道流入与水泵连接的出水管道，此时水泵叶轮中心处由于水被甩出形成真空，进水在大气压作用下沿着进水管源源不断流入叶轮，在受到高速旋转的叶轮作用而被甩入管道，这样循环不已就形成了离心泵的连续输水过程。单级双吸离心式水泵的构造是由泵壳（泵盖、泵体）、叶轮、密封环、轴承、轴套、机械密封（填料函）和联轴器等主要部件构成。该泵具有转速高，效率高，流量大，结构简单，性能平稳，容易操作和维修方便的特点。汽轮机的工作原理汽轮机由喷嘴叶栅和与它相配合的动叶栅所组成，它是汽轮机作功的基本单元，汽轮机可由单级或若干级串联组合而成。当具有一定温度和压力的蒸汽通过汽轮机级时，首先在喷嘴叶栅中将蒸汽所具有的热能转变成为动能，然后在动叶栅中将其动能转变为机械能，从而完成汽轮机利用蒸汽能作功的任务。蒸汽的动能转变为机械能主要是利用蒸汽通过动叶栅时，发生动量变化对该叶栅产生冲力，使动叶栅转动作功而获得的。因此机械能的数量将决定于工作蒸汽的质量流量和速度变化量，质量流量越大，速度变化量越大，作用力也越大。这种作用力一般可分为冲动力和反动力两种形式。当气流在动叶汽道内不膨胀加速，而只随汽道形状改变其流动方向时，气流改变流动方向对汽道所产生的离心力，叫做冲动力。这时蒸汽所作的机械功等于它在动叶栅中动能的变化量，这种级叫做冲动级。蒸汽在动叶汽道内随汽道改变流动方向同时仍在继续膨胀、加速，即气流不仅改变方向，而且因膨胀使其速度也有较大的增加，加速的气流流出汽道 时，对动叶栅将施加一个用与气流流出方向相反的反作用力，这个作用力叫做反动力。依靠反动力推动的级叫做反动级。但是在一般情况下，蒸汽在汽道中一方面将其在静叶栅内所获得的动能转化为动叶栅上的机械能，在动叶栅上施加冲动力；另一方面，在动叶栅中继续膨胀，对动叶栅产生一个反作用力。这时动叶栅不仅受到气流的冲动力，同时也受到气流的反作用力的作用。所以它是在这两个力的合力作用下，使动叶栅旋转而产生机械功。 汽轮机机组设计蒸汽参数和要求： 进气压力 4.03.60.2MPaG 进气温度 4204352010 测量点 汽轮机进气口法兰处 排气压力 1.00.20.65（0.60.8）MPaG 测量点 汽轮机排气口法兰处 汽轮机的设计参数（正常工况） 汽轮机型号/形式 B2.0-4.1/0.75 多级背压汽轮机 进气压力 4.0MPaG 进气温度 420 排气压力 0.65MPaG 排气温度 263 减速箱轴端输出功率 2000KW 正常转速 3600 r/min 最大连续运行转速 3780r/min 机械跳闸转速 4158r/min 电子跳闸转速 4080r/min 蒸汽流量 27t/h 气耗 13.5kg/(kw.h需补充)2.2.2.2冷却塔敞开式循环冷却水系统中主要设备之一是冷却塔。冷却塔用来冷却换热器中排出的热水。在冷却塔中，热水从塔顶向下喷淋成水滴或水膜状，空气则由下而上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向流动，在汽水接触过程中，进行热交换，水的温度得到降低。冷却塔由：配水系统、填料、百叶窗、集水池、空气分配区、风机和风筒等组成。冷却塔的型式很多，根据空气进入塔内的情况分自然通风和机械通风两大类。自然通风型最常见的是风筒式冷却塔；而机械通风型又分抽风式和鼓风式两种。根据空气流动方向，机械通风型又可分为横流式和逆流式。