關于影響循環冷卻水結垢腐蝕的因素與控制方法探究

呂雯靜 白娜 柳軍紅

摘要：社會經濟的發展促進了工業發展水平的提高，使得工業生產在國民經濟發展中逐步占據著越來越重要的地位與作用。工業生產中必須要對生產過程中所產生的余熱進行及時的處理，否則會影響生產的正常進行。循環冷卻水系統作為熱量處理的重要方式，在工業生產中得到了普遍的應用，促進了生產的正常進行。本文從循環冷卻水的概念出發，分析了循環冷卻水常見的結垢與腐蝕現象發生的原因以及控制措施，有利于提高工業企業的生產效率，實現更大的經濟效益。

關鍵詞：循環冷卻水；結垢；腐蝕；控制

循環冷卻水熱量處理方式，基于其對熱量的有效處理，得到了廣泛的應用，對于工業生產效率與質量都有著積極的促進作用。循環冷卻水系統的主要功能是為工業生產中所涉及的發熱裝置供應冷卻水，保證出水的溫度、硬度等符合工業生產的基本要求。在實際的工業生產中，受到多方面因素的影響，循環冷卻水系統常常面臨著結垢、腐蝕等問題，使得整體發熱裝置的正常運行受到干擾，導致冷卻水的供應出現問題，換熱能力不足，降低設備的耐久性，影響生產的正常進行。

1循環冷卻水的概念

1.1循環冷卻水

循環冷卻水系統的應用，實現了工業生產中熱量的置換，達到了良好的熱量交換、分散效果，循環系統更能夠保證生產成本的降低，避免了水資源的浪費，保證了生產的正產進行。由于在整個系統中，水是重要的換熱介質，借助于冷卻塔，可以實現降溫，實現了對水資源的合理利用。

1.2水量損失

循環冷卻水系統運行中，也存在水量的流失問題，主要表現在以下方面：（1）自然蒸發水分流失。循環水在冷熱交替流動中會產生水蒸氣，進入大氣后產生水量損失。（2）排污產生的水量損失，受到水量蒸發的影響，為確保冷卻水的濃度，需要進行必要的人工排污。（3）滲漏損失。循環冷卻水系統本身受到設備老化等的影響，管道內部存在漏洞等，使得運行中出現滲漏造成水量損失。

2循環冷卻水系統水質常見問題

循環冷卻水運行過程較為復雜，由于存在各種反應，如熱量的交換、電化反應等，因此其面臨的最主要的問題是結垢與腐蝕。

2.1結垢

循環冷卻水的結垢現象主要是由于系統中存在大量的微溶物質，一旦系統的水質、水溫、流速、換熱溫差等環境發生些許改變，就會造成微溶物質過度飽和，析出晶核，隨著該反應的加大，導致晶核增大附著于換熱器表面形成結垢現象。

循環冷卻水系統運行時，由于存在大量的熱量交換，吸熱揮發現象逐步增強，水中微溶物質的濃度隨著該現象增大，因而使得結垢發生的概率加大，就需要對補充水的水質進行嚴格控制，尤其是水質中的鹽量、堿度、硬度、PH值越大，也容易造成結垢現象；循環水水垢中富含豐富的碳酸鈣、碳酸鎂等微溶鹽，這些微溶鹽分使得隨著水的溫度的升高，溶解度會越發降低；水垢附著速度與換熱器循環水的流速密切相關，一般情況下，水流速度越快，水垢的附著速度反而越慢，主要是過快的水流沖擊了水垢等雜質，使其附著受到影響；由于循環冷卻水系統存在著大量的熱量交換，因此，會帶來極大的溫降，溫降與結垢的發生成正相關，結垢發生的可能性隨溫降的增大而增大。

2.2腐蝕

循環冷卻水還極易發生腐蝕現象，腐蝕一般分為電化學腐蝕與化學腐蝕，循環冷卻水腐蝕主要與水質的硬度、堿度、PH值、流速、溫度等相關。

腐蝕通常可以分成點蝕、溶解氧腐蝕與微生物腐蝕三種。具體而言，點蝕的形成主要是由于水中腐蝕陰離子氯離子的存在，由于其極性較高，因此具有極強的腐蝕性，該離子又具有極強的穿透特性，可以將金屬表面的預制模穿透，造成點腐蝕。點腐蝕主要發生在循環冷卻水系統的死角或者是通道變化較大等區域，這些區域由于水流速度會發生變化，從而導致這些區域的氯離子高度聚集，因此點腐蝕現象較為明顯。溫度作用也加劇了點腐蝕現象，當溫度滿足一定條件時，會發生腐蝕作用，二者成正相關，腐蝕程度隨著溫度的升高而加劇。結垢現象的發生也會對腐蝕產生影響，結垢區域極易造成氯離子的集聚而加劇腐蝕發生的可能性。

