循环冷却水水质稳定处理.doc

16 循环冷却水水质稳定处理16.1 钢铁工业循环冷却水系统概况钢铁工业是各工业部门中的用水大户之一，例如，一座年产600万t钢的钢铁联合企业，总用水量约为400万m3/d，其中冷却用水占85%以上。这样大的水量，从节能、经济及环境保护三方面来考虑，冷却用水都应该事先循环利用。钢铁工业生产工艺复杂，用水要求各异，种类繁多，致使与之相应的循环供水系统增多。钢铁厂直接冷却水用户较多，如高炉煤气洗涤水；转炉烟气净化水，连铸机二次喷淋冷却水；轧机冷却水等。高热流高度（热负荷强度）冷却设备较多，如高炉炉体、高炉封口、热风炉热风阀；转炉的氧枪、眼罩；连铸机的结晶器等。连铸机结晶器的热流密度高达209.34104W/m2180104kcal/(m2h)，远远高于国家标准工业循环冷却水处理设计规范中热流密度不宜大于5.82104W/m25104kcal/(m2h)的规定值。根据以上特点，在进行循环冷却水水质稳定处理时，应与其他工业部门通常采用的方法有所区别。钢铁工业循环冷却水系统分为直接冷却开路循环水系统（以下简称浊循环水系统）及简介冷却循环水系统。渐渐冷却循环水系统又分为敞开式系统（即渐渐冷却水开路循环水系统，以下简称敞开式系统）及密闭式系统（及简介冷却闭路循环水系统，以下简称密闭式系统）两种。16.2 基础资料的收集16.2.1 设计基础资料循环冷却水水质稳定处理设计，需收集下列资料： 水质分析； 垢层和腐蚀产物的分析（旧厂改造）； 换热设备资料。16.2.1.1 水质分析原水成分是确定适当的水处理方案、选择合理的水处理流程，采用 的水处理药剂及计量，进行水处理设计计算的重要基础资料。原水水质分析项目及格式见表16-1。水质分析经校核后，可作为循环冷却水水质稳定试验的依据。A 水质全分析项目水质全分析项目见表16-1。表16-1 水质全分析项目水样名称： 取样地点：取样时间： 温度：离子分析mg/lH+mmol/L项目（单位）阳离子K+色度mg/LNa+溶解固体mg/LCa2+悬浮固体mg/LMg2+灼烧减量（450）mg/LFe2+固体残渣（900）mg/LFe3+电导率S/cmMn2+pH值Al3+溶解氧mg/LCu2+总硬度mmol/L阳离子碳酸盐硬度mmol/L阴离子HCO3-非碳酸盐硬度mmol/LCO32-酚酞碱度mmol/LCl-甲基橙碱度mmol/LSO42-游离CO2mg/LNO3-COD（以O2计）mg/LNO2-BOD5（以O2）mg/LPO43-硅酸（SiO2计）mg/L阴离子油mg/L注：分析单位提供分析报告时需注明分析结果是如何计算的，如钙的含量需注明是以Ca2+计还是以CaCO3计或以H+mmol/L计。水质分析中涉及有较多硬度和碱度如何表达的问题。硬度一般指水中Ca2+、Mg2+混合物的浓度。严格说“硬度”所指的概念不够确切，在表达时应指出其基本单元，可以写成：硬度（Ca2+Mg2+）。本手册为方便起见，一律将“硬度（Ca2+Mg2+）”简略写为“硬度”。硬度的常用单位是mmol/L或mg/L（以CaCO3计）。过去常用的mg-N/L现在用H+mmol/L代替。一般没摩尔硬度可以取代2mol氢离子，所以1mg N/L=1H+mmol/L=0.5mmol/L。ISO6059 1984附录中规定了毫摩尔/升（mmol/L）硬度单位与废止的毫克当量/升（meq/L或mg-N/L）的关系1mmol/L=2meq/L，也就是取（Ca2+Mg2+）为硬度的基本单元。1991年1月我国国家技术监督局以技监量发1991003号文件认可了1mmol/L=2meq/L的规定。由于硬度并非是由单一金属离子或盐类形成的，因此，为了有一个系统的比较标准有必要换算为另一种盐类，通常用CaCO3的质量浓度来表示。当硬度为0.5mmol/L（即1H+mmol/L）时，等于50mg/L（HCO3-+0.5CO32-+OH-）或碱度H+。为简便起见，本手册采用“碱度H+”的写法。碱度1H+mmol/L=50mg/L的CaCO3。硬度单位和碱度单位的换算分别见表16-2和表16-3。COD测定方法是Mn或Cr应注明。