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2013年5月
摘要
本文阐述了工业用水采用循环用水的必要性,循环冷却水系统的分类。
介绍了几种循环冷却水处理方法的特点,详细分析了在循环冷却水应用中出现的问题及其解决的方法,最后了解了一下我国当前在循环冷却水的发展情况。
关键字:
循环水处理系统;
循环水处理方法;
腐蚀;
结垢;
黏泥
Thispaperexpoundsthenecessityofthecirculationwateruseofindustrialwater,classificationofcirculatingcoolingwatersystem.Introducedthecharacteristicsofseveralmethodsofcirculatingcoolingwatertreatment,adetailedanalysisofthemethodinapplicationofcirculatingcoolingwateroftheproblemanditssolution,finallyknowaboutChina'
scurrentdevelopmentsituationinthecirculatingcoolingwater
Keywords:
circulatingwatersystem;
circulatingwatertreatment;
corrosion;
scaling;
slime
目录
前言4
1循环冷却水的概念5
1.1循环冷却水5
1.2循环水的冷却原理5
1.3水量的损失5
1.4我国循环冷却水处理的基本情况6
2工业用水采用循环用水的必要性6
3循环冷却水处理系统6
3.1敞开式循环水冷却系统7
(1)压力回流式循环冷却系统7
(2)重力回流式循环水冷却系统7
(3)需要经处理的循环水冷却系统7
3.2密闭式循环水冷却系统7
(1)具有辅助喷淋装置的半密闭型循环水冷系统7
(2)风冷和制冷机混合型密闭循环水冷系统8
4循环冷却水的几种处理方法8
4.1单一的聚磷酸盐处理方法8
4.2有机磷酸盐处理方法8
4.3全有机配方处理方法9
4.4新一代麟系药剂处理方法9
4.5绿色环保型水处理方法9
5循环冷却水中产生的问题及解决方法9
5.1腐蚀9
5.1.1控制金属腐蚀的方法9
5.2结垢11
5.2.1冷却水系统中水垢的形成11
5.2.2防止结水垢的方法12
5.2.3阻垢剂的阻垢机理12
5.3黏泥13
5.3.1清洗水冷却器中的黏泥13
结论14
参考文献15
致谢16
前言
在发达国家工业用水的重复使用率已达到80%-90%,水的浓缩倍率已达到6-8倍。
而我国水的利用率平均不到50%,循环冷却水的浓缩倍率绝大多数在2-3倍的水平,从节能节水来说,这无疑是资源的巨大浪费,同时也加大了对环境水质的污染。
因此,提高水的利用率,减小环境污染已成为当今工业水处理的一大课题,而工业水循环的利用将有效的解决这一问题,因此工业循环冷却水处理技术值得探究。
1循环冷却水的概念
1.1循环冷却水
循环冷却水是指通过换热器交换热量或直接接触换热方式来交换介质热量并经冷却塔凉水后,循环使用,以节约水资源。
一般情况下,循环水是中性和弱碱性的,pH值控制在7-9.5之间;
在与介质直接接触的循环冷却水的有酸性或碱性(pH值大于10.0)的情况,一般较少。
1.2循环水的冷却原理
循环水的冷却是通过水与空气接触,由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。
①蒸发散热:
