录音及课件给水处理

14水的冷却设计规范：工业循环水冷却设计规范

(GB／T50102—2003)

重要知识：冷却构筑物、冷却塔构造冷却原理、冷却塔计算方法循环冷却水系统大纲要求了解水的冷却原理及冷却构筑物熟悉循环冷却水水质处理掌握循环冷却水系统的构成和设计原则各行业中循环冷却水比例：电力业：99%石油化工：90.1%化学工业：87.3%冶金：85.4%冷却水系统涉及：降温――水冷却稳定――进行水质处理

14.1冷却构筑物类型

冷却池：水面和喷水冷却池冷却塔：敞开式（湿式）密闭式（干式）混合式（干湿式）图1－水面冷却池水流分布冷却构筑物大体分为:

水面冷却池、喷水冷却池和冷却塔三类。

图2－喷水冷却池示意图图3－各种类型湿式冷却塔示意图1-配水系统；2-淋水填料；3-百叶窗；4-集水池；5-空气分配区；6-风机；7-风筒；8-除水器14.2湿式冷却塔的工艺构造和工作原理冷却塔的组成配水系统淋水填料通风设备其它装置：集水池、除水器管式配水系统（固定）管式布水系统（旋转）槽式配水系统：维护管理方便，但易沉积污物池式配水系统：配水均匀点滴式淋水填料点滴薄膜式淋水填料14.3水冷却的理论（一）湿空气热力学参数

湿空气：含水蒸汽的空气，干空气＋水蒸汽1.湿空气压力：湿空气总压力P

就是当地的大气压按照气体分压定律：P＝Pg＋Pq

饱和水蒸汽分压力（Pq"）：一定温度下，吸湿能力达最大，空气中的水蒸汽处于饱和状态时。2.湿度：

绝对湿度：1m3湿空气含水蒸汽的质量，其数值等于水蒸汽在分压Pq和温度T时的密度（ρq）相对湿度：空气的绝对湿度和同温度下饱和空气的绝对湿度之比：

＝ρq/ρq"

含湿量：含有1kg干空气的湿空气中，水蒸汽的质量：x3.湿空气的比热

使总质量为（1+x）kg的湿空气温度升高1℃所需的热量。Csh=Cg+Cqx

4.湿空气的焓表示气体含热量大小。湿空气的焓等于1kg干空气和含湿量x公斤水蒸汽的含热量的和。i=ig+xiq由以下两部分组成：1公斤干空气相对于0℃时的含热量：

Cgθx公斤水蒸汽相对于0℃水所含热量：汽化潜热：0℃，液体

气体显热：气体从0℃

℃x(

0+Cqθ)

；

0：汽化潜热；θ：空气温度湿空气焓i=ig+iqx=Cgθ+x(

0+Cqθ)=Cshθ＋

0x（三）理论冷却极限

湿球温度τ，代表当地气温条件下，水可能被冷却的最低温度。干球温度――当地温度θ（四）水的冷却原理水的冷却是将空气作为冷却介质。水气之间的接触传热

水的蒸发散热1．接触传热基于水温和气温差的传热。单位时间微元面积的接触传热dH

dH=α(tf-θ)dF(kJ/h)α:接触传热系数tf：水气交界面的水温θ：空气温度2．蒸发散热单位时间内蒸发的水量:dQu＝βx(x"–x)dF(kg/h)单位时间内蒸发传热：dHβ=γ0βx(x"–x)dF(kJ/h)γ0:水的汽化热kJ/kgβx:以含湿量为基准的传质系数