目前最常见的机械通风型的冷却塔是抽风逆流或横流式冷却塔。 自然通风冷却塔自然通风冷却塔最常见的是风筒式冷却塔,空气靠冷却塔筒体的高度,向烟囱一样靠自然拔风,将空气吸入塔内与水滴逆向接触，带走循环水因蒸发传导散失的热量，然后从塔顶排入高空，水即得到冷却。 机械通风钢冷却塔机械通风型冷却塔内部装有溅水装置或填料，由一排排板条交错排列而成。水顺着板条逐排淋降，溅成水滴。也可采用膜式填料，使水在填料表面上以薄膜形式与空气接触。填料可由木材、水泥或聚乙烯板等制成。填料必须受湿良好，否则水在填料上形成水流而不是水滴或水膜。空气则由塔顶的抽风机抽吸进入塔内，与水逆流或横流接触。在塔内，热水与空气之间发生两种传热作用，一是蒸发传热，二是接触传热。蒸发传热是当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大于空气中水蒸汽分压时，水滴表面的水分子克服液态水分子之间的吸引力而汽化逸入空气中，并带走汽化潜热，使液态水的温度下降。每蒸发的1kg水，要带走约2.43106J的热量。蒸发传热带走的热量约占冷却塔中传热量的75%80%。接触传热是当空气的湿球温度低于水温时，热量从水传向空气，使空气温度提高而水温降低，带走的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20%25%。 玻璃钢冷却塔玻璃钢冷却塔的作用原理与机械通风型冷却塔相似，所不同的是塔体外壳全部用玻璃钢预制成块状部件，运输到现场后再拼装而成。填料通常为聚乙烯材料压制成波纹板式或T波式，根据需要还可采用铝合金，不适合循环量较大的冷却方式. 本装置循环水站冷却塔采用“一”字型布置（共9台，分为两组），单塔处理水量5000 m3/h,总处理水量45000 m3/h, 本次凉水塔选用JT-NV系列型修改逆流式钢混结构冷却塔；该JT-NV系列塔型均通过实践使用，并经国家权威机构实塔检测，各项性能指标均达到或超过国家标准GB7190.22008玻璃纤维增强塑料冷却塔的规定，是具优越性能的塔型。该系列冷却塔具有热力性能好、电耗少、整塔稳定性好、外表美观、噪声低、施工安装周期短等特点。被广泛应用于石油、化工、冶金、发电等企业大水量的循环系统中。JT-NV-4300型冷却塔即方型逆流式钢筋混凝土框架FRP板围护结构5000t/h冷却塔，工况为干球温度=32.8、湿球温度=26.7、相对湿度69%、大气压P=100.8KPa、进水温度t142、出水温度t232。 2.3 循环冷却水的参数2.3.1浓缩倍数浓缩倍数是循环冷却水管理的重要指标。在敞开式循环冷却水系统中，由于系统的蒸发，系统中的水会愈来愈少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓，为了使水中含盐量维持在一定的浓度，必须补入新鲜水，排出浓缩水。通常在操作时，用浓缩倍数来控制水中含盐的浓度。设以K表示浓缩倍数，则K的含意就是指循环水中某离子的浓度与补充水中某离子的浓度之比。以式表示则为： K= C循 /C补式中 C循循环水中某离子的浓度；C补补充水中某离子的浓度。用来计算浓缩倍数的离子，要求它的浓度除了随着浓缩过程而增加外，不受其他外界条件的干扰，如加热、沉淀和投加药剂等，通常选用的有电导、SiO2、K+等。