表16-2 硬度单位的换算硬度单位mmol/LH+mmol/L德国度法国度英国度美国度mmol/L125.60810.0887.006100.088H+mmol/L0.522.8045.00443.50350.044德国度0.178320.3566511.78321.248317.832法国度0.099910.199820.560810.700010.000英国度0.142730.285460.80111.4286114.2857美国度0.0099910.019980.05600.10000.07001注：1H+mmol/L硬度表示能够接受1mmol/LH+离子的硬度量，相当于1meq/L或1mg-N/L的硬度； 德国度：1度相当于1L水中含10mgCaO； 法国度：1度相当于1L水中含10mgCaCO3； 英国度(clark degree)：1度相当于0.7L水中含10mgCaCO3 美国度：1度相当于1L水中含10mgCaCO3。表16-3 碱度单位的换算H+mmol/L(mg-N/L)CaCO3/mgL-1Na2CO3/mgL-1NaOH/mgL-1HCO3-/mgL-1CO32-/mgL-1OH-/mgL-115053406130170.0211.060.81.220.60.340.01890.94310.7551.1510.5660.3210.0251.251.32511.5250.750.4250.01640.820.8690.65610.4920.2790.03331.6671.7671.3332.03311.5670.05882.9413.1182.3533.5881.7651注：1碱度1H+mmol/L表示能够接受1mmol/LH+离子的碱度量，即碱度（OH-+0.5CO32+HCO3-）1mmol/L，也即碱度1mg N/L。水中的碱度一般不能固定架组成，所以总碱度如以碱度（OH-+CO32+HCO3-）mmol/L表示时，与H+mmol/L的关系不是固定的比例，即碱度（OH-+CO32+HCO3-）1mmol/L=12。2H+mmol/L，无法准确换算。B 水质分析结果的校核a 水质分析结果阴阳离子总量的校核水溶液中的阴阳离子是平衡的。所以，按能提供或接受H+离子的物质的量计算，阳离子的总和应该等于阴离子的总和（即阳离子的总当量数应等于阴离子的总当量数）。但是，水质分析结果往往有误差，故需用阳离子综合和阴离子总量进行分析校正。按平衡：式中 K原水中各种阳离子浓度的总和，H+mmol/L； A原水中各种阴离子浓度的总和，H+mmol/L； 分析误差，一般认为的绝对值2%是允许的；K+、Na+、HCO3-、CO32-、皆以mg/L计；39.10、23.00、61.02、30.00为相应化学元素或化学式符号表示的H+毫摩尔质量。b 含盐量与溶解固体的校核含盐量=K1+A1式中 K1原水中除铁、铝离子外的阳离子浓度总和，mg/L； A1原水中除SiO2外的阴离子浓度总和，mg/L；RG 原水中溶解固体的实测值，mg/L；RG 原水中溶解固体的计算值，mg/L；(SiO2)全过滤水样中的全硅含量，mg/L；R2O3原水中铁、铝氧化物的含量，mg/L；分析误差，对于含盐量100mg/L的水样，的绝对值10%是允许的；对于含盐量100mg/L的水样，的绝对值5%是允许的。c pH的值的校核对于pH8.3的水样，其pH可按下式近似计算得出：式中 pH原水中pH的实测值； pH原水中pH的计算值；HCO3-原水中HCO3-含量，H+mmol； CO2原水中有利CO2含量，H+mmol；分析误差，一般认为的绝对0.2是允许的。d HCO3-、Ca2+ Mg2+、HCO3-+ SO42-关系的校核对于一般含盐量的水（即含盐量K+Na+（H+mmol）；总硬度大于总碱度。 当有负硬度存在时，应当没有Hy。此时总硬度等于碳酸盐硬度。负硬度=总碱度总硬度Ca2+Mg2+HCO3-(H+mmol) 钙、镁离子总和应近于总硬度。即：如果以上计算值和实测值不同，一般可以认为总硬度与Ca2+分析是正确，据此修正Mg2+。此外，在一般地表水中，Ca2+含量皆大于Mg2+的含量，甚至会大出几倍。如发现相反现象，应注意检查校正。C 水质分析结果的校核示例。以下通过示例，说明水质分析结果校核的过程。某处地面水水质分析结果见表16-4。表16-4 某处地面水水质分析结果项目数量项目数量悬浮物/mgL-198.80SiO2/mgL-16.92总固体/mgL-1521.40耗氧量/mgL-14.88溶解固体/mgL-1374.40Ca2+/mgL-139.00总硬度/H+mmol3.80Mg2+/mgL-122.20碳酸盐硬度/H+mmol3.20K+/mgL-13.10非碳酸盐硬度/H+mmol0.60Na+/mgL-172.41总碱度/H+mmol3.20Cl-/mgL-1122.50pH值7.84SO42-/mgL-128.20游离CO2/ mgL-14.11HCO3-/mgL-1195.20试检查分析结果的正确性。