[化学]工业水处理技术_第4章循环冷却水系统中的沉积物及其控制.ppt

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1、化学工业水处理技术_第4章循环冷却水系统中的沉积物及其控制 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂第四章循环冷却水系统中的沉积第四章循环冷却水系统中的沉积物及其控制物及其控制一、沉积物的分类一、沉积物的分类第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物水垢水垢水垢水垢淤泥淤泥淤

2、泥淤泥腐蚀产物腐蚀产物腐蚀产物腐蚀产物生物沉积物生物沉积物生物沉积物生物沉积物循环冷却水系统在运行过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面循环冷却水系统在运行过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面污垢污垢污垢污垢（一）水垢（一）水垢（一）水垢（一）水垢第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物天然水中溶解有各种盐类，天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等如果使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，如果使用含重碳酸盐较多的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，当它通过换热器传热表面时，会会受热分解受热分解（一）水垢

3、（一）水垢（一）水垢（一）水垢第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物在在0oC时，重碳酸钙的溶解度时，重碳酸钙的溶解度2630mg/L碳酸钙碳酸钙碳酸钙碳酸钙的溶解度只有的溶解度只有20mg/L磷酸钙磷酸钙磷酸钙磷酸钙的溶解度只是的溶解度只是0.1mg/L溶解度随着温度的升高而降低溶解度随着温度的升高而降低当水流速度较小或传热面较粗糙时，这当水流速度较小或传热面较粗糙时，这些结晶沉积物就容易沉积在传热表面上些结晶沉积物就容易沉积在传热表面上硫酸钙的溶解度是硫酸钙的溶解度是1800mg/L这类沉积物通常称为水垢。因为这些水垢都是由无机盐组成，这类沉积物通常称为水垢。因为这些

4、水垢都是由无机盐组成，故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又故又称为无机垢；由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢称为硬垢（二）污垢（二）污垢（二）污垢（二）污垢第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物等组成其黏性分泌物等组成由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢软垢软

5、垢软垢。它们是。它们是引起垢下腐蚀的主要原因，也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的引起垢下腐蚀的主要原因，也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。温床。污垢和水垢一样，也会影响换热器的传热效率污垢和水垢一样，也会影响换热器的传热效率二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数饱和指数（L.S.I.L.S.I.）碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时，存在着下列动平衡关系碳酸盐溶解在水中达到饱和状态时，存在着下列动平衡关系饱和pH饱和指数1936年朗格

6、利尔(langelier)提出pHspH-pHsL.S.I.L.S.I.L.S.I.0L.S.I.0碳酸钙垢会析出，这种水属碳酸钙垢会析出，这种水属结垢型水结垢型水结垢型水结垢型水L.S.I.0L.S.I.0使碳钢表面裸露在水中而受到腐蚀，使碳钢表面裸露在水中而受到腐蚀，这种水称作这种水称作腐蚀型水腐蚀型水腐蚀型水腐蚀型水碳酸钙既不析出，原有碳酸钙垢层也不会被溶解掉，这种水属碳酸钙既不析出，原有碳酸钙垢层也不会被溶解掉，这种水属于于稳定型水稳定型水稳定型水稳定型水L.S.I.=0L.S.I.=0二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一

7、）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数饱和指数（L.S.I.L.S.I.）(1)计算计算饱和饱和pHs的公式的公式根据电中性原则和质量作用定律二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数饱和指数（L.S.I.L.S.I.）(2)计算计算饱和饱和pHs的简化方法的简化方法二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳

8、酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数饱和指数（L.S.I.L.S.I.）(2)计算计算饱和饱和pHs的简化方法的简化方法例题已知某水的水质分析值如下：例题已知某水的水质分析值如下：试计算该水质的试计算该水质的pHs值值第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物例题已知某水的水质分析值如下：例题已知某水的水质分析值如下：试计算该水质的试计算该水质的pHs值值二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析

9、出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断1.饱和指数饱和指数（L.S.IL.S.I.）(3)饱和指数的饱和指数的应用应用通常设计部门对水质处理进行设计和确定药剂配方通常设计部门对水质处理进行设计和确定药剂配方时，往往根据水质资料首先计算一下饱和指数，以时，往往根据水质资料首先计算一下饱和指数，以判断水质是属于什么类型的，然后再考虑处理方案判断水质是属于什么类型的，然后再考虑处理方案根据该水质条件并考虑浓缩倍数为3的运转条件，计算了该水质的饱和指数二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢

10、析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断2.稳定指数稳定指数（R.S.I.R.S.I.）饱和指数在预测水质性能时经常出现错误的判断饱和指数在预测水质性能时经常出现错误的判断提出以下两种假设的水 从饱和指数看，两种水都是结垢型的，但实际上(a)种水是结垢型的，而(b)种水则是强腐蚀型的稳定指数稳定指数稳定指数稳定指数二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断2.稳定指数稳定指数（R.S.I.R.S.I.）碳酸钙垢析出的判断依据碳酸钙垢析出的判断依据(a)

11、种水是结垢型的(b)种水是强腐蚀型的二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断3.结垢指数（结垢指数（P.S.I.P.S.I.）水的总碱度总碱度比水的实际测定pH能更正确地反映冷却水的腐蚀与结垢倾向并提出结垢指数（P.S.I.P.S.I.）为表4-3 由总碱度查平衡pH值二、水垢析出的判断二、水垢析出的判断第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸钙垢析出的判断（一）碳酸

12、钙垢析出的判断4.4.临界结垢指数临界结垢指数临界结垢指数临界结垢指数晶体生长理论认为，对微溶性盐如碳酸钙，必须要出现一定的过饱和度始能析出沉淀。与过饱和度相应的pH值称为临界临界临界临界pHpH值值值值pHcpHc临界pH结垢指数完全是用实验测定值代替热力学平衡推导式来预测水中的碳酸钙是否会沉淀出来，其实用意义均比 为好三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）管壁两侧为流体的传热（一）管壁两侧为流体的传热（一）管壁两侧为流体的传热（一）管壁两侧为流体的传热基本方程基本方程基本方程基本方程炼油厂炼油厂炼油厂炼油厂用各种类型的换热器换热器将冷却水

13、和热流体隔开，并通过管壁将热流体的热量传给冷却水三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（一）管壁两侧为流体的传热（一）管壁两侧为流体的传热（一）管壁两侧为流体的传热（一）管壁两侧为流体的传热基本方程基本方程基本方程基本方程一般化工、炼油、发电等生产厂多为稳定的一般化工、炼油、发电等生产厂多为稳定的连续操作，因此换热器中各点的温度不随时连续操作，因此换热器中各点的温度不随时间而变间而变由于温度差沿传热面不断变动，在换热器两端（冷却水的出口端和进口端）热流体与冷却水之间的温度差分别为热热热热流体流体冷冷冷冷却水却水冷却水和热流体温度差的平均值管壁两侧为

14、流体的传热基本方程传热基本方程三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（二）管壁两侧为流体的传热（二）管壁两侧为流体的传热（二）管壁两侧为流体的传热（二）管壁两侧为流体的传热原理原理原理原理单位时间内由热流体传递给冷却水的热量Q 可使冷却水温度升高：三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算包括三个过程：三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（三）总传热系统的计算（三）总传热系

15、统的计算（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算（三）总传热系统的计算又因恒温稳定传热，故有三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（四）污垢热阻的测定和计算（四）污垢热阻的测定和计算（四）污垢热阻的测定和计算（四）污垢热阻的测定和计算由沉积物引起的热阻通常称为污垢热阻污垢热阻如果在传热实验中，欲测定冷却水侧的污垢热阻，则可设法控制热流体侧不生如果在传热实验中，欲测定冷却水侧的污垢热阻，则可设法控制

16、热流体侧不生成污垢成污垢三、污垢热阻三、污垢热阻第一节循环冷却水系统中的沉积物第一节循环冷却水系统中的沉积物（四）污垢热阻的测定和计算（四）污垢热阻的测定和计算（四）污垢热阻的测定和计算（四）污垢热阻的测定和计算一、水垢的控制一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制1.1.离子交换树脂法离子交换树脂法离子交换树脂法离子交换树脂法用离子交换法软化补充水，成本较高。因此只有补充水量小的循环冷却水系统间或采用之一、水垢的控制一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制2.2.石灰软化法石灰软化法石灰软化法石灰软化法在预处