2.3.2 补充水M（m3/h）水在循环过程中，不但有蒸发损失，还有为了维持一定的浓缩倍数需要排放掉一定的污水外，还有由于空气流从塔顶逸出时，带走部分水滴，以及管道渗漏而失去部分循环水，因此补充水是下列各项损失之和。 （1）蒸发损失E（m3/h）冷却塔中，循环冷却水因蒸发而损失的水量E与气候和冷却幅度有关，通常以蒸发损失来表示。进入冷却塔的水量愈大，损失的E也就愈多，以式表示如下：E =（RB） （m3/h）= e（t1t2）%式中 蒸发损失率，%； R系统中循环水量，m3/h； B系统中排污水量，m3/h； t1、t2循环冷却水进、出冷却塔的温度，； e损失系数。 （2）风吹损失（包括飞溅和雾沫夹带）D（m3/h）风吹损失除与当地的风速有关外，还与冷却塔的型式和结构有关，一般自然通风冷却塔比机械通风冷却塔的风吹损失要大些，若塔中装有良好的收水器，其风吹损失比不装收水器的要小些，风吹损失通常以占循环水量R的百分率来估计，其值约为循环水量0.2% 0.5%。本循环水场冷却塔设计风吹损失0.001%（即十万分之一）。（3）排污损失B（m3/h）B的大小，需要由控制的浓缩倍数和冷却塔的蒸发量来确定。（4）渗漏损失F（m3/h）良好的循环冷却水系统，除管道连接处，泵的进、出口和水池等地方都不应该有渗漏，但是管理不善，安装不好，则渗漏就不可避免，因此在考虑补充水量时，应视系统具体情况而定。故补充水量 M = E + D + B + F （m3/h）2.3.3排污水量B（m3/h）排污水量B可通过物料平衡的方法计算，对某些不受加热、沉淀干扰的离子，如K+、Na+等，作物料衡算：M C补= E C蒸 + B C循 + D C循 + F C循蒸发时，离子不会随水蒸气逸出，故C蒸 =0，则M C补=（B + D + F）C循又因 M = E + D + B + F ；C循 / C补 = K，则 （E + D + B + F）/（B + D + F）= KB= E (K - 1) D (K - 1) F K - 1当系统中管道连接紧密，不发生渗漏时，则F=0，当冷却塔收水器效果较好时，风吹损失D很小，如忽略不计，上式可简化为：B= E K - 1因此循环系统操作时，只要知道了系统中循环水量R和浓缩倍数K，就可以估算出蒸发量E、排污量B。由上述一些关系也可以看出，在一定的系统中，只要改变补充水量或排污水量，就可以改变循环系统的浓缩倍数K。3、生产工艺原理3.1 循环水的冷却原理冷却水：以间接或直接冷却化学产品或其它介质为目的而使用的水称为冷却水。我司循环水场采用敞开式循环冷却方式，水的冷却主要是在冷却塔内完成的，升温后的循环水进入冷却塔，先通过布水系统，将水均匀地分布在填料上，在填料表面形成一层水膜，与自下而上的气流逆向接触，通过蒸发散热和接触散热二个过程而得以冷却。在冷却塔中布水器上部设有收水器，使蒸发后的水蒸汽凝聚成水滴回到系统中，减少了水量损失。蒸发传热原理：当水温低于沸点时，只要水表面的饱和蒸汽压力比空气中水蒸汽的分压大水表面分子就会克服水分子内部的凝聚力而逸出水面，并带走汽化潜热，使液态水的温度下降，蒸发传热带走的热量约占冷却塔传热量的75%80%。接触传热原理：当空气的湿球温度低于水温时，热量从水传向空气，使空气温度提高而水温降低，带走的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20%25%。 