a 阴阳离子总量的校核b 含盐量与溶解固体的校核含盐量=K1+A1=(3.10+72.41+39.00+22.20)+(195.20+28.20+122.50) =136.71+345.90 =482.61(mg/L)含盐量c pH值的校核d HCO3-、Ca2+Mg2+、HCO3-+SO42-关系的校核e 硬度、碱度、离子间关系的校核 硬度之间的关系：总硬度H0=3.80H+mmol/L碳酸盐硬度Hz=3.20H+mmol/L非碳酸盐硬度Hy=0.60H+mmol/LH0=Hz+Hy=3.20+0.60=3.80(H+mmol/L) Hy=0.60H+mmol/L无负硬度存在，此时：总硬度（3.80H+mmol/L）总碱度（3.20H+mmol/L） 钙、镁离子的总和应近于总碱度：检查分析的结果表明，水质分析的结果是正确的。16.2.1.2 垢层和腐蚀产物的分析垢层和腐蚀产物的分析，对了解循环水系统的水质稳定处理是否正常具有重要意义。正常运转时，只对监测换热器或挂片进行垢层分析，在大检修时，对换热设备，冷却塔填料的垢层及腐蚀产物进行分析，为调整水质稳定处理方案提供依据，对旧厂改造更具有实际意义。垢层及腐蚀产物分析项目见表16-5。分析项目含义：SiO2：表示悬浮物含量；Fe2O3：表示腐蚀程度；CaO、MgO、P2O5、CO2：联系起来分析可看出CaCO3、MgSO4、Ca3(PO4)2的危害程度；SO3：表示硫酸盐还原菌是否存在；灼烧减量：表示生物和有机物的污染程度。表16-5 垢层和腐蚀产物的分析取样地点： 取样名称：取样时间： 外 观：项目质量分数/%备注氧化钙 W(CaO)氧化镁 W(MgO)二氧化二铁 W(Fe2O3)三氧化硫 W(SO3)总硫 W(S)硫化铁 W(FeS)二氧化碳 W(CO2)五氧化二磷 W(P2O5)氧化锌 W(ZnO)氧化铜 W(CuO)氧化铝 W(Al2O3)酸不溶解物 W(以SiO2计)灼烧减量 W(450)固体残渣 W(900)1测定项目可根据需要增减；2测定项目是否需要填写实重，可按需要增加16.2.1.3 换热设备资料为了恰当选择水质稳定处理工艺和水处理药剂，必须了解换热设备的结构形式、材质，被冷却介质的温度和性质等有关资料。常用换热设备的结构形式有水与无聊直接接触和间接接触两大类。如钢铁厂的高炉煤气洗涤，连铸机二次冷却等属于前者，后者为更为广泛使用的换热器，其形式有列管式，翅片管式、板式等。换热设备的工艺操作条件与循环冷却水水质稳定处理由密切关系，一般规定如下： 冷却水侧流速，管程：不宜小于0.9m/s，壳程：不应小于0.3m/s。 冷却水出口温度，宜低于50（特殊情况不受此限制）。 热流密度，不宜大于5.82104W/m25104kcal/(m2h)，1kcal/(m2h)=1.163W/m2。 换热设备的循环冷却水侧关闭的污垢热阻值、污垢附着速度和腐蚀率应按生产工艺要求确定，当工艺无要求时，宜负荷下列规定：敞开式系统的污垢热阻值宜为1.7210-43.4410-4m2K/W(1m2h/kcal)；密闭式系统的污垢热阻值宜小于0.8610-4m2K/W(1m2h/kcal)；浊循环水系统的污垢附着速度宜小于25mg/(cm2月1mg/(cm2月)相当于0.1310-4m2K/W；敞开式及密闭式系统的污垢附着速度宜小于15mg/(cm2月)；碳钢管壁的腐蚀率宜小于0.125mm/a，铜、铜合金和不锈钢关闭的腐蚀率宜小于0.005mm/a。16.2.1.4 气象资料循环冷却水的水温是水质稳定处理的重要因素，影响水温的气象资料有： 大气干球温度； 大气湿球温度； 大气压； 风向风速。此外，旧厂改造要了解周围有害气体，如SO2，含尘量，植物孢子等。16.2.2 补充水经预处理后的水质变化16.2.2.1 补充水生物指标变化补充水经混凝澄清，细菌总数可降到102个/mL以下，采用硫酸铝作混凝剂时，细菌也被胶体氢氧化铝所夹带沉降。有资料介绍，混凝剂中再加10mg/L活化硅酸，可去除水藻80%以上。16.2.2.2 补充水物理化学指标的变化A 补充水中悬浮物含量的变化经混凝澄清过滤去除悬浮物和有机杂质，补充水会中悬浮物含量一般可小于5mg/L。