探析工业循环冷却水系统水质防腐及控制方法

明博文

摘 要：在我国工业部门的生产过程中对冷却水的应用范围极广，其原因在于许多工业系统在生产工作中会产生大量的废热，为了保证生产的稳定性就需要及时将这些废热转移。而在转移废热的介质选择中天然水具有较强的优势，应用于工业生产中则被人们称为“冷却水”。循环冷却水系统是利用相关设备将冷却水进行加热利用后再次将其冷却，使其达到循环利用的目的。但在循环冷却水的利用过程中，容易出现水污结垢、管道堵塞等问题，阻碍了循环系统的稳定运作。

关键词：工业生产;循环冷却水系统;水质防腐;控制策略

就目前来看循环冷却水系统在我国工业生产中已经得到普遍应用，对于工业系统的发展生产具有重要意义。在现有市场中，循环冷却水系统分为封闭式和敞开式两种，结合相关冷却设备、冷却池、管道和水泵等保持运作。敞开式循环冷却水系统由于冷却水可以和空气产生直接接触，所以可以配合冷却池或者冷却塔来促使水的蒸发降温，但在这个过程中空气中的灰尘、杂质同样可以进入管道内造成水质的变化;相较于敞开式循环系统来说封闭式系统采用封闭管道，不会造成冷却水和空气的直接接触，影响水质的因素较少，但在运行过程中换热设备依然会产生一定的污垢，所以如何解决这一问题将是本文探讨的重点部分。

一、工业循环冷却水系统工作过程中产生的水质问题

1.1冷却水系统的结垢问题

⑴盐垢。由于循环冷却水系统中对冷却池、冷却塔的利用会导致冷却水和空气进行大面积接触，在接触过程中通过蒸发的物理作用来使其降温，但蒸发过程中空气带走大量水分，使得水分中的盐分浓度不断升高，最终产生大量盐垢，甚至

导致盐分析出附着在管道内壁影响冷却水的循环利用，并且随着盐垢的不断增加，需要定期补充新鲜水来维持系统运作。

⑵软垢。由于水分蒸發带来的盐分浓度升高，形成水垢，也称作“硬垢”。除此之外，在循环冷却水系统的运作过程中还会导致微生物、灰尘、泥渣等沉积，此类物质的沉淀、溶解会产生一定量的污垢，这些污垢虽然较硬垢来说相对松软，清理难度较低，但若长期发展，不尽兴及时清楚，也会从软垢转化为硬垢，增加清理负担。这些污垢的发展到一定程度会造成管道的堵塞，使得循环系统的运行效率下降，对于换热设备的正常工作也造成一定影响。这样的结果不仅仅是对循环冷却水系统的运行造成阻碍，更会导致整个工业生产过程效率低下，影响其他生产程序的正常运行，更是对工业生产过程的循环发展产生消极影响，削弱了循环系统原本的生产能量。

1.2冷却水系统的腐蚀问题

循环冷却水系统的管道设施、换热设备等相关建设都需要采用以碳钢、铜合金等为主的材质，这些金属材质设备在运行过程中和冷却水的接触会产生一定的电化学反应，其原因在于冷却水中大量的阴阳离子具有导电功能，金属材质又可以很好的作为传递电子的介质，加上冷却水和金属设备相互作用产生的阴阳电极，就导致了阴阳电极的氧化反应和还原反应产生，并且通过更一层的化学反应产生了氧化铁对金属管道造成腐蚀，其中对碳钢材质的腐蚀最为严重。除此之外，腐蚀问题中更加棘手的是局部腐蚀的问题，局部腐蚀会造成设备的部分区域的损害，像换热设备的穿孔、龟裂问题，循环管道的泄露问题，局部腐蚀不仅仅会造成以上的严重问题，更带来了维修成本的增加。而与局部腐蚀相比较，整体腐蚀也叫均匀腐蚀的危害相对较小。如果腐蚀物质能够在管道和相关设备的表面均匀产生，那么就会在金属材质表面形成一层“保护膜”，阻止了冷却水和金属材质的继续反应，对于设备的使用寿命来说有一定的积极影响。所以为了保证循环系统的长久运行，可以在设备表面留出一定的腐蚀裕度来控制整体腐蚀的发展。

