探析工業循環冷卻水系統水質防腐及控制方法

明博文

摘 要：在我國工業部門的生產過程中對冷卻水的應用范圍極廣，其原因在于許多工業系統在生產工作中會產生大量的廢熱，為了保證生產的穩定性就需要及時將這些廢熱轉移。而在轉移廢熱的介質選擇中天然水具有較強的優勢，應用于工業生產中則被人們稱為“冷卻水”。循環冷卻水系統是利用相關設備將冷卻水進行加熱利用后再次將其冷卻，使其達到循環利用的目的。但在循環冷卻水的利用過程中，容易出現水污結垢、管道堵塞等問題，阻礙了循環系統的穩定運作。

關鍵詞：工業生產;循環冷卻水系統;水質防腐;控制策略

就目前來看循環冷卻水系統在我國工業生產中已經得到普遍應用，對于工業系統的發展生產具有重要意義。在現有市場中，循環冷卻水系統分為封閉式和敞開式兩種，結合相關冷卻設備、冷卻池、管道和水泵等保持運作。敞開式循環冷卻水系統由于冷卻水可以和空氣產生直接接觸，所以可以配合冷卻池或者冷卻塔來促使水的蒸發降溫，但在這個過程中空氣中的灰塵、雜質同樣可以進入管道內造成水質的變化;相較于敞開式循環系統來說封閉式系統采用封閉管道，不會造成冷卻水和空氣的直接接觸，影響水質的因素較少，但在運行過程中換熱設備依然會產生一定的污垢，所以如何解決這一問題將是本文探討的重點部分。

一、工業循環冷卻水系統工作過程中產生的水質問題

1.1冷卻水系統的結垢問題

⑴鹽垢。由于循環冷卻水系統中對冷卻池、冷卻塔的利用會導致冷卻水和空氣進行大面積接觸，在接觸過程中通過蒸發的物理作用來使其降溫，但蒸發過程中空氣帶走大量水分，使得水分中的鹽分濃度不斷升高，最終產生大量鹽垢，甚至

導致鹽分析出附著在管道內壁影響冷卻水的循環利用，并且隨著鹽垢的不斷增加，需要定期補充新鮮水來維持系統運作。

⑵軟垢。由于水分蒸發帶來的鹽分濃度升高，形成水垢，也稱作“硬垢”。除此之外，在循環冷卻水系統的運作過程中還會導致微生物、灰塵、泥渣等沉積，此類物質的沉淀、溶解會產生一定量的污垢，這些污垢雖然較硬垢來說相對松軟，清理難度較低，但若長期發展，不盡興及時清楚，也會從軟垢轉化為硬垢，增加清理負擔。這些污垢的發展到一定程度會造成管道的堵塞，使得循環系統的運行效率下降，對于換熱設備的正常工作也造成一定影響。這樣的結果不僅僅是對循環冷卻水系統的運行造成阻礙，更會導致整個工業生產過程效率低下，影響其他生產程序的正常運行，更是對工業生產過程的循環發展產生消極影響，削弱了循環系統原本的生產能量。

1.2冷卻水系統的腐蝕問題

循環冷卻水系統的管道設施、換熱設備等相關建設都需要采用以碳鋼、銅合金等為主的材質，這些金屬材質設備在運行過程中和冷卻水的接觸會產生一定的電化學反應，其原因在于冷卻水中大量的陰陽離子具有導電功能，金屬材質又可以很好的作為傳遞電子的介質，加上冷卻水和金屬設備相互作用產生的陰陽電極，就導致了陰陽電極的氧化反應和還原反應產生，并且通過更一層的化學反應產生了氧化鐵對金屬管道造成腐蝕，其中對碳鋼材質的腐蝕最為嚴重。除此之外，腐蝕問題中更加棘手的是局部腐蝕的問題，局部腐蝕會造成設備的部分區域的損害，像換熱設備的穿孔、龜裂問題，循環管道的泄露問題，局部腐蝕不僅僅會造成以上的嚴重問題，更帶來了維修成本的增加。而與局部腐蝕相比較，整體腐蝕也叫均勻腐蝕的危害相對較小。如果腐蝕物質能夠在管道和相關設備的表面均勻產生，那么就會在金屬材質表面形成一層“保護膜”，阻止了冷卻水和金屬材質的繼續反應，對于設備的使用壽命來說有一定的積極影響。所以為了保證循環系統的長久運行，可以在設備表面留出一定的腐蝕裕度來控制整體腐蝕的發展。