B 添加混凝剂引起水质的变化水中加入混凝剂，将使水中的pH值、碱度和CO2发生变化，原水加入混凝剂后水质的变化见表16-6。表16-6 凝聚处理后的水质变化水质项目凝聚剂投加量/mgL-1硫酸铝硫酸亚铁三氯化铁205020502050碳酸盐硬度/H+mmolL-1-0.35-0.88-0.26-0.66-0.37-0.92游离CO2/mgL-1+15.4+38.6+11.6+29.0+16.3+40.7氯离子(Cl-)/mgL-1+13.1+32.8硫酸根(SO42-)/mgL-1+16.9+42.1+12.6+31.6碳酸根(CO32-)/mgL-1 -10.5-26.3-7.9-19.7-11.1-27.7有机物质/mgL-1-60%-80%-60%-80%-60%-80%-60%-80%-60%-80%-60%-80%蒸发残渣/mgL-1+6.4+15.8+4.7+11.9+2.0+5.1注：表中“+”表示增加；“-”表示减少。混凝后水的碱度变化：(16-1)式中 A混凝后水的碱度，H+mmol/L； A0原水碱度，H+mmol/L； D混凝剂用量，mg/L； E混凝剂H+mmol质量。FeCl3:E=54，Al2(SO4)3:E=57，FeSO4:E=76。混凝后游离CO2的变化：(16-2)式中 CO2混凝后水的游离CO2，mg/L； (CO2) 原水中游离CO2，mg/L；D与式（16-1）中含义相同；E与式（16-1）中含义相同；44CO2的H+mmol质量。当水中含盐量不等于200mg/L时，则要把求出的CO2除以含盐量校正系数。含盐量校正系数值见表16-7。表16-7 含盐量校正系数值含盐量/mgL-11002003004005006007001.051.000.960.940.920.870.83混凝后水的pH值的变化：混凝后水的pH值可按水中的碱度和游离CO2由图16-1查得。（图16-1）C 石灰软化处理后水质的变化经石灰处理后，水中OH-剩余量保持在0.10.2mmol/L的范围内，水中碳酸盐硬度大部分被除掉，根据加药量和水温的不同，残留碳酸盐硬度可减低到0.51.0H+mmol/L，残余碱度到0.81.2H+mmol/L，有机会去除25%左右，硅化物去除30%35%，铁残留量可达0.1mg/L，石灰处理后的总残余硬度：(16-3)H0=Hy+Hzc+K式中 H0石灰处理后的残余硬度，H+mmol/L ；Hy原水中非碳酸盐硬度，H+mmol/L ；Hzc软化后水中残留的碳酸盐硬度，H+mmol/L 一般为0.51.0；K 混凝剂的投加量，H+mmol/L。16.2.3 水质稳定性判断可以利用郎格利尔（Langelier）饱和指数（L.S.I.）雷兹钠（Ryzner）稳定指数（R.S.I.）和帕科拉兹（Puckoricus）结构指数（P.S.I）对水的结垢、腐蚀性定型地进行判断。16.2.3.1 饱和指数L.S.I.的计算(16-4)L.S.I.=pH pHs式中 pH水的实测pH值； pHs水的 碳酸钙饱和平衡时的pH值。(16-5)pHs=(9.3+A+B) (C+D)式中 A总溶解固体系数； B温度系数； C钙硬度系数； D总碱度系数。以上各系数可由表16-8差点。表16-8 pHs计算中系数换算表总溶解固体/mgL-1A温度/B钙硬度以CaCO3计/mgL-1C钙硬度以CaCO3计/mgL-1C总碱度以CaCO3计/mgL-1D总碱度以CaCO3计/mgL-1D500.079142.310110.61752201.910111.01752202.3750.0814172.212130.72302702.012131.12302702.41000.1017222.114170.82803402.114171.22803402.52000.1322272.018220.93504302.218221.33504302.63000.1427321.923271.04405502.323271.44405502.74000.1632371.828341.15606902.428341.55606902.86000.1837441.735431.27008702.535431.67008702.98000.1944511.644551.388010002.644551.788010003.010000.2051551.556691.456691.8温度/B55641.470871.570871.9022.664721.3881101.6881102.0262.572821.21111381.71111382.1692.41391741.81391742.2(16-6)16.2.3.2 稳定指数R.S.I的计算R.S.I.