二、循环冷却水系统水质防腐的控制策略

2.1物理除垢法

⑴利用超声波。对于冷却水循环系统的结垢问题国内外不少专家学者都对此进行了专门研究，并且通过现实经验发现利用超声波设备可以将循环设备中产生的水垢进行有效去除。超声波的高频率作用带来强大压力能够将污垢切碎、打散，并通过冷却水的流动将其带走达到去垢的效果。

⑵利用高压静电。在上文中有所论述，由于冷却水中含有大量的阴阳离子，所以会和金属设备产生阴阳电极，而利用高压静电进行除垢就是通过高压静电场促使水的电极发生变化，在阻止污垢形成的同时促使水垢溶解和脱落，不仅去除了水垢并且在很大程度上阻止了水垢的再次生成。这样的除垢方式在国内学者的研究实验中均取得了良好的实际效果，目前也在部分工业系统中得到有效应用。

⑶人工除垢。除了上述物理除垢方法外，还可以进行人工除垢方式。主要是利用一些机械工具来铲除和清理设备污垢，这种方式一般来说虽然操作简单，只需要单一的机械工作，但人工成本较高，并且在清理时需要暂时停止设备的使用，保证清理工作的顺利开展。除此之外，人工除垢还会造成循环系统损坏的风险增加，以及不当方式过程中造成对设备的损害。所以虽然在必要时候可以采用此种除垢方式但并不倡导。

2.2化学除垢

⑴石灰除垢法。除了物理除垢的方式还可以利用一些物质的化学反应来达到除垢的目的。一般来说成本较低且易于操作的化学方法就是利用石灰乳进行除垢。在冷却水中加入一定量的石灰乳就会导致水中钙镁离子的浓度下降，从而软化水垢。但这种方式会增加冷却水中的杂质，需要进行特殊处理，并且要注意石灰带来的粉尘伤害。

⑵使用阻垢剂。为了解决冷却水循环系统的结垢问题，人们通过不断研究发明出了多种类型的阻垢剂，一般来说阻垢剂的使用在去除水垢的同时还能在一定时间内防止水垢的产生。但不同的阻垢剂具有不同的优势劣势，现今更多倡导的是使用绿色、无磷的阻垢剂，像聚环氧琥珀酸阻垢剂和聚天冬氨酸阻垢剂都是当前工业生产中利用率较高的化学阻垢剂。

2.3防腐控制

⑴电化学保护法。在防腐问题的控制研究中我们可以利用金属材质和冷却水的特性，促使其发生电化学反应，在反应过程中改变金属设备的表面条件，让其充当阴极的作用，防止被腐蚀。但此方法更适用于规模较小的换热设备上，并没有得到广泛的利用。

⑵防腐涂料保护法。要想防止金属设备被腐蚀，那么就要减少冷却水和换热器等金属材质设备之间的直接接触，涂抹防腐材料就能很好的在管道、设备表面形成一层防腐覆盖膜发挥保护金属材料的作用。在实际应用中以环氧树脂防腐涂料的使用为代表，但近年来，专家学者还在进行不断研究，追求更加绿色、无污染和性价比更高的防腐涂料。

⑶缓蚀剂保护法。和上述阻垢剂的产生原理相同，为了保护设备不受腐蚀，人们研究出了专门的化学用剂，但缓蚀剂使用的主要目的不在于消除腐蚀，而是将设备的被腐蚀情况控制在稳定的范围之内，减少设备穿孔、龟裂的情况出现。市面上的缓蚀剂可以分为有机和无机两种类型，像硅酸盐缓蚀剂、铬酸盐缓蚀剂等都属于无机缓蚀剂，而有机酸缓蚀剂、有机胺缓蚀剂等都属于有机缓蚀剂。无机类缓蚀剂的作用原理通常是促使发挥阳极作用的金属材质钝化，从而防止腐蚀。但不同的缓蚀剂需要对使用剂量进行深入研究，以实践事实为依据采用灵活的防腐手段。

【结语】针对循环冷却水系统中的水质问题本文进行了详细的深入研究，结垢和腐蚀问题是影响循环系统使用寿命的主要问题，针对以上问题笔者认为可以采用多种方式方法进行有效解决，既有物理手段，也有化学途径，并且对每种手段可能带来的负面影响本文中也有所涉及，希望能为相关研究人员带来有效启发。

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