中央空調循環冷卻水處理的研究

寧守慶 張洪濤

1、河南中煙工業有限責任公司鄭州卷煙廠動能車間;2、河南中煙工業有限責任公司鄭州卷煙廠設備管理部，河南 鄭州

中央空調循環冷卻水處理的研究

寧守慶1張洪濤2

1、河南中煙工業有限責任公司鄭州卷煙廠動能車間;2、河南中煙工業有限責任公司鄭州卷煙廠設備管理部，河南 鄭州

鄭州卷煙廠中央空調循環冷卻水處理系統的補充水為軟化水，系統由于長期運行，循環冷卻水未進行緩蝕及殺菌滅藻處理，因此循環冷卻水系統熱交換器腐蝕嚴重，表面有大量的粘泥附著，已影響到設備的正常運行。這一問題必須進行解決。

循環冷卻水;水處理;阻垢緩蝕劑;殺菌滅藻劑

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

概述

為了保證循環冷卻水設備長周期.安全.滿負荷運行，循環冷卻水中投加一定量的阻垢緩蝕劑，殺菌滅藻劑來減少或延緩由于冷卻水造成熱交換器的腐蝕，結垢及生物粘泥等障礙，這是目前國內最常用的方法。根據裝置工藝及水質情況，經綜合考慮，制定出水處理治理方案，嚴格按照方案進行操作，以確保水處理達到最佳效果。

1.熱交換器出現的主要故障

1.1 水垢析出降低傳熱效率

一般天然水中都溶解有重碳酸鹽,這種鹽是冷卻水發生水垢附著的主要成分。

在直流冷卻水系統中，重碳酸鹽的濃度較低。在循環冷卻水系統中，重碳酸鹽的濃度隨著蒸發濃縮而增加，當其濃度達到飽和狀態時，或者經過換熱器傳熱表面使水溫升高時，會發生下列反應：2

冷卻水經過冷卻塔向下噴淋時，溶解在水中的游離CO2氣體逸出，這就促使上述反應向正反應方向進行，這樣CaCO3沉淀就附著在換熱器的傳熱表面，積累形成致密的碳酸鹽水垢，使傳熱表面的傳熱性能下降。不同的水垢，其導熱系數不同，但一般不超過1.16w/m·k，遠遠低于鋼材的導熱系數45w/m·k。由此可見，水垢必然造成換熱器的傳熱效率下降。

水垢附著的危害很大，輕者降低換熱器的傳熱效率，影響產量；重者堵塞管道，影響安全生產。

1.2 設備腐蝕影響生產和縮短使用壽命

在循環冷卻水系統中,各種金屬材質的換熱器若長期未添加或添加性能不佳的水質穩定劑時，會發生均勻腐蝕、晶間腐蝕、穿孔腐蝕、垢下腐蝕等各種化學腐蝕及微生物腐蝕，其腐蝕的原因是多種因素綜合造成的。

1.2.1 冷卻水中溶解氧引起的電化學腐蝕

敞開式冷卻循環水系統，由于水與空氣中氧氣能充分地接觸，因此水中溶解的O2可達到飽和狀態。當碳鋼與溶有O2的冷卻水接觸時，由于金屬表面會形成許多腐蝕微電池，微電池的陽極和陰極區分別發生下列的氧化和還原反應：2

以上反應機理，促使微電池在陽極區的金屬不斷的溶解而被腐蝕。

1.2.2 有害離子的腐蝕

循環冷卻水在濃縮過程中，除重碳酸鹽濃度隨濃縮倍數增長而增加外，其它的鹽類如氯化物、硫酸鹽等的濃度也會增加。當Cl-和SO2-4離子濃度增高時，會加速碳鋼的腐蝕。Cl-和SO2-4離子會使金屬表面保護膜的保護性能降低，尤其是Cl-離子半徑小，穿透性強，容易穿過膜層，置換氧原子形成氯化物，加速陽極過程的進行，使腐蝕加速，所以氯離子是引起點蝕的原因之一。

對于碳鋼制造的換熱器，Cl-是引發應力腐蝕的主要原因，因此冷卻水中Cl-離子的含量過高，常使設備上應力集中部位，如換熱器花板上脹管的邊緣迅速受到腐蝕破壞。循環冷卻水系統中如有碳鋼制的換熱器時，一般要求Cl-的含量不超過250ppm。

1.2.3 微生物引起腐蝕

微生物的滋生也會使金屬發生腐蝕。這是由于微生物排出的粘液與無機垢和泥砂雜物等形成的沉積物附著在金屬表面，形成氧濃差電池，促使金屬腐蝕。此外，由于在金屬表面與沉淀物之間缺乏氧，因此一些厭氧菌（主要是硫酸鹽還原菌）得以繁殖，當溫度為25～30℃時，繁殖更快。某些微生物可分解水中的硫酸鹽，產生H2S，引起碳鋼腐蝕，其反應如下：