x":与水温tf相应的饱和空气含湿量

x：温度为θ时空气的含湿量总散热量:F：淋水填料全部接触表面积如果以填料体积来表示，则

v：容积传热系数

xv：与含湿量差有关的淋水填料容积传质系数V：淋水填料的体积H=Hα+HβHαHβ

(1)tf>

H=HβHα=0Hβ

(2)tf=

H=Hβ-HαHα<HβHβ

(3)tf<

H=0Hα=HβHβ

(4)tf=

<

当tf=τ（空气的湿球温度）时，水温停止下降，这时蒸发传热和接触传热的热量相等，但方向相反，水的热量处于动平衡状态，见图（4），即Hα=Hβ，则总热量传递H=0，水的温度达到蒸发散热冷却的极限值。湿球温度代表了当地的水通过湿式冷却所能冷却到的最低极限温度。对于循环冷却水系统，所要求的冷却塔出水温度t2越接近τ，则需要的冷却构筑物就越大，也越不经济。在实际的机械通风冷却塔设计中，一般采用t2－τ不小于4℃。14.4冷却塔热力计算基本方程（一）麦克尔焓差方程14.5冷却塔的设计与计算14.6循环冷却水系统组成1.循环冷却水系统构成通常按循环水是否与空气直接接触而分为密闭式系统和敞开式系统。敞开式系统则是应用最为广泛密闭式系统一般适合在要求介质洁净的电子、医药、食品等生产过程的生产设备或产品循环冷却水系统组成14.7循环冷却水系统设计2.循环冷却水系统的设计原则（1）设计应满足生产工艺用水要求、经济合理并便于施工、运行和管理。（2）设计应符合环境保护、节约能源、节约用水和节约用地的要求。（3）设计应积极开发和认真采用新技术。（4）设计中对冷却水设施类型、系统组成形式的选择应根据用水设备及生产工艺对循环水的水量、水温、水质和供水系统的运行方式等使用要求，结合下列因素，通过技术经济比较确定。（5）设计中各冷却水设施应靠近用水场所、用水设备、并避免修建过长的管沟和复杂的水工构筑物。（6）循环冷却水系统的设计除应执行《工业循环水冷却水设计规范》、《工业循环冷却水处理设计规范》外，还应符合其他现行的有关标准和规范。3．机械通风冷却塔的选择和布置（1）选用原则（2）布置要求15循环冷却水水质处理15.1循环冷却水的水质特点与处理要求15.2循环冷却水的水质处理15.3循环冷却水的结垢和腐蚀判别方法15.4循环冷却水的水量损失与补充15.1循环冷却水的水质特点与处理要求1．循环冷却水的水质特点2．循环冷却水的水质要求3．循环冷却水水质稳定性判断1.循环冷却水的水质特点（1）蒸发浓缩

循环冷却水系统中的总水量损失P：蒸发损失Pe（不带走盐分）风吹损失Pw渗漏损失Pf排污损失PbP＝Pe＋Pw＋Pf＋Pb

风吹、渗漏、排污所带走的盐量：Cx（Pw＋Pf＋Pb）；Cx:循环水含盐量补充水带进系统的含盐量：CBP=CB（Pe＋Pw＋Pf＋Pb）CB：补充水含盐量当系统刚投入运行时，Cx

＝CB

CBP>Cx

（Pw＋Pf＋Pb）随着运行时间的增长，CX>CB。到一定时间后，排出的盐量接近于进入系统的盐量，达到浓缩平衡。CX

＝CP

CBP=CP（P2＋P3＋P4）

浓缩倍数N＝CP/CB=P/（P－Pe）>1水的蒸发浓缩，使循环水中的含盐量增加：1）一方面增加水的导电性，使循环冷却水系统腐蚀过程加快；2）溶解盐浓度超过饱和溶解度时发生沉积。（2）二氧化碳散失和O2升高CO2散失，加快沉淀。CaCO3+CO2+H2O---Ca(HCO3)2

CO2散失，反应向左。O2升高，加大腐蚀性。循环水与空气充分接触，水中溶解氧接近平衡浓度。（3）水质污染来自外界环境的多种杂质冷却水处理过程中加入的药剂产生的沉积物系统内部微生物的滋生产生粘垢无机盐类沉积――结垢悬浮物、其它杂质――污垢微生物繁殖――粘垢（4）水温变化水温升高――一些溶解盐的溶解度反而降低水温降低――腐蚀（5）电化学腐蚀金属腐蚀的一种常见形式。金属表面的两个部位，存在物理或化学差异（不均匀、溶解盐类、杂质等）：一个易溶于水（阳极）----低电位一个难溶于水（阴极）----高电位

形成电极电位差别－构成腐蚀原电池（由化学反应产生电能）6.微生物腐蚀铁细菌：把亚铁离子转化为不溶于水的Fe2O3水合物，形成铁瘤（锈瘤硫酸盐还原菌：8H+SO42-

H2S+2H2O+2OH-+能量生成的硫化氢对一些金属有腐蚀性。参与电化学腐蚀中的阴极去极化作用，使电化学腐蚀在缺氧条件下得以继续。硝化细菌：把氨转变为硝酸。硫杆菌：把可溶性硫化物转变为硫酸。15.2循环冷却水的基本水质要求由于影响因素复杂，制订通用的循环冷却水质标准十分困难。因此通常将循环冷却水水质按腐蚀和沉积物控制要求作为基本水质指标。实际上是间接指标。循环冷却水处理需要解决的问题：腐蚀性、沉积物、微生物滋生

间冷开式系统循环冷却水水质指标

《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007腐蚀率：金属每年的平均腐蚀深度，mm/a。采用挂片试验，测定试验前、后试片重量。对于局部腐蚀，可用“点蚀系数”来反映点蚀的危害程度，即最大腐蚀深度与平均腐蚀深度之比。经水质处理后使腐蚀率降低的效果称为缓蚀率

＝(C0-CL)/C0

100%

C0：未处理前腐蚀率CL：处理后腐蚀率2.污垢热阻：

传热系数的倒数，Rt（m2hºC/kJ）热交换器传热面由于沉积物沉积使传热系数下降，从而使热阻增加的量称为污垢热阻。

K0，Kt：开始与t时间后的总传热系数（kJ/m2hºC）污垢热阻与时间有关。应作出污垢热阻对时间的变化曲线，推算出年污垢热阻作为控制指标。15.2循环冷却水水质稳定性判断（1）饱和指数法水中存在一系列的平衡：CaCO3+CO2+H2O

