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摘要：本文介紹了循環(huán)冷卻水目前常用的水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)及新的發(fā)展趨勢，同時簡述目前常用及新興的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)。
一、前言
以水作為冷卻介質(zhì)，并循環(huán)使用的一種水系統(tǒng)稱為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。目前，節(jié)約用水是全世界都在關(guān)注的話題，工業(yè)企業(yè)一直是用水領(lǐng)域的大戶，大部分工業(yè)企業(yè)目前采用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)作為節(jié)約用水的手段，其特點(diǎn)是冷卻水流過生產(chǎn)設(shè)備升溫后，經(jīng)管路重新流回冷卻設(shè)備使水溫回降，可用泵送回生產(chǎn)設(shè)備再次使用，大大節(jié)約了水資源。但是敞開式冷卻水在循環(huán)過程中會接觸空氣并蒸發(fā)濃縮，因此結(jié)垢、腐蝕及微生物滋生成為敞開式循環(huán)水系統(tǒng)的三大問題。為保證生產(chǎn)設(shè)備長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須選擇一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的循環(huán)水處理方案。這也成為許多水工作者重點(diǎn)研究的課題。
二、循環(huán)冷卻水現(xiàn)狀及存在問題
循環(huán)冷卻水由泵送往冷卻系統(tǒng)中各用戶，經(jīng)換熱后溫度升高，被送往冷卻塔進(jìn)行冷卻。在冷卻塔中熱水從塔頂向下噴淋成水滴或水膜狀，空氣則逆向或水平交流流動，在氣水接觸過程中，進(jìn)行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求時，繼續(xù)循環(huán)使用。空氣由塔頂溢出時帶走水蒸氣，使循環(huán)水中離子含量增加，因此必須補(bǔ)充新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在一定濃度，從而保證整個系統(tǒng)正常運(yùn)行。補(bǔ)充水的量應(yīng)彌補(bǔ)系統(tǒng)蒸發(fā)、風(fēng)吹（包括飛濺和霧沫夾帶）及排污損失的水量。循環(huán)水與補(bǔ)充水中含鹽量之比，即為該循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。在一定的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，只要改變補(bǔ)充水的含鹽量，就可以改變循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，而提高濃縮倍數(shù)是保證整個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。
1、水垢附著
循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，大量設(shè)備是由金屬制造，長期使用循環(huán)冷卻水，會發(fā)生腐蝕穿孔。這是由多種因素造微生物（厭氧菌、鐵細(xì)菌）引起的腐蝕等。設(shè)備管壁腐蝕穿孔，會形成滲漏，或工藝介在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，碳酸氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當(dāng)其濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，或經(jīng)過傳熱表面水溫升高時，會分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表面，形成致密的微溶性鹽類水垢，其導(dǎo)熱性能很差（≤1.16W/（m·K），鋼材一般為45W/（m·K））。因此，水垢附著，輕則降低換熱器傳熱效率，嚴(yán)重時，使換熱器堵塞，系統(tǒng)阻力增大，水泵和冷卻塔效率下降，生產(chǎn)能耗增加，產(chǎn)量下降，加快局部腐蝕，甚至造成非正常停產(chǎn)。
2、設(shè)備腐蝕
冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕；冷卻水滲入工藝介質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成經(jīng)濟(jì)損失，影響安全生產(chǎn)。