SO2-4+8H++8e →S2-+4H2O+能量（細菌生存所需）

Fe2++S2-→FeS↓

鐵細菌是鋼鐵銹瘤產生的主要原因，它能使Fe2+氧化成Fe3+，釋放能量供細菌生存需要。

Fe2+→Fe3++能量（細菌生存所需）

上述各種因素對碳鋼引起的腐蝕常使換熱器壁被腐蝕穿孔，形成滲漏，或工藝介質泄漏入冷卻水中，損失物料，污染水體；或冷卻水滲入工藝介質中，使產品質量受到影響。當被腐蝕穿孔的管子數量不多時，可采取臨時堵管的辦法，使換熱器在減少傳熱面的情況下繼續使用。當穿孔的管子過多時，換熱器傳熱面減少得太多，失去冷卻作用，此時只能停產更換。因此腐蝕與水垢一樣，都是危害企業安全生產、造成經濟損失的“大敵”。

1.3 微生物粘泥導致系統失效

冷卻水中的微生物一般是指細菌和藻類。在新鮮水中，一般來說細菌和藻類都較少。但在循環水中，由于水中營養成分的濃縮，水溫的升高和日光照射，給細菌和藻類創造了迅速繁殖的條件。大量細菌分泌出的粘液和藻類產生的粘性物質就象粘合劑一樣，能使水中飄浮的灰塵雜質和化學沉淀物等粘附在一起，形成粘糊狀的沉淀物粘附在換熱器的傳熱表面上，這種沉積物稱為生物粘泥，俗稱“軟垢”。附著在換熱器管壁上的生物粘泥，不僅會降低換熱器和冷卻塔的冷卻作用，惡化水質，而且會引起冷卻水系統中設備的腐蝕和降低水質穩定劑的緩蝕、阻垢和殺生作用。例如北京某廠換熱器中菌藻大量繁殖，半個月內就使熱負荷下降到50%，不得不臨時停產清洗，造成重大的經濟損失。

表1

綜上所述，一個效果優異的水處理方案應綜合考慮以上各種因素才能保障冷卻循環水系統潔凈運行，達到提高設備工作效率，延長設備使用壽命的目的。

2.循環水處理效果評價

經上述水質處理，冷卻循環水應滿足《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB/T50050—2007）中規定：

2.1 敞開式循環冷卻水系統中換熱設備水側管壁的年污垢熱阻值小于3.44×10-4m2·k/w。

2.2 敞開式循環冷卻水系統中換熱設備和碳鋼管壁的腐蝕速度小于0.075mm/a，銅、銅合金和碳鋼管壁的腐蝕速度小于0.005mm/a。

2.3 敞開式循環冷卻水中的異養菌數小于5×105個/mL，粘泥量小于3ml。

3.空調系統水處理技術方案

3.1 緩蝕阻垢劑投加量：根據廠方提供的補水水質及GR—946緩蝕阻垢試驗結果，確定GR—946緩蝕阻垢劑加量為56.2kg/天，藥劑濃度為50ppm。

3.2 緩蝕阻垢劑初始投加：根據系統保有水量按230.4m3循環水量2400m3/h給水溫度35℃回水溫度25℃設備材質為：碳鋼.不銹鋼.銅材。計算緩蝕阻垢劑初投加藥量為GR—946緩蝕阻垢劑67.7kg。將該藥劑一次性緩慢加入循環水系統內。

3.3日常水處理：根據系統日補水量加藥量按56.2kg/天。

3.4 殺菌滅藻使用方法：根據系統菌藻繁殖情況及循環水細菌個數確定GR-937殺菌滅藻劑（非氧化性）及GR-938殺菌滅藻劑（氧化性）加入時機，兩種藥劑交替使用，以減少細菌的抗藥性，一般情況下，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，連續投加兩次，每次加藥量為23kg。

3.5 根據廠方的水質條件，加裝自動排污管道，維持系統濃縮倍率4.5倍以下。

3.6 定期取循環水樣分析，其分析結果應滿足以下水質標準如表1所示。

表1中指標的控制必須通過排污，補充水量及控制投加藥劑來實現。

4.空調系統日常保養、維護

4.1 水處理工作按照第六節水處理基本工藝執行；嚴格控制執行水處理加藥工作，建議制定日常水處理操作記錄，由專人負責日常水處理加藥工作，并做好詳細記錄；

4.2 冷卻循環水應堅持排污，以控制濃縮倍數，達到將系統內沉積的粘泥排出的目的；

4.3 冷卻系統循環水泵前端排污口定期排污操作同上；

4.4 機組冷凝器定期排污，排污時進行反向沖洗，這樣有利于將吸附在冷凝器夾層內的粘泥排出。關閉單臺機組進水閥門，打開回水閥門，關閉回水管道排污口，從進水管道排污口進行閃排，直到排出清水為止。（排污時間根據生產工藝要求，設備停車時排污）；

4.5 建議定期清理循環水冷卻塔塔盆及布水器，防止布水口堵塞；

4.6 每次清理塔盆后要按照初始投加緩蝕阻垢劑藥量加入系統，之后按日常水處理加藥方法執行。

[1]工業循環冷卻水處理設計規GB50050～2007

[2]田國勤,趙秋池.鄭州海波源工貿公司河南中煙工業公司鄭州卷煙廠空壓、空調系統循環冷卻水處理方案,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

寧守慶 河南中煙工業有限責任公司鄭州卷煙廠動能車間設備主任；

張洪濤 河南中煙工業有限責任公司鄭州卷煙廠設備管理部工程師。