17、理时就投加适当的石灰，让水中的碳酸氢钙与石灰在澄清池中预先反应，生成碳酸钙沉淀析出，从而除去水中的Ca2+投加石灰所耗的成本低投加石灰所耗的成本低投加石灰时，灰尘较大，劳动条件差投加石灰时，灰尘较大，劳动条件差尤其对暂时硬度大的结垢型原水更适用尤其对暂时硬度大的结垢型原水更适用一、水垢的控制一、水垢的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制1.1.加酸加酸加酸加酸通常是加硫酸硫酸硫酸硫酸加酸加酸加酸加酸如果采用加酸法，最好配有自动加酸、调节如果采用加酸法，最好配有自动加酸、调节如果采用加酸法，最好配有自动加酸、调节如果采用加酸法，最好配有自动加酸、调节pHpH值

18、的设备和仪表值的设备和仪表值的设备和仪表值的设备和仪表为什么不加为什么不加为什么不加为什么不加盐酸盐酸盐酸盐酸或或或或硝酸硝酸硝酸硝酸一、一、水垢水垢的控制的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制2.2.通通通通COCO2 2气气气气通通通通COCO2 2气气气气气易从水中逸出，因而在冷却塔中析出碳酸钙，堵塞冷却塔中填料之间的孔气易从水中逸出，因而在冷却塔中析出碳酸钙，堵塞冷却塔中填料之间的孔隙。这种现象称隙。这种现象称钙垢转移钙垢转移有些化肥厂或化工厂生产过程中有大量有些化肥厂或化工厂生产过程中有大量COCO2 2气气气气产生产生注意凉水塔中适当补充一些注意

19、凉水塔中适当补充一些COCO2 2气气气气一、一、水垢水垢的控制的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制结晶动力学观点结晶动力学观点结晶动力学观点结晶动力学观点从从 的的CaCO3结晶过程看，如能投加某些药剂，破结晶过程看，如能投加某些药剂，破坏其结晶增长，就可达到控制水垢形成的目的坏其结晶增长，就可达到控制水垢形成的目的聚磷酸盐聚磷酸盐有机多元膦酸有机多元膦酸有机磷酸酯有机磷酸酯聚丙烯酸盐聚丙烯酸盐目前使用的各种阻垢剂目前使用的各种阻垢剂:结晶的过程首先是生成晶核，形成少量的微晶粒二、二、污垢污垢的控制的控制第二节循环冷却水系统中沉积物的控制第二节循环冷却水

20、系统中沉积物的控制循环冷却水中悬浮物浓度不宜大于循环冷却水中悬浮物浓度不宜大于20mg/L分散剂能将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒使之悬浮于水中，随着水流流动而不沉积在传热表面上，从而减少污垢对传热的影响，同时部分悬浮物还可随排污水排出循环水系统。循环冷却水系统在稳定操作情况下浊度会升高的原因是由于冷却水经过冷却塔与空气接触时，空气中的灰尘会被洗入水中，特别是工厂所在地理环境干燥、灰尘飞扬时更是明显。如果在系统中增设旁滤设备，只要控制旁流量和进、出旁流设备的浊度，就可保证系统在长时间运行下浊度也不会增加，维持在控制的指标内，从而减少污垢的生成。一、聚磷酸盐一、聚磷酸盐第三节阻垢剂及分散剂第三

21、节阻垢剂及分散剂长链状阴离子的长链状阴离子的三聚磷酸钠三聚磷酸钠三聚磷酸钠三聚磷酸钠和和六偏磷酸钠六偏磷酸钠六偏磷酸钠六偏磷酸钠结构式结构式20-10020-100六偏磷酸钠没有固定的熔点，在水中溶解度很大，但不恒定其水溶液有很大的粘度其水溶液有很大的粘度一、聚磷酸盐一、聚磷酸盐第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂六偏磷酸钠六偏磷酸钠六偏磷酸钠六偏磷酸钠2 mg/L2 mg/L时效果较好从实验可知，几从实验可知，几mg/L的聚磷酸盐就能的聚磷酸盐就能防止几百防止几百mg/L的碳酸钙沉淀析出的碳酸钙沉淀析出一、聚磷酸盐一、聚磷酸盐第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂几几mg/L的聚磷酸盐