Ca(HCO3)2

CO2＋H2O

H2CO3

H2CO3

H++HCO3-

HCO3-

H++CO32-

CaCO3

Ca2++CO32-

H2O

H++OH-

这些平衡式之间，都是相互关联又相互制约的。达到某一平衡时，水中各成份的浓度就被确定。存在一个CaCO3饱和平衡时的pH值.饱和指数LSI=pH0–pHs

pH0

：循环水在使用温度下的实际pHpHs：循环水在使用温度下CaCO3平衡饱和时pH值。LSI=0水质稳定LSI>0过饱和，可能结构LSI<0未饱和，可能腐蚀

pHs的计算：联立解以下式子：Ks=[Ca2+][CO32-]（溶度积）Kw=[H+][OH-]lg(Ks/K2)=lg[Ca2+]+lg[碱度]+pH满足上式的pH为pHspHs=pCa+p[碱度]+(pK2–pKs)（2）稳定指数IR=2pHs–pH0

根据生产统计数据：IR=4－5严重结垢IR=5－6轻微结垢IR=6－7轻微结垢或轻微腐蚀IR=7－7.5腐蚀显著IR=7.5－9严重腐蚀（3）临界pH值法试验方法测得刚刚出现结垢时水的pH值，称为临界pH值，用pHC表示

pH值>pHC时，循环水有结垢倾向pH值<pHC时，循环水有腐蚀倾向15.3循环冷却水水水质处理

1.腐蚀控制阴极保护法、阳极保护法、提高水的pH值、用防腐涂料涂复、投加缓蚀剂等。

最主要的方法投加缓蚀剂，在金属表面形成一层薄膜，将金属覆盖起来

。

缓蚀剂类型有氧化膜、沉淀膜和吸附膜

又可分成：阳极缓蚀剂：在阳极形成保护膜阴极缓蚀剂：在阴极形成保护膜混合型缓蚀剂

2.结垢控制（1）用排污法减少浓缩倍数（2）降低补充水中的碳酸盐硬度采用软化降低水的硬度。采用酸化法将碳酸盐硬度转化成溶解度较高的非碳酸盐硬度。

Ca(HCO3)2+H2SO4-----CaSO4+2CO2+2H2O

（3）投加阻垢剂从水中析出碳酸钙等水垢的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程。按结晶的动力学观点，结晶的过程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒，再由于不断地相互碰撞，变成大晶体。------投加药剂（阻垢剂），破坏结晶增长。阻垢剂：对钙、镁离子具有吸附、络合、分散作用。a：分散剂b：螯合剂及分散剂c：高分子吸附剂三聚磷酸钠六偏磷酸钠：约含20-100个PO3-单位聚磷酸盐法（有：六偏磷酸钠和三聚磷酸钠）：与水中离子起络合反应；分散剂，可吸附在碳酸钙微小晶坯上。（4）磁化除垢器、静电除垢器和电子水处理器采用物理原理的磁化除垢器、静电除垢器和电子水处理器等，具有一定的除垢、杀菌灭藻等效果，但处理效果不太稳定。

3.污垢控制

控制循环水中的悬浮物。循环水中污垢的成分主要是：尘埃悬浮物、投加阻垢剂后形成的水垢析出物、结垢剥落物等固体杂质和油类。过滤或混凝沉淀

有效的方法是采用旁滤。旁滤流量一般为循环水量的1%～5%，

4.微生物控制

投加杀生剂最常用、最有效5.循环冷却系统的清洗与预膜处理化学清洗物理清洗

需要采用预膜处理的情况包括：在循环冷却系统第一次投产运行之前；在新换热器或管束投入运行之前；在每次大修、小修之后；在任何机械清洗或酸洗之后；在系统发生特低pH之后；在运行过程中某种意外原因有可能引起保护膜损坏等情况。15.4循环冷却水水量损失与补充1．水量损失

Qm=Qe+Qw+Qf+QbQm－补充水量Qe－蒸发损失水量Qw－风吹损失水量Qf－渗漏损失水量Qb－排污水量各种损失水量一般可按损失率P来算即占冷却循环水量QR的百分比

P=Pe+Pw+Pf+Pb1）蒸发损失水量

Pe=KZFΔt

Δt

－进水与出水水温差，℃；

KZF－与环境温度有关的系数，1/℃。表1-5-10冷却塔蒸发损失系数KZF进塔气温（℃）-10010203040KZF（1/℃）0.080.100.120.140.150.162）风吹损失水量表1-5-11风吹损失率（％）冷却构筑物机械通风冷却塔风筒式冷却塔开放式冷却塔有除水器0.10.05无除水器1.0～1.53）渗漏损失水量4）排污水量为了使循环水中的含盐量维持在一定的浓度，运行中排出一定比例的循环水，以增加补充新鲜水的量

2．浓缩倍数浓缩倍数是指循环水的含盐量与补充水的含盐量之比：

平衡状态时，补充水带入系统的盐量等于损失水量带出系统的盐量；注意，蒸发损失并不带走盐量：可得给定水质条件下，排污率可按下式计算：15.5循环冷却水补充再生水的处理循环冷却水水质处理主要解决的问题是