3、微生物的滋生與粘泥
在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫升高和日光照射，給細(xì)菌和藻類的迅速繁殖創(chuàng)造了條件。細(xì)菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏附在一起，形成沉積物會堵死管道，迫使停產(chǎn)清洗。
三、循環(huán)水處理的新技術(shù)
循環(huán)水處理的新技術(shù)包括兩個方面：一是新的水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)，二是新的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)。
水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)
目前廣泛使用且較成熟的技術(shù)為化學(xué)藥劑處理，大部分循環(huán)水系統(tǒng)均采用“緩蝕阻垢劑+氧化性殺菌劑+非氧化性殺菌劑”的處理方案，由于目前國家對環(huán)境要求越來越高，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重等原因，藥劑處理也得到發(fā)展，由以前的無機(jī)磷處理發(fā)展到有機(jī)磷處理及全有機(jī)處理方案。
化學(xué)處理方法
開發(fā)應(yīng)用低磷、低鋅、無鉻環(huán)保性水處理藥劑，在監(jiān)測技術(shù)允許的情況下甚至盡量使用無磷藥劑。
物理處理方法
物理處理方法不僅具有除垢、防垢、緩蝕和殺菌滅藻等多種功能，更主要的是能有效的降低環(huán)境污染。雖然目前實(shí)際應(yīng)用走在了理論研究的前面，技術(shù)相對不夠完善，應(yīng)用上受到了一定的限制，但隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展必然會作為水處理技術(shù)的一個新的發(fā)展方向，將會越來越受到人們的重視和運(yùn)用。
①循環(huán)水的磁化處理
利用磁場效應(yīng)對水進(jìn)行處理，稱為水的磁化處理。作用原理是磁場對水及其中的離子進(jìn)行磁化，形成定向移動改變了結(jié)垢離子的結(jié)合能力，降低結(jié)垢幾率，同時鈣鎂碳酸鹽和其它無機(jī)鹽的溶解度在磁處理后的活性水中得到提高，同時水中的結(jié)垢物晶體在通過磁場時其表面的電荷分布在磁場的影響下發(fā)生了變化，形成一種松散的晶體團(tuán)，不會粘附在管壁或其它物體表面，可通過定期排污來除去；水流經(jīng)過磁化后，水中的溶解氧被磁化水分子包圍，成為“惰性氧”切斷循環(huán)水中金屬腐蝕的主要根源；對微生物而言，水經(jīng)過磁化后破壞了生物細(xì)胞的離子通道，改變了水中微生物的生長環(huán)境，使其喪失了生存條件，從而起到殺菌滅藻的作用。
②高壓靜電水處理
阻垢機(jī)理：強(qiáng)制水中離子在靜電場的影響下形成定向移動，無法結(jié)合且不可能靠近器壁，阻止了鈣鎂等陽離子不致趨向器壁，從而達(dá)到防垢、除垢的目的；而且能起到剝落水垢的作用，在結(jié)垢系統(tǒng)中能破壞垢分子之間的電子結(jié)合力，改變晶體結(jié)構(gòu)，促使硬垢疏松，使已經(jīng)產(chǎn)生的水垢逐漸剝蝕、脫落；控制腐蝕原理：經(jīng)靜電處理后，水中將產(chǎn)生活性氧，跟電解類似，這種活性氧氧化性較強(qiáng)，故它能在清潔的金屬表面產(chǎn)生一層微薄氧化薄膜防止腐蝕；殺菌滅藻機(jī)理：干擾微生物的生物電流，破壞其生存環(huán)境達(dá)到殺滅作用。缺點(diǎn)仍是處理效果不夠穩(wěn)定，理論基礎(chǔ)薄弱。
③低壓電子水處理
作用原理：電子發(fā)生器產(chǎn)生電子場，流經(jīng)電子水處理器的冷卻水在微弱電流的作用下，水分子受到激發(fā)而處于高能狀態(tài)，水分子電位下降，使水中溶解鹽類的離子或帶電粒子因靜電引力減弱，使之不能相互集聚并失去化合力，從而抑制了水垢的形成。受到激發(fā)的水分子還可吸收水中現(xiàn)有的沉積物和積垢的帶負(fù)電荷的粒子，使積垢疏松，逐漸溶解并最終脫落。水分子的電位下降使水分子與器壁間電位差減小，抑制了金屬器壁的離解，起到緩蝕作用。微電流及電子易被水中的溶解氧O2吸收生成O2-和H2O2等物質(zhì)，這些物質(zhì)都是氧化性殺菌劑，殺生能力比氯氣還強(qiáng)，使微生物細(xì)胞破裂原生質(zhì)流出，影響細(xì)菌的新陳代謝，從而起到殺菌、滅藻的作用。
④超聲波處理