=2pHs pH式中 pH，pHs与饱和指数计算相同。16.2.3.3 结垢指数P.S.I.的计算(16-7)帕科拉兹认为水的总碱度比水的实测pH能更正确地反映冷却水的腐蚀与结垢倾向。他认为将稳定指数中水的实测pH改为平衡pH(pHe)将更切合生产实际。P.S.I.=2pHs pHe(16-8)式中 pHs与饱和指数计算相同，pHe为平衡pH值。pHe=1.465lgM+4.54式中 M水的总碱度（以CaCO3计），mg/L。为了计算方便，pHe也可由表16-9查出。表16-9 由总碱度查pHe值总碱度的百位数（以CaCO3计）/mgL-1总碱度的十位数（以CaCO3计）/mgL-1010203040506070809006.006.456.706.897.037.147.247.337.401007.477.537.597.647.687.737.777.817.847.882007.917.947.978.008.038.058.088.108.138.153008.178.198.218.238.258.278.298.308.328.344008.358.378.388.408.418.438.448.468.478.485008.198.518.528.538.548.568.578.588.598.606008.618.628.638.648.658.668.678.688.698.707008.718.728.738.748.748.758.768.778.788.798008.798.808.818.828.828.838.848.858.858.869008.878.888.888.898.908.908.918.928.928.9316.2.3.4 水质稳定性判断通过对水的饱和指数、稳定指数和结垢指数的计算，利用三个指数的判断表（表16-10），可以对水的结垢、腐蚀性进行定性判断、三个指数配合应用，将更有助于判断水的倾向。表16-10 L.S.I.，R.S.I.，P.S.I.判断表L.S.I.RSI.，P.S.I.稳定性判断3.03.0极严重结垢2.04.0很严重结垢1.05.0严重结垢0.55.5适度结垢0.25.8轻度结垢0.06.0稳定水，不结垢，不腐蚀-0.26.5不结垢，很轻微腐蚀-0.57.0不结垢，轻微腐蚀-1.08.0不结垢，适度腐蚀-2.09.0不结垢，强腐蚀-3.010.0不结垢，很强腐蚀应当指出，运用以上三个指数来判断水质的稳定性有很大局限性，因为他们是以单一碳酸钙的溶解平衡作为判断依据，没有考虑结晶和电化学过程，更没有考虑水中胶体以及其他阳离子的错综复杂的平衡关系的影响；在循环冷却水系统中有不同的温度区域，不可能存在全系统碳酸钙的溶解平衡；冷却水加入阻垢分散剂将减少水垢的形成。因此，水质的结垢、腐蚀性问题，不能只由碳酸钙的溶解平衡来决定。虽然如此，用三个指数来判断原水的结垢、腐蚀性倾向，为制定水质稳定处理试验方案提供依据还是有一定意义的。16.2.3.5 磷酸钙析出的判断循环冷却水中常投加聚磷酸盐作为缓蚀剂，聚磷酸盐在水中会水解为正磷酸盐，使水中有PO43-离子存在，它们与钙离子结合，会生成溶解度很低的磷酸钙析出，如附着在传热表面上，就形成磷酸钙水垢，影响传热效果。因此，在投加有聚磷酸盐药剂的循环冷却水系统中，必须要注意磷酸钙水垢生成的问题。（图16-2）为了能事先预示磷酸钙水垢析出与否，有人提出用磷酸钙饱和pH值作预示。Ca3(PO4)2的溶解度和水的pH值有密切关系，Ca3(PO4)2的结垢与否可按图16-2所给出的Ca2+、PO43-及pHp值三者的关系来控制，pHp代表Ca3(PO4)2溶解饱和时的pH值。当水的pH值大于查处的pHp值时，就发生Ca3(PO4)2结垢，反之则不发生结垢。举例说明如下：例如：已知某冷却水的Ca2+及PO43-的浓度分别为24mg/L及6mg/L，水温为40，求磷酸钙的pHp。