22、就能防止几百的聚磷酸盐就能防止几百mg/L的碳酸钙沉淀析出的碳酸钙沉淀析出作用机理作用机理作用机理作用机理聚磷酸盐在水中生成的长链的阴离子容易吸附在微小的碳酸钙晶粒上，同时这种阴离子易于和CO32-的离子置换，这种置换发生在分散于水中的全部钙离子层上，从而防止了碳酸钙的析出聚磷酸盐除用作防止水垢外，也可作缓蚀剂用聚磷酸盐除用作防止水垢外，也可作缓蚀剂用聚磷酸盐在水中会发生水解，生成正磷酸盐。正磷酸盐又是菌藻的营养物聚磷酸盐在水中会发生水解，生成正磷酸盐。正磷酸盐又是菌藻的营养物单纯用聚磷酸盐作阻垢剂已逐渐被淘汰，单纯用聚磷酸盐作阻垢剂已逐渐被淘汰，代之而起的是代之而起的是复合磷酸盐配方复合磷酸

23、盐配方复合磷酸盐配方复合磷酸盐配方二、有机膦酸二、有机膦酸第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂1.1.ATMPATMP化学名称为化学名称为氨基三亚甲基膦酸氨基三亚甲基膦酸2.2.EDTMPEDTMP化学名称为化学名称为乙二胺四亚甲基膦酸乙二胺四亚甲基膦酸3.3.HEDPHEDP化学名称为化学名称为羟基亚乙基二膦酸羟基亚乙基二膦酸4.4.DTPMPDTPMP化学名称为化学名称为二亚乙基三胺五亚甲基膦酸二亚乙基三胺五亚甲基膦酸三、膦羧酸三、膦羧酸第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂化学名称为化学名称为2-膦酸基丁烷膦酸基丁烷-1,2,4-三羧酸三羧酸四、有机磷酸酯四、有机磷酸酯第三节阻垢剂

24、及分散剂第三节阻垢剂及分散剂有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差有机膦酸酯抑制硫酸钙垢的效果较好，但抑制碳酸钙垢的效果较差有机磷酸酯一般与其他药剂如聚磷酸盐、锌盐、木质素和苯并三氮唑等有机磷酸酯一般与其他药剂如聚磷酸盐、锌盐、木质素和苯并三氮唑等复合作用复合作用五、聚羧酸五、聚羧酸第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂1.1.聚丙烯酸聚丙烯酸聚丙烯酸聚丙烯酸2.2.聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸聚甲基丙烯酸3.3.丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物丙烯酸与丙烯酸羟丙酯共聚物4.4.丙烯酸与丙烯酸酯共聚物丙烯酸与丙烯酸酯共

25、聚物丙烯酸与丙烯酸酯共聚物丙烯酸与丙烯酸酯共聚物5.5.水解聚马来酸酐水解聚马来酸酐水解聚马来酸酐水解聚马来酸酐五、聚羧酸五、聚羧酸第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂6.6.马来酸酐马来酸酐马来酸酐马来酸酐-丙烯酸共聚物丙烯酸共聚物丙烯酸共聚物丙烯酸共聚物7.7.苯乙烯磺酸苯乙烯磺酸苯乙烯磺酸苯乙烯磺酸-马来酸（酐）共聚物马来酸（酐）共聚物马来酸（酐）共聚物马来酸（酐）共聚物8.8.丙烯酸丙烯酸丙烯酸丙烯酸-2-2-甲基甲基甲基甲基-2-2-丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物丙烯酰胺基丙基磺酸类共聚物9.9.聚天冬氨酸聚天冬氨酸聚天冬氨酸聚天冬

26、氨酸六、天然分散剂六、天然分散剂第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂木质素磺酸是由磺化后的结构单元组成的，磺化结构单元大致是这样的：木质素磺酸是由磺化后的结构单元组成的，磺化结构单元大致是这样的：是一种分散剂和螯合剂，同时也是一种缓蚀剂是一种分散剂和螯合剂，同时也是一种缓蚀剂六、天然分散剂六、天然分散剂第三节阻垢剂及分散剂第三节阻垢剂及分散剂一般均指天然丹宁一般均指天然丹宁,大部分水解类丹宁都含有没食子酸这种结构单元，各单大部分水解类丹宁都含有没食子酸这种结构单元，各单元间是以酯或甙的键来联系的，即通过氧原子来联系的元间是以酯或甙的键来联系的，即通过氧原子来联系的丹宁既是分散剂、螯合剂，也是一种缓蚀剂丹宁既是分散剂、螯合剂，也是一种缓蚀剂Thanks!