冷却塔中的散热效率决定于下列几个因素：（1）水与空气接触的表面积；（2）空气与水的相对速度；（3）空气与水接触的时间；（4）进水空气湿球温度与回水温度之间的温差。（1）、（2）、（3）项是决定水蒸发的关键，第（1）项是填料种类和结构来决定的；第（2）项决定于机械通风还是自然通风；第（3）项是第（2）项及塔高的函数；第（4）项决定于气候，但只要空气的湿球温度低于水温，水就会因散热的对流传递而冷却，冷却水温与空气湿球温度的差值称为“冷却幅高”，在冷却塔效率不高的情况下，冷却幅高就会增大，回水温度和冷水温度的差值称为、“冷却幅宽”，当冷却幅宽低于设计值时，会长期影响冷却器的换热效果。 冷却塔冷去过程见图4.1。图4.1 冷却塔工作示意图3.2 循环水质处理原理在循环冷却水系统中，由于降温的需要。有部分冷却水被消耗掉，而盐分仍留在系统中，产生盐类浓缩作用。同时由于热水和空气充分接触，循环水中二氧化碳逸出，水体中平衡被破坏，引起水质的不稳定。在系统中产生腐蚀和结垢现象。因此，必须对循环冷却水进行水质稳定处理，为了保证循环水系统的正常运行，必须使系统中的水质达到工艺所要求的稳定状态。水质稳定处理一般包含三部分内容：清洗、预膜和日常处理。3.2.1清洗： 目的：循环冷却水系统的清洗主要是清除与冷却水接触的管道和换热设备中的油污、泥水、油脂、焊渣、银粒等污染物。其目的是促进预膜时保护膜的形成，增强预膜效果。 对投运后的循环冷却水系统，由于在换热设备传热表面上沉积了水垢、金属腐蚀产物和粘泥。在停车大检修后重新开车必须进行清洗操作。在长期运行过程中，也会产生污垢沉积。只有清除干净，才能保证设备的长周期安全运行，并延长设备使用寿命。因此，在循环冷却系统中无论是原始开车还是检修后开车，都必须对循环冷却水系统进行清洗操作。3.2.1.1方法与原理 冷却水系统的清洗方法可分为物理清洗和化学清洗两种。物理清洗主要是用水、空气、人工或机械的方式除去沉积物。化学清洗是采用化学的方法用酸和碱，并加入适量的缓蚀剂、它是利用酸、碱或有机整合剂等化学药剂，通过化学作用将附着在设备上的污垢溶解清洗干净。 a化学清洗的优点： 1）由于在清洗液中加入了缓蚀剂，酸洗时钢材的腐蚀可降到最低限。壁厚损失小于10微米；这样的腐蚀速度在生产实际中是可以接受的。 2）化学清洗可以不必打开冷却设备，同时对设备内小的间隙部分也可以清洗到，而机械清洗要做到这一点是非常困难的。化学清洗可采取钝化等措施，以防止清洗后的锈蚀。 b.化学清洗的缺点。 1）化学清洗很难清除腐蚀结垢严重的设备。 2）化学清洗时必须使用多种化学药剂，处理后的废液需妥善处理。 c.清洗的准备工作： 因为化学清洗有上述优缺点，所以必须在清洗前做好清洗方案，弄清下列问题： l）清洗设备的种类、型式和容积。 2）清洗液所接触的材质。 3）清洗系统的临时设备和管线。 4）清洗设备的污垢报告。d.清洗步骤:包括投加药剂的次序、时间和数量以及安全防护措施。e.化学清洗方法： 1）碱洗：其主要目的是除去换热设备和系统管道的油脂或使硬垢变成软垢。碱洗也常与酸洗交替进行，以便清除那些较难除去的无水硫酸盐和硅垢。碱洗一般是利用碳酸钠、磷酸三钠、水玻璃等化学物质的乳化分散和松散作用，如果再加入表面活性剂，更能增强其去污能力。 2）酸洗：其目的是去除水垢、金属氧化物。