水在冷却设备中形成大大小小的水滴或极薄的水膜,扩大其与空气的接触面积和延长接触时间加强水的蒸发,使水汽从水中带走气化所需的热量从而使水冷却;
②接触散热:
水与较低温度的空气接触,由于温差使热水中的热量传到空气中,水温得到降低;
③辐射散热:
不需要传热介质的作用,而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。
这3种散热过程在谁冷却中所起的作用,随空气的物理性质不同而异。
春、夏、秋三季,室外气温较高,表面蒸发起主要作用,最炎热夏季的蒸发热量可达总散热量的90%以上,故水的蒸发损失量最大,需要的补充水量也最多。
在冬季,由于气温降低,接触散热的作用增大,从夏季的10%~20%增加到40%~50%,严寒天气甚至可增加到70%左右,故在寒秋季节水的蒸发损失量减少,补充水量也就随之降低。
1.3水量的损失
水量的损失共有四部分:
①蒸发水量:
冷却过程中,从冷却水中蒸发逸入大气的水蒸汽量;
②风吹损失水量:
由于空气流,被空气带走部分水滴;
③排污水量:
为了控制冷却水循环过程中因蒸发损失而引起的浓缩过程,必须人为地排掉的水量;
④渗漏损失:
在管道和贮水系统中因渗漏而损失的水量。
1.4我国循环冷却水处理的基本情况
目前我国循环冷却水处理的基本情况是:
缺水,需要提高水的浓缩倍数;
水源被污染,表现在:
出现赤潮,需要降低磷酸盐的排放量;
H2S含量高,引起设备的腐蚀;
水的回用不够;
自动化程度较低,工作人员较多,需要“减员增效”;
设计不合理,例如全系统的贮水量偏大;
设备用材的档次偏低,渗漏(漏油、漏氨等)较多;
冷却水处理以化学法(水质稳定剂法)为主;
2工业用水采用循环用水的必要性
在20世纪初,随着工业的迅速发展,工业用书愈来愈多,但是,几乎没有一家工厂用循环水。
到了40年代,人们生活用水、农田用水和工业用水之间出现了争夺,直流水系已受到了水资源的限制,于是另觅用水的出路而发展了循环水系统。
我国淡水资源并不丰富,且分配很不均衡,北方缺雨少水,更显水源紧张。
如华北地区和京津一带已连年闹水荒,严重影响工农业的发展和人们的生活用水,节约用水日益迫切。
在水源上得天独厚的长江流域和江南水乡,由于不注意排水出水的处理,江河湖泊遭受不通程度的排水污染,影响人们饮用水的质量和鱼类的生存。
为保护生态环境不被破坏,环保部门对排出水的温度、pH值及其他污染物都有规定。
为使有害成分达到排放标准,只有减少污水的流量才能适合处理和降低污水处理的费用。
因此,无论从节约水源还是从经济观点和保护环境的观点出发,尽尽可能推广采用敞开式循环冷却水系统,这是大势所趋。
循环用水比起直流水,除节约新鲜水量、减少排污水量之外,还可以防止热污染。
循环水还因控制换热器的污垢阻而提高传热效果和生产效率,减少设备体积,节约钢材。
循环水有效控制了系统中设备的腐蚀,从而提高设备的使用寿命[1]。
3循环冷却水处理系统
循环水冷却通常分为密闭式循环水冷却系统和敞开式循环水冷却系统。
密闭式循环水冷却系统中,水是密闭循环的,水的冷却不与空气直接接触。
敞开式循环水冷却系统,水的冷却需要与空气直接接触,根据水与空气接触方式的不同,可分为水面冷却、喷水冷却池冷却和冷却塔冷却等。
3.1敞开式循环水冷却系统
敞开式循环水冷却系统可分为以下3类:
(1)压力回流式循环冷却系统
此种循环水系统一般水质不受污染,仅补充在循环使用过程中损失的少量水量。
补充水可流入冷水池,也可流入冷却构筑物下部。
冷水池也可设在冷却塔下面,与集水池合并。
补充水→冷水池→循环泵房
↑↓
冷却塔←生产车间或冷却设备
压力回流式循环冷却系统
(2)重力回流式循环水冷却系统
