中央空调循环冷却水处理的研究

宁守庆 张洪涛

1、河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂动能车间;2、河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂设备管理部，河南 郑州

中央空调循环冷却水处理的研究

宁守庆1张洪涛2

1、河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂动能车间;2、河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂设备管理部，河南 郑州

郑州卷烟厂中央空调循环冷却水处理系统的补充水为软化水，系统由于长期运行，循环冷却水未进行缓蚀及杀菌灭藻处理，因此循环冷却水系统热交换器腐蚀严重，表面有大量的粘泥附着，已影响到设备的正常运行。这一问题必须进行解决。

循环冷却水;水处理;阻垢缓蚀剂;杀菌灭藻剂

recirculated cooling water；water treatment；antiincrustation corrosion inhibi；antisepsis algicide

概述

为了保证循环冷却水设备长周期.安全.满负荷运行，循环冷却水中投加一定量的阻垢缓蚀剂，杀菌灭藻剂来减少或延缓由于冷却水造成热交换器的腐蚀，结垢及生物粘泥等障碍，这是目前国内最常用的方法。根据装置工艺及水质情况，经综合考虑，制定出水处理治理方案，严格按照方案进行操作，以确保水处理达到最佳效果。

1.热交换器出现的主要故障

1.1 水垢析出降低传热效率

一般天然水中都溶解有重碳酸盐,这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成分。

在直流冷却水系统中，重碳酸盐的浓度较低。在循环冷却水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到饱和状态时，或者经过换热器传热表面使水温升高时，会发生下列反应：2

冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离CO2气体逸出，这就促使上述反应向正反应方向进行，这样CaCO3沉淀就附着在换热器的传热表面，积累形成致密的碳酸盐水垢，使传热表面的传热性能下降。不同的水垢，其导热系数不同，但一般不超过1.16w/m·k，远远低于钢材的导热系数45w/m·k。由此可见，水垢必然造成换热器的传热效率下降。

水垢附着的危害很大，轻者降低换热器的传热效率，影响产量；重者堵塞管道，影响安全生产。

1.2 设备腐蚀影响生产和缩短使用寿命

在循环冷却水系统中,各种金属材质的换热器若长期未添加或添加性能不佳的水质稳定剂时，会发生均匀腐蚀、晶间腐蚀、穿孔腐蚀、垢下腐蚀等各种化学腐蚀及微生物腐蚀，其腐蚀的原因是多种因素综合造成的。

1.2.1 冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀

敞开式冷却循环水系统，由于水与空气中氧气能充分地接触，因此水中溶解的O2可达到饱和状态。当碳钢与溶有O2的冷却水接触时，由于金属表面会形成许多腐蚀微电池，微电池的阳极和阴极区分别发生下列的氧化和还原反应：2

以上反应机理，促使微电池在阳极区的金属不断的溶解而被腐蚀。

1.2.2 有害离子的腐蚀

循环冷却水在浓缩过程中，除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增长而增加外，其它的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当Cl-和SO2-4离子浓度增高时，会加速碳钢的腐蚀。Cl-和SO2-4离子会使金属表面保护膜的保护性能降低，尤其是Cl-离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，所以氯离子是引起点蚀的原因之一。

对于碳钢制造的换热器，Cl-是引发应力腐蚀的主要原因，因此冷却水中Cl-离子的含量过高，常使设备上应力集中部位，如换热器花板上胀管的边缘迅速受到腐蚀破坏。循环冷却水系统中如有碳钢制的换热器时，一般要求Cl-的含量不超过250ppm。

1.2.3 微生物引起腐蚀

微生物的滋生也会使金属发生腐蚀。这是由于微生物排出的粘液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧浓差电池，促使金属腐蚀。此外，由于在金属表面与沉淀物之间缺乏氧，因此一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖，当温度为25～30℃时，繁殖更快。某些微生物可分解水中的硫酸盐，产生H2S，引起碳钢腐蚀，其反应如下：

SO2-4+8H++8e →S2-+4H2O+能量（细菌生存所需）

Fe2++S2-→FeS↓

铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，它能使Fe2+氧化成Fe3+，释放能量供细菌生存需要。

Fe2+→Fe3++能量（细菌生存所需）

上述各种因素对碳钢引起的腐蚀常使换热器壁被腐蚀穿孔，形成渗漏，或工艺介质泄漏入冷却水中，损失物料，污染水体；或冷却水渗入工艺介质中，使产品质量受到影响。当被腐蚀穿孔的管子数量不多时，可采取临时堵管的办法，使换热器在减少传热面的情况下继续使用。当穿孔的管子过多时，换热器传热面减少得太多，失去冷却作用，此时只能停产更换。因此腐蚀与水垢一样，都是危害企业安全生产、造成经济损失的“大敌”。

