影響工業循環冷卻水結垢和腐蝕的因素及其控制

張 敏

山西兆豐鋁業有限責任公司氧化鋁分公司，山西陽泉 045000

1 循環冷卻水的概念

1.1 循環冷卻水

工業循環冷卻水是指在工業生產過程中，通過換熱器或直接接觸等方式進行熱交換，換熱介質經冷卻塔降溫后循環利用，以節約水資源。

1.2 水量損失

在循環使用過程中，有以下三種途徑造成水量損失。

1）蒸發損失，即在冷卻過程中，水以水蒸氣的形式進入大氣，造成損失；

2）排污損失，即為了控制因蒸發損失引起的濃縮而人為的排掉的水量；

3）滲漏損失，即在循環水循環利用過程中，在管道和儲水系統中因滲漏而損失的水量。

2 影響循環冷卻水結垢因素及其控制

2.1 水垢的形成

在循環冷卻水系統中，水垢是由溶解在水中的各種鹽類發生一系列化學反應，生成碳酸鈣、磷酸鈣等難溶性鹽類，這些難溶性鹽類達到過飽和狀態從水中結晶析出，沉積在換熱器表面，形成水垢。

2.2 影響水垢生成的因素

2.2.1 補充水水質的影響

由于水量的損失，循環水在利用過程中需要補充新水進去，補充水的硬度、堿度、PH 值、濁度等都影響水垢的形成。

硬度、堿度越大，成垢離子越多，經濃縮后越易達到過飽和產生水垢。在冷卻水中，懸浮物起到晶核作用，濁度越大，懸浮物越多，越易促成污垢沉積生成。

2.2.2 水溫的影響

在循環水中形成的硬度鹽類隨水溫升高溶解度減小，水溫越高，越容易結垢，同時水溫高是，水垢附著速度也加快，因此，應控制循環水溫度。

2.2.3 流速的影響

水流速度越大，水垢附著速度越小，一般在水流速度達到1.0m/s 以上，水垢不易沉積。

2.3 影響結垢因素的控制

根據影響結垢的不同因素及實際生產操作可行，有以下幾種方法控制結垢。

2.3.1 降低補充水成垢離子

循環水補充水中成垢離子或堿度較高時，可以預先通過離子交換法或石灰軟化法去除補充水中的部分硬度和堿度，將軟化后的水作為補充水，從源頭上有效控制水垢生成。現代工業生產中，對循環水水質要求較嚴格、補充水量較小的工藝流程中，一般采用離子交換樹脂法軟化補充水。

2.3.2 循環水過濾處理

在循環水處理系統中，增加旁濾設備，使循環水在進行冷卻作用的同時經過濾器過濾，降低循環水懸浮物含量，減少使水垢附著生成的晶核雜質，從而減少水垢生成。現今工業生產中多采用纖維球過濾器或砂濾器對循環冷卻水進行過濾處理。

2.3.3 投加藥劑

在大型的工業生產循環水系統中，多采用增加緩釋阻垢劑對循環水進行水垢生成控制。添加的藥劑通過改變循環水中碳酸鈣等微溶物質的生長過程和形態，不同的藥劑通過不同的方式阻止成垢離子相互結合形成水垢，進而降低水垢生成。阻垢劑不僅能控制水垢，也能控制金屬腐蝕物、黏泥等，所以應用較為廣泛。

3 影響循環冷卻水腐蝕因素及其控制

在循環冷卻水系統中，循環水在冷卻塔內與空氣充分接觸，水中的溶解氧不斷得到補充，在運行中，常用的碳鋼、不銹鋼等金屬在循環水作用下，發生一系列化學反應、電化學反應或物理反應，使金屬受到破壞，形成腐蝕。同時由于循環水濃縮后含鹽量增加，電導率增加，又加快了金屬腐蝕傾向。所以，在循環冷卻水系統中，必須控制腐蝕現象。

3.1 影響腐蝕的因素

3.1.1 金屬材質的影響

由于腐蝕是金屬在周圍環境的影響下發生的一系列反應造成的，所以金屬本身的材質及內部組織結構對腐蝕起著很重要的影響，在一定的循環水系統中，金屬的選材及設計是影響整個循環水系統腐蝕的首要因素。

3.1.2 水質的影響

1）pH 值：pH 值對金屬腐蝕速率的影響，主要取決于該金屬氧化物在不同的pH 值下的溶解度。如該金屬氧化物易溶于酸性溶液，不易溶于堿性溶液，則該金屬在pH 較低的情況下腐蝕較快，但一些兩性金屬，其氧化物即溶于酸性溶液也溶于堿性溶液，則pH 呈中性時腐蝕較慢。在實際生產運行中，pH 值4.3～9.0 之間時，腐蝕速度變化很小，pH 值小于4.3 時，由于發生酸性腐蝕，金屬腐蝕加快，pH 值大于9 時，在金屬表面形成鈍化膜，阻止了金屬腐蝕，腐蝕速度減小。

2）硬度：再添加有阻垢劑的循環水系統中，由于換熱設備管壁不形成垢層，水中的鈣、鎂離子濃度過高易于水中酸根離子作用，生成多種垢，不均勻沉積在金屬表面，可以引起夠下腐蝕。

3.1.3 流速的影響

水流速度越大，水中溶解氧越易擴散至金屬表面，加速腐蝕，同時水流增大，可以沖去沉積在金屬表面的腐蝕、結垢生成物，使溶解氧在金屬表面擴散量增加，加劇腐蝕。

3.1.4 水溫的影響

溫度升高，水中物質擴散速度增加，金屬的腐蝕隨溫度升高而加重。

3.2 影響結垢因素的控制

3.2.1 選擇耐腐蝕材料

在實際應用中，循環水系統金屬設備首先需要選擇耐腐蝕材料，同時還要注意選擇外形簡單，表面平整光滑等的結構設計。在平衡資金的情況下，可以選擇新型耐腐蝕材料。

3.2.2 PH 的控制

根據PH 值對循環水金屬腐蝕的影響，在實際的運行中，偏堿性循環水可以抑制循環水腐蝕，一般采用pH 值在9 ～10的循環水。

3.2.3 防腐涂料的應用

在循環水傳熱表面涂抹防腐涂料，在換熱表面形成一層保護膜。隔離屬表面與循環水，防止金屬放生腐蝕。

3.2.4 投加緩蝕劑

緩蝕劑是抑制不穩定水腐蝕過程的藥劑。在實際工業生產運行中，一般采用投加緩蝕劑緩解循環水腐蝕，通過投加緩蝕劑，可以在金屬陽極或陰極形成保護膜，進而阻止金屬腐蝕，由于緩釋劑使用濃度很低，且不需要對金屬設備或構件進行處理，是一種經濟效益較高且方面有效的防腐措施，應用最廣。

隨著工業的發展，循環冷卻水系統用水量逐漸增大，循環水處理過程中的結垢、腐蝕等影響因素也不是獨立存在的，而是相互影響，相互依存，我們期待低耗能高效益的解決方法應運而生，為緩解我國水資源短缺問題帶來福音。

[1]唐受印，戴友芝，等.工業循環冷卻水處理.北京：化學工業出版社，2003.

[2]周本省.工業水處理技術.北京：化學工業出版社，2002.

[3]李本高.現代工業水處理技術與應用.北京：中國石化出版社.