在图的左边纵坐标上分别找出Ca2+=24mg/L及PO43-=6mg/L的点，以水平线向右延长，分别于Ca因数线及PO4因数线相交后再向下做垂线交于图中下方的横坐标，分别得到“Ca因数”为9.7，“PO4因数”为8.3。根据“Ca因数”+“PO4因数”=9.7+8.3=18.0，在图中上方横坐标上查处18.0时，垂直向下与40的温度线相交，再以水平线向右交于图中右侧纵坐标上即得到Ca3(PO4)2饱和时的pHp为6.9。因此，为了防止水中产生Ca3(PO4)2垢，冷却水的pH值必须控制在6.9。实际上，当水中投加阻垢分散剂，尤其是投加高效磷酸钙分散剂时，循环冷却水允许的pH值可比图中查处的高出1.5甚至更多，即pHpHp+1.5。上例中，冷却水的pH值可控制在8.4以下而不会发生Ca3(PO4)2结垢。16.2.3.6 极限碳酸盐硬度极限磷酸盐硬度是指循环冷却水所允许的最大碳酸盐硬度值，超过此值会生成碳酸盐水垢。此法可用于判断低浓缩倍数的循环冷却水系统的结垢倾向，如浊循环水系统采用酸化法控制结垢时。极限碳酸盐硬度应做相似条件的模拟试验后确定，如无上述条件时，也可按下述经验公式计算：式中 Hn循环水的极限碳酸盐硬度，H+mmol/L； HY补充水的非碳酸盐硬度，H+mmol/L；t冷却水温度，若tHn结垢NHmHn稳定，不会结垢式中 N循环水的浓缩倍数； Hm补充水的碳酸盐硬度，H+mmol/L16.2.4 循环冷却水系统的水量平衡计算16.2.4.1 浓缩倍数N的确定循环冷却水系统的浓缩倍数，一般应根据生产工艺设备要求的循环冷却水水质及生产补充薪水水质，进行比较后确定。敞开式系统的浓缩倍数不宜小于3.当工艺设备对循环冷却水水质无要求时，可根据循环冷却水的水质标准（详见16.3.1.2），与生产补充薪水水质进行比较：M碱度：500/补充水M碱度（以CaCO3计，mg/L）；Ca2+：200/补充水Ca2+浓度；Cl-：500/补充水Cl-浓度；Cl-+SO42-：1500/补充水（Cl-+SO42-）浓度；SiO2： 175/补充水SiO2浓度；Mg2+SiO2：15 000/补充水（Mg2+SiO2）浓度（Mg2+以CaCO3计）。按以上计算比较，取其中最小值，并考虑系统之间的水量平衡关系，可确定浓缩倍数。16.2.4.2 补充水量Qm的计算敞开式系统及浊循环水系统(16-10)Qm=Qe+Qw+Qb(16-11)Qm=QeN/(N 1)密闭式系统(16-12)Qm=V式中 Qm补充水量，m3/h； Qe蒸发水量，m3/h； Qw风吹损失水量，m3/h； Qb排污（包括渗漏）水量，m3/h； N浓缩倍数； V系统容积，m3； 经验系数，一般取=0.001。16.2.4.3 蒸发水量Qe的计算(16-13)Qe=etQ式中 Qe蒸发水量，m3/h； t冷却塔进出水温度差， Q系统的循环冷却水量，m3/h； e损失系数，与季节有关：夏季（2530）为0.00150.0016；冬季（ 15 10）为0.00060.0008；春秋季（010）为0.0010.0012。16.2.4.4 风吹损失水量Qw的计算(16-14)敞开式系统及浊循环水系统Qw=Q式中 Qw风吹损失水量，m3/h； Q系统的循环冷却水量，m3/h； 风吹损失计算时的系数。机械通风冷却塔（有除水器）：取0.2%0.3%；风筒式冷却塔：有除水器取0.1%，无除水器取0.3%0.5%；开放式冷却塔：取1%5%。16.2.4.5 排污（包括渗漏）水量Qb的计算(16-15)敞开式系统及浊循环水系统Qb=QmQeQw式中 Qm、 Qe、 Qw、 Qb与16.2.4.2节计算相同。16.2.4.6 循环水系统循环率的计算采用循环冷却水系统时，用水户使用后回至循环水系统循环利用的回水量占循环冷却水量即循环水系统供水量之百分率。(16-16)或(16-17)或(16-18)16.2.5 循环冷却水水质稳定处理试验技术条件循环冷却水系统水质稳定缓蚀阻垢处理方案，一般需要进行静态筛选及动态模拟试验。以下技术条件可作为建设单位向水处理公司提出委托时的技术附件。技术条件： 循环冷却水的服务对象，循环水流量，补充水量，蒸发水量，风吹损失水量，排污水量，用水方式如直接冷却或间接冷却，连续用水或间断用水等。 循环冷却水处理的动易流程。 循环冷却水系统容积，包括设备、管道、冷却塔水池、泵站吸水井等。 换热设备的循环冷却水侧流速、热流密度和表面温度等。 换热设备进出口的循环冷却水温度与压力。 