1.3 微生物粘泥导致系统失效

冷却水中的微生物一般是指细菌和藻类。在新鲜水中，一般来说细菌和藻类都较少。但在循环水中，由于水中营养成分的浓缩，水温的升高和日光照射，给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件。大量细菌分泌出的粘液和藻类产生的粘性物质就象粘合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成粘糊状的沉淀物粘附在换热器的传热表面上，这种沉积物称为生物粘泥，俗称“软垢”。附着在换热器管壁上的生物粘泥，不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用，恶化水质，而且会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定剂的缓蚀、阻垢和杀生作用。例如北京某厂换热器中菌藻大量繁殖，半个月内就使热负荷下降到50%，不得不临时停产清洗，造成重大的经济损失。

表1

综上所述，一个效果优异的水处理方案应综合考虑以上各种因素才能保障冷却循环水系统洁净运行，达到提高设备工作效率，延长设备使用寿命的目的。

2.循环水处理效果评价

经上述水质处理，冷却循环水应满足《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T50050—2007）中规定：

2.1 敞开式循环冷却水系统中换热设备水侧管壁的年污垢热阻值小于3.44×10-4m2·k/w。

2.2 敞开式循环冷却水系统中换热设备和碳钢管壁的腐蚀速度小于0.075mm/a，铜、铜合金和碳钢管壁的腐蚀速度小于0.005mm/a。

2.3 敞开式循环冷却水中的异养菌数小于5×105个/mL，粘泥量小于3ml。

3.空调系统水处理技术方案

3.1 缓蚀阻垢剂投加量：根据厂方提供的补水水质及GR—946缓蚀阻垢试验结果，确定GR—946缓蚀阻垢剂加量为56.2kg/天，药剂浓度为50ppm。

3.2 缓蚀阻垢剂初始投加：根据系统保有水量按230.4m3循环水量2400m3/h给水温度35℃回水温度25℃设备材质为：碳钢.不锈钢.铜材。计算缓蚀阻垢剂初投加药量为GR—946缓蚀阻垢剂67.7kg。将该药剂一次性缓慢加入循环水系统内。

3.3日常水处理：根据系统日补水量加药量按56.2kg/天。

3.4 杀菌灭藻使用方法：根据系统菌藻繁殖情况及循环水细菌个数确定GR-937杀菌灭藻剂（非氧化性）及GR-938杀菌灭藻剂（氧化性）加入时机，两种药剂交替使用，以减少细菌的抗药性，一般情况下，夏季每3～5天加一次；春秋季每5～10天投加一次；冬季每10～15天投加一次，连续投加两次，每次加药量为23kg。

3.5 根据厂方的水质条件，加装自动排污管道，维持系统浓缩倍率4.5倍以下。

3.6 定期取循环水样分析，其分析结果应满足以下水质标准如表1所示。

表1中指标的控制必须通过排污，补充水量及控制投加药剂来实现。

4.空调系统日常保养、维护

4.1 水处理工作按照第六节水处理基本工艺执行；严格控制执行水处理加药工作，建议制定日常水处理操作记录，由专人负责日常水处理加药工作，并做好详细记录；

4.2 冷却循环水应坚持排污，以控制浓缩倍数，达到将系统内沉积的粘泥排出的目的；

4.3 冷却系统循环水泵前端排污口定期排污操作同上；

4.4 机组冷凝器定期排污，排污时进行反向冲洗，这样有利于将吸附在冷凝器夹层内的粘泥排出。关闭单台机组进水阀门，打开回水阀门，关闭回水管道排污口，从进水管道排污口进行闪排，直到排出清水为止。（排污时间根据生产工艺要求，设备停车时排污）；

4.5 建议定期清理循环水冷却塔塔盆及布水器，防止布水口堵塞；

4.6 每次清理塔盆后要按照初始投加缓蚀阻垢剂药量加入系统，之后按日常水处理加药方法执行。

[1]工业循环冷却水处理设计规GB50050～2007

[2]田国勤,赵秋池.郑州海波源工贸公司河南中烟工业公司郑州卷烟厂空压、空调系统循环冷却水处理方案,2011年6月

450000The Research of Central Air Conditioning Circulating Cooling Water Treatment

Ning Shouqing1Zhang Hongtao2
1、China tobacco henan industrial Co.ltd zhengzhou cigarette factory power energy workshop，2、China tobacco henan industrial Co.ltd zhengzhou cigarette factory equipment mangement deparment， zhengzhou henan 450000

The supplementary water of central air conditioning in Zhengzhou Cigarette Factory is demineralized water.After long time working,Without inhibition and biocide treatment for recirculated cooling water,so the heat exchanger is seriously rusty,its surface has large slime attachment.Now the normal operation of the equipment has been affected.This problem must be solved.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.051

作者姓名

宁守庆 河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂动能车间设备主任；

张洪涛 河南中烟工业有限责任公司郑州卷烟厂设备管理部工程师。