酸洗用的酸主要有：盐酸、硫酸、硝酸、磷酸柠檬酸和氨基碳酸等。我厂系统中有不锈钢设备，不能选用盐酸，而直选用稀硝酸和磷酸等进行酸洗。 3.2.1.2循环冷却水系统清洗操作 循环冷却水系统清洗投加的清洗剂必须具有杀菌、分散、渗透、润湿、整合和溶解作用。主要用于工厂的原始开车清洗和运行一定时间后的不停车清洗，以及工厂停车大检修后的系统清洗。 1、原始开车清洗 循环冷却水系统在原始开车时，必须进行清洗，以便为预膜处理作好准备。市物上清洗剂的品牌很多，要针对自己工厂的条件要求通过试验筛选出合适的清洗剂。 清洗顺序是，在开车前先将设备打扫干净，然后向水池中注入工业用水，对循环冷却水系统进行冲洗，系统干净后，即停止补水和排水，并调整pH值到清洗配方的要求。然后投加清洗剂，打开循环水泵，使清洗液循环。循环冷却水的原始开车清洗目的是除去系统中的油酯和浮锈。在清洗过程中如达到了这个目的，整个清洗过程便可结束。2、不停车的化学清洗。 循环冷却水系统在运行一段时间后，由于各因素的影响将产生换热设备的传热效率下降，使工艺参数达不到设计要求。此时，就必须对全系统进行清洗。 不停车化学清洗的一般步骤为： a、采用杀菌剂将系统中的菌藻杀灭，并对粘附于管壁表面的污垢进行剥离。 b、再投加分散剂。以改变垢的结构和形态，使之成为可被水冲带的松散沉积物。再投加分散剂的同时，降低循环冷却水的pH值；以提高杀生剂的作用。 c、在清洗过程中要定时分析浊度铁离子和钙离子等有关项目，便于观察循环冷却水的水质变化。 d、在清洗结束时，进行大量排污操作，将系统中清洗液全部更换完 32.2预膜 预膜的目的是在循环冷却水系统中所有换热设备与管道的金属表面形成一层非常薄的能抗腐蚀的保护膜。膜的组成与所投加的水处理药剂的种类有关，不同的水处理药剂在金属表面形成膜的性质也不同。一般情况，循环冷却水系统在原始开车或年度大检修后再开车时投加高剂量的预膜药剂，使之在金属表面形成一层极薄的保护膜，这就叫系统的预膜。在正常进行时的水处理配方起补膜作用。通常预膜应与水处理药剂中的活性剂一致。 预膜方法：在系统清洗工作结束后，先调整pH值，然后加入预膜剂，按照预膜剂的性质的控制条件（药剂浓度、m值、温度和水中离子含量要求等），进行循环，最终使换热设备和金属管道表面形成一层致密的保护膜。预膜终点是根据现场挂片来确定的。 3.2.3 循环冷却水系统正常运行的工艺参数 1M值循环冷却水的M值是一个重要的控制参数，尤其对低PH值的水稳配方，PH值更是一个非常敏感的参数。因为PH值的变化会对腐蚀和结垢产生直接的影响。 2、浓缩倍数浓缩倍数是循环冷却水管理的一个重要指标。它的含意需要结合循环冷却过程来理解，一般要求控制在3倍左右、浓缩倍数越高，节约就越大。在循环冷却水中以循环水同补充水中某离子浓度的比值称为循环冷却水的浓缩倍数。 关于钙离子，在换热器管壁上容易发生沉积，一般不能用作计算浓缩倍数，但在正常运行中可计算钙离子浓缩倍数KCa。此值对于判断结垢的严重程度是有帮助的。如果循环水中完全没有钙离子引起的沉积水垢，那么以K+离子计算的浓缩倍数应等于以Ca2+离子计算的浓缩倍数。但实际上Ca2+K+。所以K+离子计算的浓缩倍数越小，说明系统结垢越重。因此KCa指标在日常运行中也是非常重要的。 3、余氯循环冷却水中做生物的控制是一个重要的内容.系统中做生物的繁殖会影响设备的腐蚀和结垢，因此，在水质处理中采用杀菌灭菌等措施是十分必要的。