环境管理_循环冷却水系统中的沉积物及其控制

第二篇循环冷却水处理 第三章循环冷却水系统及其水处理概况第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制 第一节循环冷却水系统中的沉积物第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第三节阻垢剂及分散剂 第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制 一 沉积物的分类 第一节循环冷却水系统中的沉积物 水垢淤泥腐蚀产物生物沉积物 循环冷却水系统在运行过程中 会有各种物质沉积在换热器的传热管表面 污垢 一 水垢 第一节循环冷却水系统中的沉积物 天然水中溶解有各种盐类 如重碳酸盐 硫酸盐 氯化物 硅酸盐等 如果使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水 当它通过换热器传热表面时 会受热分解 一 水垢 第一节循环冷却水系统中的沉积物 在0oC时 重碳酸钙的溶解度2630mg L 碳酸钙的溶解度只有20mg L 磷酸钙的溶解度只是0 1mg L 溶解度随着温度的升高而降低 当水流速度较小或传热面较粗糙时 这些结晶沉积物就容易沉积在传热表面上 硫酸钙的溶解度是1800mg L 这类沉积物通常称为水垢 因为这些水垢都是由无机盐组成 故又称为无机垢 由于这些水垢结晶致密 比较坚硬 故又称为硬垢 二 污垢 第一节循环冷却水系统中的沉积物 污垢一般是由颗粒细小的泥砂 尘土 不溶性盐类的泥状物 胶状氢氧化物 杂物碎屑 腐蚀产物 油污 特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物等组成 由于这种污垢体积较大 质地疏松稀软 故又称为软垢 它们是引起垢下腐蚀的主要原因 也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床 污垢和水垢一样 也会影响换热器的传热效率 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 1 饱和指数 L S I 碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时 存在着下列动平衡关系 饱和pH饱和指数 1936年朗格利尔 langelier 提出 pHs pH pHs L S I L S I 0 碳酸钙垢会析出 这种水属结垢型水 L S I 0 使碳钢表面裸露在水中而受到腐蚀 这种水称作腐蚀型水 碳酸钙既不析出 原有碳酸钙垢层也不会被溶解掉 这种水属于稳定型水 L S I 0 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 1 饱和指数 L S I 1 计算饱和pHs的公式 根据电中性原则和质量作用定律 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 1 饱和指数 L S I 2 计算饱和pHs的简化方法 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 1 饱和指数 L S I 2 计算饱和pHs的简化方法 例题已知某水的水质分析值如下 试计算该水质的pHs值 第一节循环冷却水系统中的沉积物 例题已知某水的水质分析值如下 试计算该水质的pHs值 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 1 饱和指数 L S I 3 饱和指数的应用 通常设计部门对水质处理进行设计和确定药剂配方时 往往根据水质资料首先计算一下饱和指数 以判断水质是属于什么类型的 然后再考虑处理方案 根据该水质条件并考虑浓缩倍数为3的运转条件 计算了该水质的饱和指数 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 2 稳定指数 R S I 饱和指数在预测水质性能时经常出现错误的判断 提出以下两种假设的水 从饱和指数看 两种水都是结垢型的 但实际上 a 种水是结垢型的 而 b 种水则是强腐蚀型的 稳定指数 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 2 稳定指数 R S I 碳酸钙垢析出的判断依据 a 种水是结垢型的 b 种水是强腐蚀型的 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 3 结垢指数 P S I 水的总碱度比水的实际测定pH能更正确地反映冷却水的腐蚀与结垢倾向 并提出结垢指数 P S I 为 表4 3由总碱度查平衡pH值 二 水垢析出的判断 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 碳酸钙垢析出的判断 4 临界结垢指数 晶体生长理论认为 对微溶性盐如碳酸钙 必须要出现一定的过饱和度始能析出沉淀 与过饱和度相应的pH值称为临界pH值 pHc 临界pH结垢指数完全是用实验测定值代替热力学平衡推导式来预测水中的碳酸钙是否会沉淀出来 其实用意义均比为好 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 管壁两侧为流体的传热基本方程 炼油厂用各种类型的换热器将冷却水和热流体隔开 并通过管壁将热流体的热量传给冷却水 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 一 管壁两侧为流体的传热基本方程 