低硬度低碱度水质循环冷却水处理技术应用研究Word下载.docx

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alkalinity；

circulatingcoolingwater;

Corrosioninhibition.

长江以南的水源大部分属于低硬度低碱度水质，在用作工业循环冷却水补充水时，具有较强的腐蚀性。

针对这种强腐蚀性的低硬度、低碱度水质，常用加碱、补钙的方式来控制系统存在的腐蚀问题，但在某些生产装置中，由于工艺方面的要求，不允许进行这样的操作。

因此，选择使用缓蚀阻垢性能优异、适应较宽边界条件的复合缓蚀阻垢剂，并且根据现

场情况对循环水系统做出优化和改造，提出了适宜的水处理技术方案，是有效解决低硬度、低碱度水质软化水质循环水系统的腐蚀结垢问题。

1水质分析及水型判断

本文以广东某地地下水为例判断其水质腐蚀倾向，水质数据如表1所示。

*国家高技术研究发展计划（863计划），课题名称：

工业冷却水系统高浓缩倍率（5倍）工程化技术开发，课题编号：

2009AA032801

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257·

可以利用稳定指数（Ryznar指数）（表1）判断该类型水质的倾向。

表2中公式是从热力学平衡角度出发，在工程应用中总结出的经验式，可作为水质腐蚀结垢倾向的定性判断指标。

其中pHs为饱和pH值，即由计算得出的水溶液为盐类饱和时的

pH值。

计算可知，当地地下水稳定指数为11.005，可以判断为严重腐蚀型水质。

表1华南某地地下水水质表

项目

pH

电导率/（μs/cm）

钙离子/（mmol/L）

氯离子/（mmol/L）

总碱度/（mmol/L）

浊度/FNU

数值

6.74

72.7

0.65

0.14

0.60

1.20

表2稳定指数R.S.I表

R.S.I=2pHs—pH

水质情况

R.S.I<

3.7

严重结垢

3.7<

R.S.I<

6.0

结垢

R.S.I≈6.0

稳定

6.0<

7.5

腐蚀

R.S.I>

严重腐蚀

2水处理方案的确定

低硬度低碱度水质敞开式循环冷却水系统主要是解决系统的腐蚀问题，而随着浓缩倍数的增加，以及热负荷的提高，还会带来结垢问题。

因此，在循环水处理技术方案选择时，需在重点考虑解决系统腐蚀问题的基础上，同时兼顾系统结垢和微生物的繁殖带来的危害。

2.1缓蚀阻垢剂的使用

TS-2362中复配有由四元共聚物类高效分散剂，通过晶格畸变作用使成垢离子无法形成规则的硬垢，使得悬浮物和沉积物均匀分散在水中。

该药剂对铁盐垢等有较强的分散作用，且对碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等常见垢均具有良好的抑制作用。

高效分散剂的使用是软化水质循环水系统硬度调节宽范围操作的保证。

现场硬度调节可以使钙硬度控制在较大范围内，提高了安全性，避免了因药剂投加不当引起的结垢问题。

2.2缓蚀剂的使用

针对该系统低硬度低碱度水质特点，向系统中投加两种缓蚀阻垢剂，其中之一兼具缓蚀、硬度调节功能，二者配合使用。

缓蚀阻垢剂TS-2361由有机膦羧酸、锌盐以及硬度调节剂等复配而成，专门针对低硬度、低碱度水质特点的系统开发。

该缓蚀阻垢剂可以有效地防止碳钢的腐蚀，同时兼具硬度调节功能，可以起到提高系统的硬度以缓解系统腐蚀倾向的作用。

缓蚀阻垢剂TS-2362由膦羧酸及高效阻垢分散剂复合而成，主要应用于敞开式循环冷却水系统，可以对碳钢、铜及不锈钢起到良好的缓蚀作用。

本方案所选用的缓蚀阻垢剂不含无机磷酸盐，磷含量低，利于防止磷酸钙垢沉淀，减少

水体富营养污染；

不含有毒化合物如铬酸盐，有利于环境保护。

2.3杀菌剂的使用

在敞开式循环冷却水系统中，冷却水的水温通常被设计在有利于某些微生物的生长范围内。

冷却水在冷却塔内的喷淋曝气过程融入大量氧气，为好氧性微生物生长提供必要条件。

冷却塔则暴露在阳光下，提供藻类进行光合作用的阳光，因此藻类会大量繁殖。

而南方地区日常温度比较高，要更加注意防止细菌藻类的滋生。

杀菌剂TS-8806通过断开细菌和藻类蛋白质的化学键而起到杀菌作用，与微生物接触后即能迅速抑制其生长，具有高效、低毒、广谱、快速的特点。

2.4循环水系统优化改造

低硬度低碱度水质的循环水在高浓缩倍数下运行，不仅可以达到节水的目的，还能降低水质腐蚀倾向，有效地解决水系统的腐蚀问题。

但是，随着浓缩倍数的提高，循环水的浊度、悬浮物等会明显增加，需要根据现场情况对循环水系统的管道、设备等进行优化和改造。

广东地区某石化厂的一套敞开式循环冷却水系统，循环水量为3500m3/h，通过调研分析，将处理水量低效果差的石英砂机械过滤器改造具有过滤效率高截污容量大等特点的高效纤维过滤器。