作用原理：延長晶體形成的誘導(dǎo)期，從而阻止水垢形成；超聲波在水體中形成大量的微小氣泡，這些氣泡有很高的爆發(fā)力、沖擊力，不斷沖擊還未穩(wěn)定的晶核，阻礙晶核達(dá)到穩(wěn)定態(tài)從而得到生長點(diǎn)，或者使穩(wěn)定生長源的數(shù)量大大減少，導(dǎo)致誘導(dǎo)期的延長，無法形成大量致密的垢。
循環(huán)水現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)的新發(fā)展
循環(huán)水水質(zhì)監(jiān)測可以及時反映系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行情況，方便有效的監(jiān)測技術(shù)可以快速準(zhǔn)確的體現(xiàn)出換熱器內(nèi)部的真實(shí)情況，因此，冷卻水系統(tǒng)日常的腐蝕、沉積物和微生物的現(xiàn)場監(jiān)測對于保證冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，對于了解冷卻水處理方案的效果及指導(dǎo)冷卻水系統(tǒng)的日常運(yùn)行是必不可少的。
腐蝕的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)
①試片法
目前最簡便、最經(jīng)濟(jì)、使用最廣泛的腐蝕監(jiān)測方法，可以同事監(jiān)測腐蝕速度、蝕孔深度及觀察腐蝕形態(tài)，有助于現(xiàn)場方便的找出產(chǎn)生腐蝕的原因；缺點(diǎn)是所測出的腐蝕速率為一段時間的均勻腐蝕、監(jiān)測周期長，不易發(fā)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)中瞬時出現(xiàn)的急劇變化。
②試驗(yàn)管法
以金屬試驗(yàn)管替代腐蝕試片的方法。更接近于換熱器管子的真實(shí)情況，比試片法準(zhǔn)確度稍高一些，缺點(diǎn)仍是監(jiān)測周期長。
③極化電阻法
通過金屬電極直接測定換熱器管子的極化電阻。該方法的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡單、能測量出金屬的瞬間腐蝕速度、可輸出數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測；缺點(diǎn)是其所提供的腐蝕信息也是金屬均勻腐蝕的信息，因此最好與試片法或試管法結(jié)合使用。
④監(jiān)測換熱器法
模擬換熱器真實(shí)運(yùn)行情況的小型換熱設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是有一個換熱面，可以真實(shí)模擬系統(tǒng)換熱器情況，能監(jiān)測傳熱面上腐蝕和沉積的情況。這種監(jiān)測方法為目前新建廠礦普遍采用的方法。其最大的特點(diǎn)是能同時完成腐蝕及沉積的監(jiān)測。
（2）沉積物的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)
①監(jiān)測換熱器法
與腐蝕的現(xiàn)場監(jiān)測為同一設(shè)備，通過剖管觀察其中沉積物的沉積情況，在線監(jiān)測冷卻水系統(tǒng)中運(yùn)行時的污垢熱阻值。
②電熱式污垢監(jiān)測儀法
換熱器在線監(jiān)測儀的升級產(chǎn)品，它既保持了原產(chǎn)品測試準(zhǔn)確、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，又增加了許多新的功能。是實(shí)現(xiàn)工業(yè)循環(huán)水現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)代科學(xué)管理的有效手段。這類污垢監(jiān)測儀具有小巧、簡便、直讀的優(yōu)點(diǎn)。
③微生物的現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)
包括微生物測定及粘泥量的測定，其中微生物測定仍是以實(shí)驗(yàn)室測定為主，而粘泥量測定主要是依靠生物過濾網(wǎng)現(xiàn)場采集，均為目前的常用方法，在此不再贅述。
綜上所述，循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理技術(shù)的整體發(fā)展方向是明確的，即高效、易于管理、經(jīng)濟(jì)及環(huán)保。但是工廠設(shè)計應(yīng)按照工廠本身的具體情況而綜合考慮。任何水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)，只要被合理的采用，都可以達(dá)到較為理想的效果。
本文摘自《給排水處理技術(shù)及應(yīng)用》。
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