冷却水系统水处理基础知识.docx

1、 前言
冷却水系统在任何制造或生产型工厂中，就犹如血液在人体中占着非常重要的地位。当冷却水系统发生沉积、结垢等问题时，就像血管受到硬化或结块堵住，无法畅通；若冷水系统发生腐蚀的问题，就像血管受到溃疡，轻易破裂。这些障碍都足以令以个工厂的生产完全停顿，甚至遭至严重的损失。因此，一个完善的冷却水系统处理方案，非但可以节省能源的耗费，并且可以提高产能及产品质量，实在非常重要。
完善的冷却水系统处理方案，除了要有强而有效的药品之外，还需配合不断的研发、监控及有经验的技术服务工程师，如此才算完整。

2、 冷却水面临的一般问题
2.1、结垢及沉淀
由于在水中之Ca2+ CO3－、O42－2＋、iO32－、等离子及悬浮物、有机物、油脂等质，其溶解度受到温度、流速、及PH值等因素作用，在高温和低流速地方沉积，造成下列不良后果：
☆ 降低热传效率或传热不均。
☆ 工厂非计划性停止运转。
☆ 设备腐蚀（垢下腐蚀）。
☆ 增加管线输送压力落差及电力消耗。
☆ 减低腐蚀抑制剂效果。

阻垢机理主要是在碳酸钙晶体的成长过程中，使碳酸钙晶格发生畸变。碳酸钙小晶体成长过程中，若晶体吸附有阻垢剂并掺杂在晶格点阵中，或者吸附在晶体表面，就会使晶体不能严格按照晶格正常生长，因而发生畸变。而那些即使长大了的晶体，由于内部应力的增大，也非常容易破裂变成微小晶体或软垢，从而防止了碳酸钙沉积成硬垢。
在实际的冷却水系统中，碳酸钙垢的形成可分为三个阶段:
1.过饱和溶液的生成。
2.晶核的生成。
3.晶核成长为晶体。
阻垢剂的加入，只要能有效地破坏其中任何一环，则碳酸钙垢的形成就会受到抑制。
据此我们对加入复配药剂前后碳酸钙晶体的形态进行扫描电镜观察，图片如下:

加入药剂后碳酸钙晶体放大11000倍照片 未加药剂碳酸钙晶体放大2000倍照片
电镜扫描结果：加入药剂后碳酸钙的晶格明显变小，说明药剂的作用。

2.2、 腐蚀
由于冷却水中含有溶解氧以及各种电解质，它会由于电位差而产生电化学反应，从而产生金属腐蚀。其反应机理如下：
碳钢腐蚀的过程如下：
阳极反应：
4Fe → 4Fe² + ﹢ 8e
8H2O → 8H+ ﹢ 8OH-
阴极反应：
8H+ ﹢8e →8H ( 析出的氢原子吸附在碳钢表面上 )
细菌的阴极去极化作用：
SO4²- ﹢8H 细菌 S²- ﹢4H2O
腐蚀产物的生成：
Fe² + ﹢ S²- → FeS
3Fe² + ﹢ 6OH- →3Fe(OH) 2
腐蚀总反应：
4Fe ﹢ SO4²- ﹢ 4H2O 细菌 FeS ﹢ 3Fe(OH) 2 ﹢2OH-

从上式看钢的腐蚀是一个电化学过程的自发过程，所以腐蚀是绝对进行的化学反应，但使用好的缓蚀剂可以使它的反应动力学降低，以延缓反应的速度。
根据《中华人民共和国国家标准 工业循环冷却水处理设计规范》GB50050－95 的对循环冷却水系统中腐蚀控制指标的规定：碳钢腐蚀速率小于0.125/a(5mPy)
铜及铜合金、不锈钢腐蚀速率小于0.005/a(0.2mPy)
在淡水中，由于有溶解氧的存在，碳钢和铸铁是不耐腐蚀的。当氧的浓度达到某一临界值时，钢铁发生钝化，腐蚀速度发生明显下降当溶解氧消耗完后，如果水中不存在别的氧化剂时，水就不再腐蚀钢铁了。但水中如果有足够量的溶解氧。又有少量活性离子〔例如C1-).就会造成钢铁的局部腐蚀，有的会快速穿孔。

使用药剂后的 钢、铜腐蚀率现场监测数据汇总

日期
钢腐蚀率/（mm．a-1）
铜腐蚀率/（mm．a-1）
2003—11
0.1116
0.0073
2003—12
0.1004
0.0053
2004—01
0.0638
0.0060
2004—02
0.0907
0.0041
2004—03
0.1090
0.0040
2004—04
0.1120
0.0054
2004—05
0.0860
0.0048
2004—06
0.0920
0.0035

上图：冬季和夏季配方的缓蚀效果曲线
A B

C D
上图：为腐蚀表面能谱 A 、C是紫铜 B、D为碳钢
A、B为没有添加缓蚀剂，C、D添加0.2％的缓蚀剂
A B
上图：为紫铜的扫描电镜图， A未加缓蚀剂，B为加入缓蚀剂
C D

上图：为碳钢的扫描电镜图， A未加缓蚀剂，B为加入缓蚀剂

以上资料证明我们的阻垢缓蚀剂的腐蚀率完全达标。水处理方案实施两个月后，钢腐蚀率、铜腐蚀率基本控制在钢腐蚀率 ＜ ０．１２５ ｍｍ／ａ，铜腐蚀铜腐蚀率监测：每月一次测试系统钢、铜率 ＜ ０．００５ ｍｍ／ａ，达到国标 ＧＢ５００５０—１９９５ 对钢、铜腐蚀率的要求。说明阻垢缓蚀剂 LM－ ９２７ 及铜缓蚀剂 LM－ ９１０１ 同时使用，可以有效减缓系统碳钢及铜材设备的腐蚀。

2.3、 微生物
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