二、循環冷卻水系統水質防腐的控制策略

2.1物理除垢法

⑴利用超聲波。對于冷卻水循環系統的結垢問題國內外不少專家學者都對此進行了專門研究，并且通過現實經驗發現利用超聲波設備可以將循環設備中產生的水垢進行有效去除。超聲波的高頻率作用帶來強大壓力能夠將污垢切碎、打散，并通過冷卻水的流動將其帶走達到去垢的效果。

⑵利用高壓靜電。在上文中有所論述，由于冷卻水中含有大量的陰陽離子，所以會和金屬設備產生陰陽電極，而利用高壓靜電進行除垢就是通過高壓靜電場促使水的電極發生變化，在阻止污垢形成的同時促使水垢溶解和脫落，不僅去除了水垢并且在很大程度上阻止了水垢的再次生成。這樣的除垢方式在國內學者的研究實驗中均取得了良好的實際效果，目前也在部分工業系統中得到有效應用。

⑶人工除垢。除了上述物理除垢方法外，還可以進行人工除垢方式。主要是利用一些機械工具來鏟除和清理設備污垢，這種方式一般來說雖然操作簡單，只需要單一的機械工作，但人工成本較高，并且在清理時需要暫時停止設備的使用，保證清理工作的順利開展。除此之外，人工除垢還會造成循環系統損壞的風險增加，以及不當方式過程中造成對設備的損害。所以雖然在必要時候可以采用此種除垢方式但并不倡導。

2.2化學除垢

⑴石灰除垢法。除了物理除垢的方式還可以利用一些物質的化學反應來達到除垢的目的。一般來說成本較低且易于操作的化學方法就是利用石灰乳進行除垢。在冷卻水中加入一定量的石灰乳就會導致水中鈣鎂離子的濃度下降，從而軟化水垢。但這種方式會增加冷卻水中的雜質，需要進行特殊處理，并且要注意石灰帶來的粉塵傷害。

⑵使用阻垢劑。為了解決冷卻水循環系統的結垢問題，人們通過不斷研究發明出了多種類型的阻垢劑，一般來說阻垢劑的使用在去除水垢的同時還能在一定時間內防止水垢的產生。但不同的阻垢劑具有不同的優勢劣勢，現今更多倡導的是使用綠色、無磷的阻垢劑，像聚環氧琥珀酸阻垢劑和聚天冬氨酸阻垢劑都是當前工業生產中利用率較高的化學阻垢劑。

2.3防腐控制

⑴電化學保護法。在防腐問題的控制研究中我們可以利用金屬材質和冷卻水的特性，促使其發生電化學反應，在反應過程中改變金屬設備的表面條件，讓其充當陰極的作用，防止被腐蝕。但此方法更適用于規模較小的換熱設備上，并沒有得到廣泛的利用。

⑵防腐涂料保護法。要想防止金屬設備被腐蝕，那么就要減少冷卻水和換熱器等金屬材質設備之間的直接接觸，涂抹防腐材料就能很好的在管道、設備表面形成一層防腐覆蓋膜發揮保護金屬材料的作用。在實際應用中以環氧樹脂防腐涂料的使用為代表，但近年來，專家學者還在進行不斷研究，追求更加綠色、無污染和性價比更高的防腐涂料。

⑶緩蝕劑保護法。和上述阻垢劑的產生原理相同，為了保護設備不受腐蝕，人們研究出了專門的化學用劑，但緩蝕劑使用的主要目的不在于消除腐蝕，而是將設備的被腐蝕情況控制在穩定的范圍之內，減少設備穿孔、龜裂的情況出現。市面上的緩蝕劑可以分為有機和無機兩種類型，像硅酸鹽緩蝕劑、鉻酸鹽緩蝕劑等都屬于無機緩蝕劑，而有機酸緩蝕劑、有機胺緩蝕劑等都屬于有機緩蝕劑。無機類緩蝕劑的作用原理通常是促使發揮陽極作用的金屬材質鈍化，從而防止腐蝕。但不同的緩蝕劑需要對使用劑量進行深入研究，以實踐事實為依據采用靈活的防腐手段。

【結語】針對循環冷卻水系統中的水質問題本文進行了詳細的深入研究，結垢和腐蝕問題是影響循環系統使用壽命的主要問題，針對以上問題筆者認為可以采用多種方式方法進行有效解決，既有物理手段，也有化學途徑，并且對每種手段可能帶來的負面影響本文中也有所涉及，希望能為相關研究人員帶來有效啟發。

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