补充水的水质分析，其中必须包括悬浮固体，溶解固体、电导率、总硬度，碳酸盐硬度、碱度、pH、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、HCO3-、Cl-、SO42-、SiO2等。换热设备要求循环冷却水对碳钢、铜、不锈钢等的腐蚀率、污垢热阻值、污垢附着速度如无特殊要求，可按下列指标提出：碳钢腐蚀率一般宜小于0.125mm/a，铜、铜合金和不锈钢的腐蚀率宜小于0.005mm/a；敞开式系统的污垢热阻值宜为1.7210-43.4410-4m2K/W，密闭式系统的污垢热阻值宜小于0.8610-4 m2K/W；浊循环水系统的污垢附着速度宜小于25mg/(cm2月)，敞开式及密闭式系统的污垢附着速度宜小于15mg/(cm2月)。 要求的循环冷却水主要控制指标，如悬浮固体、硬度、Cl-、SO42-、电导率等及循环冷却水系统的浓缩倍数（敞开式系统其值不宜低于3）。 换热设备的材质，给水、回水管道及设备的材质。16.3 循环冷却水水质稳定处理钢铁工业循环冷却水系统分为直接冷却浊循环水系统及间接冷却净循环水系统，而后者又分为敞开式及密闭式两种。浊循环水系统由于水与物料直接接触，发生传热、传质过程，不仅水温升高，而且含有各种固体颗粒，溶解大量盐分，因而水质成分复杂，变化幅度大。一般而言，其腐蚀及菌藻繁殖问题不太突出，应着力解决结垢问题。密闭式系统用水一般都采用软水或除盐水，水在系统中不与空气接触，不受阳光照射，结垢与微生物控制不是主要问题，应着力解决腐蚀问题。敞开式系统，冷却水在换热设备中吸收热量后，经冷却构筑物与大气及阳光接触，水分蒸发，二氧化碳逸散，溶解氧和悬浮固体物增加，水中溶解盐类浓缩等，给系统带来腐蚀、结垢和菌藻繁殖等问题。循环冷却水水质稳定处理，应根据不同系统的主要问题，采取去除悬浮固体物、控制水垢及污垢、控制腐蚀及微生物等几个方面的措施来解决。16.3.1 循环冷却水水质标准16.3.1.1 浊循环冷却水水质标准钢铁工业浊循环冷却水由于各生产阶段的生产工艺不同，各钢铁企业生产原料及所用冷却原水水质的不同以及浊循环冷却水水质稳定处理技术的研究开发还很不够、因而很难像敞开式系统那样制定统一的水质标准。但是，对于像悬浮固体，pH值及油含量等几项指标，可以根据多数钢铁企业的生产实践，提出以下标准（见表16-11）。表16-11 浊循环冷却水水质标准浊循环水系统项目水质标准高炉煤气洗涤水悬浮物/mgL-1根据生产工艺要求确定，不宜大于100pH一般宜控制在78转炉烟气净化水悬浮物/mgL-1根据生产工艺要求确定，一般宜在100150连铸机二次喷淋冷却水悬浮物/mgL-1根据生产工艺要求确定，一般宜控制在2050油/mgL-1不宜大于5轧机冷却水悬浮物/mgL-1根据生产工艺要求确定，一般宜控制在2050油/mgL-1一般宜控制在51016.3.1.2 间接冷循环水水质标准A 敞开式系统冷却水水质标准敞开式系统冷却水水质标准应根据换热设备的结构形式、材质、工况条件、污垢热阻值、腐蚀率以及所采用的水质稳定处理药剂配方等因素确定，并应符合表16-12的规定。表16-12 敞开式系统冷却水水质标准序 号项 目水 质 标 准1悬浮物/mgL-1根据生产工艺要求确定，不宜大于20。当换热器的型式微板式、翅片管和螺旋板式时，不宜大于102pH值根据药剂配方确定，一般宜控制在7.09.23甲基橙碱度（以CaCO3计）根据药剂配方及工矿条件确定，不宜超过5004Ca2+/mgL-1根据药剂配方及工矿条件确定，低限不宜小于30（从缓蚀角度要求），高限不宜大于200（从阻垢角度要求）5Fe2+/mgL-1一般不宜大于0.56Cl-/mgL-1根据药剂配方及工矿条件确定，对不锈钢换热设备不宜大于300，对碳钢换热设备不宜大于5007SO42-/mgL-1根据药剂配方及工矿条件确定，SO42-与Cl-之和不宜大于1000，对系统中的混凝土材质的要求按现行的岩土工程勘察规范GB5002194的规定执行8硅酸（以SiO2计）/mgL-1不宜大于175，并按Mg2+SiO215 000验证（Mg2+以CaCO3计）9游离氯/mgL-1在回水总管处宜控制在0.51.0范围内10油/mgL-1不宜大于5B 密闭式系统冷却水水质标准密闭式系统冷却水一般采用软水或除盐水，其水质标准应根据生产工艺条件确定。16.3.2 结垢的控制循环冷却水中能产生多种水垢，其中以碳酸钙垢最为常见，危害最大。