此系统中,冷却塔的位置高於生产车间或制冷设备,经冷却塔冷却的水,以重力流流入生产车间或制冷设备,进冷却塔的热水由循环水泵提升。
重力回流式循环水冷却系统
(3)需要经处理的循环水冷却系统
从生产车间或制冷设备出来的热水需设置净化或水质稳定处理构筑物进行处理,处理後的热水再流入热水池,经热水泵提升送入臭氧发生机冷却塔冷却。
冷水泵再从冷水池抽水送入生产车间或制冷设备。
此系统水经二次提升,多数为压力回流式。
在有条件的情况下,也可布置成重力回流式,以减少面积和设备,节省能耗。
3.2密闭式循环水冷却系统
(1)具有辅助喷淋装置的半密闭型循环水冷系统
作为常规工业设备的水冷,往往对循环水的纯度没有很高的要求,所以可以取消水纯化系统。
下面为一个用于北京某玻璃厂真空镀膜机的水冷系统。
该厂原来采用传统的自来水直流的方法对真空镀膜机进行水冷却,不仅耗水量大,且管路及设备锈蚀严重,经常造成堵塞;
在高温潮湿季节,还常常发生水温超标现象。
采用密闭式水冷循环系统对其中一个车间进行了改造,该系统没有电绝缘要求,所以采用一般的去离子水作为冷却液。
但由于该设备对水温要求较严,我们增加了一套由水槽、水泵和喷淋器所组成的辅助的淋水装置。
当气候湿热以致单纯的风水换能不能满足散热要求时将其投入,此时水槽中的去离子水或软化水,经水泵均匀地喷在换热器表面上,在风机作用下被气化,从换热器表面带走了大量的气化热。
喷淋的投入时间是根据循环水温自动控制的。
由于未被蒸发的水被水槽回收继续使用,大大减少了水的消耗。
这套密闭式冷却循环设备从1998年春起用后,被冷却设备没有出现因管路腐蚀及微生物寄生造成的堵塞,并且即使经过长时间运行后水仍很清澈。
(2)风冷和制冷机混合型密闭循环水冷系统
当被冷却对象所要求的工作温度较低时,可采用风冷与制冷机相结合的方式实现密闭式循环水的冷却。
在气温低时,可主要依靠风冷降温;
气温较高时,则主要依靠制冷机组降温。
下图为这种系统的方框图,系统中用一个半密封式储水罐来代替缓冲补水罐,利用温控系统,自动调整制冷机组的投入时间和风机的启停,从而达到精确控温的目的。
冷却循环水采用去离子水,以保证水路不锈蚀、不结垢、不堵塞。
此类系统已被中国科学院人类基因分析实验室等若干重要实验室和医院采用,收到良好效果[4]。
4循环冷却水的几种处理方法
4.1单一的聚磷酸盐处理方法
这种方法是美国20世纪50-60年代普遍采用的一种水处理方式,而我国20世纪70年代末才应用这种水处理方法。
该方法的缺点是聚磷酸盐热稳定性差、易水解,与水中Ca2+形成Ca3(PO4)2沉淀,从而降低了聚磷的缓蚀阻垢性能。
另外聚磷的阐限值小,因此需要较高的浓度才能维持聚磷酸盐的药效,并且磷酸盐属于营养盐,对环境污染较严重,大量的排放会加速刺激水中藻类的大量繁殖,导致水中大量的溶氧被消耗,水中的生命体因缺氧而死亡。
当前磷对环境的污染,已引起各国的重视。
因此,采用单一的磷酸盐处理方法已逐渐被淘汰。
4.2有机磷酸盐处理方法
20世纪70年代后期我国相继开发研制出有机磷系阻垢剂经基乙叉二嶙酸(HEDP)、氨基三甲叉磷酸(ATMP)等,并被广泛应用。
有机磷系药剂的优点为化学热稳定性好,不易水解,易与二价金属离子形成稳定的络合物,在200℃以下有良好的阻垢性能。
但这些药剂单一使用的效果并不很理想,对铜材设备的缓蚀效果欠佳,同时单位重量的含磷量仍然偏高,大量的排放同样给环境带来很大的压力。
近几年该药剂也在逐渐被低磷的全有机配方药剂所替代。
4.3全有机配方处理方法
该药剂是当前最为普遍采用的循环水处理方法。
药剂分子中含有梭酸基、醋基、磺酸基、麟酸基等多种特效官能团,对
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