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冷却水的腐蚀、结垢及危害

发表时间:2019-12-02

冷却水问题探讨

一般冷却水常引起的障碍有三种,即腐蚀、结垢及沉积与微生物,其发生原因简述如下:

 

腐蚀

铁材质与水中氧气作用而腐蚀;

当微生物繁殖时,其微生物体的分泌物与冷却水中有机物,无机物聚积而形成的粘泥,沉积在系统中时,将造成沉积下金属腐蚀;

两种不同金属互相接触时,因金属间电位差而造成电池腐蚀,例如热交换器之铜管与碳钢端板,其接触部分的钢铁材质会因此加速腐蚀;

其它影响腐蚀的因素尚有:PH、溶解固体、温度、流速等。

 

       冷却水中金属腐蚀的机理:金属腐蚀是经由化学或电化学反应而导致金属毁坏的现象。最主要的腐蚀问题是由氧气所引起的,冷却水于冷却水塔中与空气密切接触,水中溶氧高达 8~10 mg/L,极易促成腐蚀。金属的腐蚀是一个电化学过程。由于种种原因,碳钢的金属表面并不是均匀的。当它与冷却水接触时,会形成许多微小的腐蚀电池(微电池)。其中活泼的部位成为阳极,腐蚀学上把它称为阳极区;而不活泼的部位则成为阴极,腐蚀学上把它称为阴极区。

 

 阳极反应:Fe     Fe2+ + 2e

 阴极反应:1/2O2 + H2O + 2e      2OH-

 沉淀反应:Fe2+ + 2OH-     Fe(OH)2

 总反应  :Fe + 1/2O2 + H2O     Fe(OH)2

 

结垢及沉积

沉积物的分类:

水垢:为硬质结晶形,如  CaCO3 、CaSO4或MgSiO3 等。结晶形水垢源自于在水中的 Ca2+﹑HCO3-、SO42-、Mg2+、SiO32-等离子经浓缩超过饱和溶解度而结晶沉淀。上述离子的浓度、pH和温度愈高则愈容易形成水垢。

污垢:为软质不定形杂物,如淤泥、腐蚀产物、制程泄漏物、微生物繁衍产生的黏泥沉积物等是引起垢下腐蚀的主要原因。软质沉积物的产生则源自水中悬浮固体、有机物、油脂等物质(即不溶解固体)沉淀,一般容易发生于水流速较慢(流速低于1 m/s)的地方,如管壳式热交换器的壳侧,热交换器出口的管端及管板上。

沉积物的危害:

       沉积物发生的害处除了阻塞管路,影响热交换,降低设备产能外更可能因无预警停机造成损失(物料、设备更换、清洗费用),此外,沉积物下方会因为氧气浓度与沉积物外界不同而产生氧浓淡电池,造成沉积下的金属腐蚀。

这些沉积物质将会造成下列不良后果:

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

增加管线输送压力落差及电力消耗

减低腐蚀抑制剂效果

产量减少

微生物

含有微生物的补充水不断进入冷却水系统,与此同时,冷却塔中从上面喷淋下来的冷却水又从逆流相遇的空气中捕集了大量的微生物进入冷却水系统。

冷却水系统是微生物的巨大捕捉器和培养器,系统中充沛的水量为这些进入的微生物的生长提供了可靠的保障。冷却水的水温通常被设计在32-42 ℃之间,这一温度范围又特别有利于某些微生物的生长。冷却水在冷却塔内的喷淋曝气过程中溶入了大量的氧气,再加上冷却水为其中的微生物提供了营养源,为好氧性微生物生长提供了必要条件。冷却水中悬浮物形成的淤泥又为厌氧性微生物提供了庇护所,冷却水中的硫酸盐则成为厌氧性微生物硫酸盐还原菌所需能量的来源。

若未对微生物加以控制,其不断繁殖,产生黏泥将堵塞热交换器,给系统带来很大的危害。

微生物粘泥引起的故障如下:

u降低热交换效率

u堵塞热交换器,泵压上升,流量减少

u加速腐蚀

u降低冷却塔的效率,填料变形、脱落

u处理药剂的吸附、浪费

u外观污染(环境公害)

u作业人员健康和安全


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