多数换热设备用碳钢制成，碳钢的导热系数为46.452.2W/(mK)，而碳酸盐垢的导热系数为0.4640.697 W/(mK)，只有碳钢的1%左右。因此，水垢的存在将大大降低换热设备的冷却效果。除水垢之外，冷却水中的泥砂、粉尘、腐蚀产物和生物碎屑等都会在换热设备的金属表面上发生沉积，这些沉积物（污垢）会使换热设备中冷却水通道的截面积和冷却水流量变小，从而使冷却效果进一步降低。对于水垢和污垢的控制，敞开式系统与浊循环水系统有所不同。16.3.2.1 敞开式系统结垢的控制A 水垢的控制敞开式系统中水垢的控制方法有软化伐、酸化发、电子水处理器（离子棒）法及投加阻垢分散剂法等。用石灰软化或离子交换树脂软化去除补充水中致垢盐分，可以有效地防止生产碳酸盐垢。前者灰尘大，劳动条件差；后者基建投资及运行费用高，在大型循环水系统中较少采用。补充水是否需要软化或部分软化后混合，应根据原水水质及工艺设备对循环水水质的要求决定。酸化法通常是加硫酸，将碳酸盐转化为溶解度较大的硫酸盐，由于加酸易误操作引起系统腐蚀及高浓缩倍数条件下控制结垢效果有限，这种方法的应用受到限制。离子棒据称是通过高压静电场的作用，改变水分子中的电子结构，使水中所含阳离子不致趋向器壁，从而达到防垢、除垢的目的。由于离子棒防垢机理尚不完善，对一些水质效果可以，而对另一些水质却毫无作用，因此，其使用也受到限制。采用电子射频原理的防垢仪是一种新型的物理防垢设备。据称该设备科根据不同的水质及防腐、防垢杀菌灭藻等要求采用不同的频谱组成一套全程处理器，并在小型水处理系统中得到应用。但是对于大型的生产工艺复杂、生产环境较差以及水质变化较大的循环冷却水系统，其应用效果还有待实践的考虑。想循环水中投加阻垢分散剂是目前防止循环水中生成水垢的主要方法。常用的阻垢分散剂如下：a 聚磷酸盐在冷却水处理中，常用的聚磷酸盐有三聚磷酸钠（Na5P3O10）和六偏磷酸钠（Na6P6O18）。微量聚磷酸盐能抑制和干扰碳酸钙晶体的正常生长，使晶体在生长过程中发生畸变不能长大，从而使其不能沉积形成水垢而分散于水体中。实验表明，使用每升几毫克的聚磷酸盐就能防止每升及百毫克的碳酸钙沉淀析出（低浓度效应）。但是当水温大于50，pH大于7.5时，聚磷酸盐水解速度加快，水解生成的正磷酸盐容易与水中的钙离子生成溶解度耕地的磷酸钙垢，同时正磷酸盐又是菌藻的营养物。因此单纯使用聚磷酸盐作阻垢剂用已逐渐被淘汰。b 有机膦酸盐有机膦酸盐的阻垢机理与聚磷酸盐类似。有机膦酸盐的种类很多，它们的分子结构中都有C-P键，而这种键比聚磷酸盐中的P-O-P键要牢固得多，因此，它们的化学稳定性好，不易水解，并且耐高温，而使用中不会因水解生成正磷酸盐而导致菌藻过度繁殖。它们与聚磷酸盐一样也有低浓度效应，就是之用每升几毫克的有机膦酸盐就可以阻止每升几百毫克的碳酸钙发生沉淀。同时，它们的阻垢性能比聚磷酸盐好。它们与其他药剂共用时有良好的协同效应。此外，有机膦酸盐的高剂量下还具有良好的缓蚀性能，并且属于无毒或极低毒药剂，在使用中可以不必担心环境污染问题。有机膦酸盐品种很多，在循环冷却水中常用的有ATMP（胺基三甲叉膦酸），EDTMP（乙二胺四甲叉膦酸），HEDP（羟基乙叉二膦酸）。除以上三种常用有机膦酸盐产品外，目前国内使用的还有DTPMP（二乙烯三胺五甲叉膦酸），PBTCA（2-膦酸丁烷 1,2,4-三羧酸）。DTPMP对碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡均有良好的阻垢作用，与常用的有机膦酸盐产品相比，在碱性条件下（pH1011），对碳酸垢仍有良好的阻垢能力。PBTCA分子结构中同时含有磷酸基和羧基两种基因，在这两种基团的共同作用下，PBTCA能在高温、高硬度和高pH的水质条件下，具有比常用有机膦酸盐更好的阻垢性能。此外，它还能提高锌的溶解度，在pH910时也能使锌处于溶解状态。c 有机膦酸脂有机膦酸脂的种类很多，在循环冷却水中常用的有PAPE（多元醇磷酸酯）。用多元醇与磷酸或五氯化磷反应，即可得到多元醇磷酸酯。在其分子结构中引入多个聚氧乙烯基，可提高其抗水解的能力，并且提高了对钙垢和泥沙的阻垢分散能力。PAPE有较好的缓蚀阻垢作用，并能稳定水中的锌离子，若与锌离子复配后缓蚀性能更好。d 聚羧酸类聚合物聚羧酸类聚合物是通过晶格畸变作用和静电斥力作用来实现阻垢分散作用的，其阻垢性能主要与分子结构用羧基数目有关。这类聚合物对碳酸钙、硫酸钙等水垢具有良好的阻垢作用，同时也有