很多循環冷卻水系統的敞開式結構，使得其冷卻塔為露天開放式，水在塔內噴賽曝氣，加大了水中溶解氧的含量，進而使得腐蝕現象加劇，該種腐蝕現象是一種電化學腐蝕，因為金屬電極電位遠遠低于氧的電極電位，使得金屬陽極遭受加大的腐蝕，而溶解氧是陰極，可以進行還原作用。很多情況下，熱交換器的碳鋼面板上多有黃褐色、磚紅色的鼓包，鼓包下方為黑色粉末，這些就是溶解氧腐蝕后的腐蝕產物，當清除該產物后，面板表面會有陷坑等，造成表面的不平整。該腐蝕作用的發生是由于溶解氧與鐵發生腐蝕作用后，產生亞鐵離子，該離子穩定性極差，常與水中其他離子在此發生腐蝕作用。

微生物腐蝕對系統的影響極大，作為一種局部腐蝕現象，容易與水垢、電化學腐蝕等相互作用，加劇腐蝕程度，主要是由水中細菌、真菌、藻類等引發的腐蝕。

3循環冷卻水系統控制方法

3.1結垢的控制方法

對于循環冷卻水結垢的控制，主要從以下方面來進行：嚴格控制并降低循環冷卻水補充水的蝕度，避免補充水的各種問題對系統內水質的影響；嚴格控制循環水旁流量，多數情況下，要在整個系統增加旁濾裝置，將旁流量控制在循環水水量的1%5%；合理控制循環水的水流速度，一般流速為0.8-1.2m/s為最佳，可以使水的沖刷作用減弱水垢等的沉積；在冷卻水中加入酸性物質或通二氧化碳氣體，降低水的PH，降低結垢發生的可能；在水中加入阻垢劑等減弱結垢現象。

3.2腐蝕的控制方法

根據腐蝕現象的發生，可以從對水質PH值、氯離子、氧含量、微生物等的控制來降低腐蝕發生的概率。從水的源頭控制水質PH值，PH值越大，腐蝕速度越慢，但是結垢現象越嚴重，由于存在熱量的交換，因此，水質的PH值會隨熱量損失而加大，從而結垢發生的概率加大，與此同時，可以通過自動加酸裝置，來對水質的PH值進行嚴格控制。

冷卻塔內部，水噴灑曝氣，溶解氧含量上升，使得溫度與壓力下達到氧的飽和濃度，造成腐蝕現象。為了降低循環水冷卻塔水的噴灑曝氣，降低其中的氧含量，可以在整個系統中，使循環水越過冷卻塔，走旁通管道，控制該種腐蝕現象。

對于循環冷卻水系統，可以定期在水中投放氧化性殺菌劑、或非氧化性殺菌劑，控制冷卻水中地微生物，但由于殺菌劑添加時，會產生大量的氯離子，造成點蝕加劇，因此，殺菌劑投放過程中要密切關注氯離子含量，一旦超過限度要及時進行排污補水。

減弱腐蝕現象還可以在水中添加緩蝕劑，主要有聚磷酸鹽與鋅鹽等，前者成本較低，既可以抑制腐蝕，還可以在一定程度上阻垢，但是如果添加量過大，也還會造成磷酸鈣垢進而引發垢下腐蝕現象，磷酸離子還可以促進微生物的繁殖代謝。鋅鹽主要有氧化鋅、硫酸鋅，單獨使用鋅鹽抗腐蝕效果不佳，主要與緩蝕劑結合使用才能起到良好的抗腐蝕效果，但鋅作為有毒重金屬，對生物生長不利，因此排污是需要特別處理。

結束語：

經濟社會的發展使得循環冷卻水系統得到了更為普遍的應用，但是對于其極易發生的結垢、腐蝕現象等雖然進行了必要的控制，但依然是制約該系統運行效率的重要因素，因此，未來還需加強結垢、腐蝕的控制與處理，提高系統的運行效率。