类似的改造可以为系统浓缩倍数的提高创造条件。

3实验室研究

3.1静态阻碳酸钙垢实验

实验用水水质见表2，配水至浓缩倍数5.0，钙离子浓度为300mg/L（以CaCO3计），总碱度为150mg/L（以CaCO3计），调节pH值等于9.0±

0.2，在（80±

2）℃下恒温10h。

实验结果见表3。

表3静态阻垢实验

药剂

浓度/（mg/L）

浓缩倍数

阻垢率/%

TS-2361

TS-2362

根据硬度目标值投加

50

5.0

97.92

3.2静态腐蚀实验

实验方法参照《水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法》（GB/T18175-2000），实验用水水质见表2，浓缩至4.0倍。

实验条件为：

温度45℃，pH值控制8.0±

0.5，实验时间96h，试片预膜；

实验结果见表4。

表4腐蚀实验结果

材质

腐蚀速率/（mm/a）

TS-2361TS-2362

碳钢铜

不锈钢

0.0135

0.0003

0.0002

3.3动态评价实验

为反映有热传递时药剂的缓蚀阻垢性能，为循环冷却水处理现场运行提供可靠依据，进行动态模拟实验，测定其污垢热阻和腐蚀速率。

实验方法参照化工部HG/T2160-91标准，采用φ10×

1标准试管，流速1.0m/s。

温度35℃，浓缩倍数5.0，pH值自然平衡，实验时间360h，试管试片均不预膜，实验结果见表5。

表5动态实验结果

污垢热阻/（m2K/W）

0.3126*10-4

0.0172

从实验结果看，缓蚀阻垢剂动态实验结果中的污垢热阻、腐蚀速率均符合国家标准要求，说明所选药剂处理方案具有良好的缓蚀和阻垢分散性能。

4应用效果

上文所提及的石化厂循环水系统，通过优化改造设备更换，投加缓蚀阻垢剂TS-2361、TS-2362和杀菌剂TS-8806,能够稳定地高浓缩倍数（5倍以上）运行，系统输水管道和换热设备运行良好。

日常通过腐蚀挂片监测、旁路换热器监测、细菌测定等手段监测水处理效果，停车检修期间均要打开设备。

各种监测均表明水处理效果良好，腐蚀结垢藻类滋生等问题得到了有效地解决。

4.1水质情况

该厂在改造及TS系列化学药剂使用前后水质对比情况见表6。

表6TS系列水处理剂应用前后水质对比表

钙硬度/（mg/L）

总铁/（mg/L）

使用前

7.03

39.24

2.79

37

2.0

使用后

8.15

186.47

0.52

5.7

5.2

注：

钙硬度以碳酸钙计。

通过循环水系统改造和TS系列水处理剂及技术应用前后水质对比可以明显看出，系统

pH和浓缩倍数升高明显，总铁和浊度明显降低。

4.2缓蚀效果

通过停车检修期间，打开换热设备，发现设备表面良好，无明显腐蚀现象；

通过日常腐蚀监测挂片腐蚀速率均远低于《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）中所要求

的腐蚀速率（小于0.075mm/a）。

4.3阻垢效果

现场水质管理中的钙硬度可在宽范围内调节控制，无论是管道内部，还是换热设备表面，均未有硬垢沉积，冷却塔填料无板结现象。

4.4菌藻滋生情况

凉水池壁及管道设备内无明显藻类滋生现象，通过定期测试发现细菌总数均远低于1*105

个/mL。

5结论

（1）提高循环水系统的浓缩倍数，可以降低软化水质循环水的腐蚀性。

低硬度低碱度水质循环水系统浓缩倍数提高，则要依靠水处理设备和水处理药剂的共同作用。

必要时需对过滤器、管道等设备进行改造，为浓缩倍数的提高创造条件。

（2）具有高效分散功能，适用宽边界条件的缓蚀阻垢剂的使用，可以有效地解决低硬度低碱度水质腐蚀问题，同时避免结垢问题的产生。

（3）低磷环境友好型TS系列水处理剂（TS-2361，TS-2362及TS-8806）和技术的使用，使得低硬度低碱度水质循环水系统高浓缩倍数运行，取得了良好的水处理效果。

参考文献

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化学工业出版社，1997.

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[5]金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答及常用数据[M].北京：

化学工业出版社，1998.

[作者简介]高立伟（1982-），男，助理工程师，2007年毕业于河北工业大学应用化学系，一直从事循环水处理技术研究和现场应用工作，电话（022）26689109，xiaocao031@。