使用最普遍的杀菌剂是液氮和氨化合物。故我们可以通过测定循环冷却水平的余氮量来控制杀菌剂的投加量。大量的生产运行数据表明，当余氯量大于0 5mg l时；杀菌效果明显。反之，杀菌效果差。 平时通氯时间的长短以能抑制菌藻为原则，要把系统中的微生物完全杀死是不可能的，重要的是定期测定系统中微生物的量，随时了解系统中微生物的回升情况，以确定加氯周期和加氧量，做到有的放矢。但有时系统的余氯量控制大于0.5mg1；微生物数还会回升，其原因主要是异养菌数大于5105 个毫升这时应该及时投加非氧化性杀生剂来抑制微生物的生长。 4、总磷 对于磷系配方来讲，循环冷却水中总磷浓度直接关系到药剂的缓蚀效果和Ca3（PO4）2的沉积条件。系统中总磷浓度要严格按照配方要求来控制。 5、浊度 循环冷却水浊度高是形成沉积的重要因素，因此从供水来讲，要求浊度越低越好。发现循环水浊度有异常变化外要时进行分析处理。 6、正磷 是聚磷酸盐的水解产物，正磷过高会导致系统中产生磷酸盐垢。3.3 循环水系统的腐蚀与控制3.3.1冷却水腐蚀的基本概念腐蚀的定义是：材料和它所存在的环境之间发生化学或电化学反应而引起的材料的败坏及其性质的变质叫腐蚀。这里材料是指金属和非金属材料，环境指周围介质，材料的破坏或性质的降低都属于此范畴。3.3.2分类：1、按化学反应的机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀：金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏，在腐蚀过程中没有腐蚀电流产生。如金属在有机介质中的腐蚀，金属的高温氧化腐蚀等。电化学腐蚀：金属表面与电解质接触，因发生电化学作用而产生的破坏。在腐蚀过程中由于电子的传递亩产生腐蚀电流。如金属在酸、碱、盐中的腐蚀等。2、按腐蚀形式分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。均匀腐蚀：在腐蚀介质作用下，金属整个表面发生腐蚀破坏，在金属表面上基本按相同的腐蚀速度进行着。 局部腐蚀，腐蚀破坏主要集中在金属表面的某一区域。而其它部位几乎未被破坏。局部腐蚀对设备的危害性要比均匀腐蚀大的多。循环冷却水一般为中性电解质，金属材料的腐蚀属电化学腐蚀范畴。下面着重介绍一些电化学腐蚀的基本概念。电化学腐蚀性质（一）电化学腐蚀反应式 腐蚀过程可以用化学反应式来表示。例如： 1、金属在酸性溶液中的腐蚀 把铁片放在盐酸或硫酸溶液中，可以见到铁片在腐蚀过程中放出氢气。Fe+2HCl= FeCl2+H2Fe+H2SO4=FeSO4+H2O同样铝、锌在酸性溶液中也会被腐蚀，并放出氢气。所以说在改性腐蚀过程中都有氢气释放。 2、金周在敞开式循环水中的腐蚀 在敞开式循环冷却水中易为溶解氧所饱和响以在该系统中主要是氧引起的腐蚀。例如： 4Fe6H2O302=4Fe(OH)3 3、金属在高价离子溶液中的腐蚀 例如：铁在氯化铜溶液中的反应 FeCuCI2=FeCI2Cu 电化学反应是包括氧化和还原两个反应。对于铁在盐酸中的腐蚀过程，铁被氧化成亚铁离子，原子价升高，故铁的腐蚀过程是放出电子的氧化反应。 Fe=Fe2+2e（氧化反应） 在此同时氢离子被还原成氢气，原子价降低，是吸收电子的还原反应。 