一般化工 炼油 发电等生产厂多为稳定的连续操作 因此换热器中各点的温度不随时间而变 由于温度差沿传热面不断变动 在换热器两端 冷却水的出口端和进口端 热流体与冷却水之间的温度差分别为 热流体 冷却水 冷却水和热流体温度差的平均值 管壁两侧为流体的传热基本方程 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 二 管壁两侧为流体的传热原理 单位时间内由热流体传递给冷却水的热量Q可使冷却水温度升高 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 三 总传热系统的计算 包括三个过程 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 三 总传热系统的计算 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 三 总传热系统的计算 又因恒温稳定传热 故有 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 四 污垢热阻的测定和计算 由沉积物引起的热阻通常称为污垢热阻 如果在传热实验中 欲测定冷却水侧的污垢热阻 则可设法控制热流体侧不生成污垢 三 污垢热阻 第一节循环冷却水系统中的沉积物 四 污垢热阻的测定和计算 一 水垢的控制 第二节循环冷却水系统中沉积物的控制 1 离子交换树脂法 用离子交换法软化补充水 成本较高 因此只有补充水量小的循环冷却水系统间或采用之 第二节循环冷却水系统中沉积物的控制 2 石灰软化法 在预处理时就投加适当的石灰 让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应 生成碳酸钙沉淀析出 从而除去水中的Ca2 投加石灰所耗的成本低 投加石灰时 灰尘较大 劳动条件差 尤其对暂时硬度大的结垢型原水更适用 一 水垢的控制 第二节循环冷却水系统中沉积物的控制 1 加酸 通常是加硫酸 加酸 如果采用加酸法 最好配有自动加酸 调节pH值的设备和仪表 为什么不加盐酸或硝酸 一 水垢的控制 第二节循环冷却水系统中沉积物的控制 2 通CO2气 通CO2气 气易从水中逸出 因而在冷却塔中析出碳酸钙 堵塞冷却塔中填料之间的孔隙 这种现象称钙垢转移 有些化肥厂或化工厂生产过程中有大量CO2气产生 注意凉水塔中适当补充一些CO2气 一 水垢的控制 第二节循环冷却水系统中沉积物的控制 结晶动力学观点 从的CaCO3结晶过程看 如能投加某些药剂 破坏其结晶增长 就可达到控制水垢形成的目的 聚磷酸盐有机多元膦酸有机磷酸酯聚丙烯酸盐 目前使用的各种阻垢剂 结晶的过程首先是生成晶核 形成少量的微晶粒 二 污垢的控制 第二节循环冷却水系统中沉积物的控制 循环冷却水中悬浮物浓度不宜大于20mg L 分散剂能将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒使之悬浮于水中 随着水流流动而不沉积在传热表面上 从而减少污垢对传热的影响 同时部分悬浮物还可随排污水排出循环水系统 循环冷却水系统在稳定操作情况下浊度会升高的原因是由于冷却水经过冷却塔与空气接触时 空气中的灰尘会被洗入水中 特别是工厂所在地理环境干燥 灰尘飞扬时更是明显 如果在系统中增设旁滤设备 只要控制旁流量和进 出旁流设备的浊度 就可保证系统在长时间运行下浊度也不会增加 维持在控制的指标内 从而减少污垢的生成 一 聚磷酸盐 第三节阻垢剂及分散剂 长链状阴离子的三聚磷酸钠和六偏磷酸钠 结构式 20 100 六偏磷酸钠没有固定的熔点 在水中溶解度很大 但不恒定其水溶液有很大的粘度 一 聚磷酸盐 第三节阻垢剂及分散剂 六偏磷酸钠 2mg L时效果较好 从实验可知 几mg L的聚磷酸盐就能防止几百mg L的碳酸钙沉淀析出 一 聚磷酸盐 第三节阻垢剂及分散剂 几mg L的聚磷酸盐就能防止几百mg L的碳酸钙沉淀析出 作用机理 聚磷酸盐在水中生成的长链的阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上 同时这种阴离子易于和CO32 的离子置换 这种置换发生在分散于水中的全部钙离子层上 从而防止了碳酸钙的析出 聚磷酸盐除用作防止水垢外 也可作缓蚀剂用 聚磷酸盐在水中会发生水解 生成正磷酸盐 正磷酸盐又是菌藻的营养物 单纯用聚磷酸盐作阻垢剂已逐渐被淘汰 代之而起的是复合磷酸盐配方 二 有机膦酸 第三节阻垢剂及分散剂 1 ATMP 化学名称为氨基三亚甲基膦酸 2 EDTMP 化学名称为乙二胺四亚甲基膦酸 3 HEDP 化学名称为羟基亚乙基二膦酸 4 DTPMP 化学名称为二亚乙基三胺五亚甲基膦酸 三 膦羧酸 第三节阻垢剂及分散剂 化学名称为2 膦酸基丁烷 1 2 4 三羧酸 四 有机磷酸酯 第三节阻垢剂及分散剂 有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好 但抑制碳酸钙垢的效果较差 有机磷酸酯一般与其他药剂如聚磷酸盐 锌盐 木质素和苯并三氮唑等复合作用 五 聚羧酸 第三节阻垢剂及分散剂 1 聚丙烯酸 2 聚甲基丙烯酸 3 丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物 4 丙烯酸与丙烯酸酯共聚物 5 水解聚马来酸酐 五 聚羧酸 第三节阻垢剂及分散剂 6 马来酸酐 丙烯酸共聚物 7 苯乙烯磺酸 马来酸 酐 共聚物 8 丙烯酸 2 甲基 2 丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物 9 聚天冬氨酸 六 天然分散剂 第三节