2H+2e=H2（还原反应） 把上述两反应式相加便得到： Fe+2H+=Fe2+H2（二）腐蚀过程的阳极反应和阴极反应 在电化学腐蚀的术语中，通常规定凡是进行氧化反应即释放电子的反应称为阳极反应把还原反应即接受电子的反应为阴极反应。相应的电极就称为阳极阴极。1 阳极过程 阳极过程是金属溶解，以离子形式进入溶液，同时释放出电子的氧化的反应阳极反应的通式为： M=Mn+ne2 阴极过程阴极过程是从阳极流过来的电子，在阴极被电解质溶液中能够吸收电子的物质（称为去极化剂）所接受的还原反应。这类物质主要是氢离子、氧和高价金属离子。 4.3.3 缓蚀剂的缓蚀原理蚀剂又称腐蚀抑制剂或阻蚀剂。是在腐蚀的环境中少量添加就可以明显抑制腐蚀速度的单一的或复合的物质。当采用一种缓蚀剂的效果不理想，或为达到好的效果需要采用大剂量时，可根据协同效应的原理采用不同类型的几种缓蚀剂的配合使用。这样既能提高其缓蚀效果，又降低了药剂用量。 缓蚀剂的缓蚀效果以缓蚀率来表示； K1=（Kwo-Kw）/Kwo 式中：K1缓蚀率 Kwo未加缓蚀剂时金属的腐蚀速度 Kw一加入缓蚀剂时金属的腐蚀速度因缓蚀剂的种类繁多，作用机理各有不同，尚没有公认的见解。按金属表面形成保护膜的类型可分为成膜理论和吸附理论。成膜理论认为；缓蚀剂与金属作用生成氧化膜（或称钝化膜）或缓蚀剂与介质中离子反应生成沉淀膜而使金属的腐蚀速度减慢。吸附理论认为：缓蚀剂在金属表面具有吸附作用，生成了一种吸附在金属表面的吸附膜，从而使金属的腐蚀速度减慢。常用缓蚀剂分类：1、按有机或无机化合物划分： 无机缓蚀剂：铬酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐等。 有机缓蚀剂：膦酸盐、含硫化合物及杂环化合物。2、按抑制腐蚀过程划分： 阳极缓蚀剂：如铬酸盐等，它们是直接或间接氧化金属形成金属氧化物的保护膜，抑制阳极反应。阴极缓蚀剂：如磷酸盐、锌盐、有机膦酸盐等，它们是在阴极形成沉淀膜来抑制阴极反应。4、工艺流程说明 4.1 流程说明本站采用余压上塔流程。首先打开补充水调节阀，使循环水池水位达到设计设定值，开启循环水泵向循环水管网系统注水，使整个系统能够循环运行。然后依次开启循环水泵向用户供给冷却水，经过热交换后的冷却回水直接上塔进行冷却，小部分冷却回水进入旁滤（全自动过滤装置）进行过滤处理，使循环水系统的浊度控制在5NTU。在冬季，环境温度较低时，循环冷却水可不上塔直接进入循环水池循环使用本工程为敞开式循环冷却水系统，敞开式循环冷却水系统中，冷却水与工艺介质换热吸收热量后，经冷却构筑物与大气直接接触降温后循环使用，造成冷却水中二氧化碳逸散，溶解氧和浊度增加，溶解盐类浓度增加、菌藻生长等，使循环水水质恶化，造成换热设备效率降低，甚至使设备、管道结垢/腐蚀穿孔，酿成事故。保证循环水系统的正常运行，系统设置了有冷却塔、旁流过滤、水质稳定加药处理、杀菌灭藻及水质稳定监测系统 4.2工艺流程简图敞开式循环冷却水系统吸水池中的冷却水由循环水泵送往生产装置中各换热器，以冷却工艺热介质，冷却水本身温度升高，变成热水，此循环水量（R）热水被送往冷却塔顶部，由布水管道喷淋到塔内填料上。空气则由塔底进入塔内，并被塔顶风扇抽吸上升，与落下的水滴和填料上的水膜相遇进行热交换，水滴和水膜在下落过程中逐渐变冷，当到达冷却水池时，水温正好下降到符合冷却水的要求。空