循环冷却水排水系数等基础资料全文档格式.docx
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在冷却塔的传热中,辐射散热可以忽略不计。
这三种散热过程在水冷却中所起的作用,随空气的物理性质不同而异。
春、夏、秋三季,室外气温较高,因此以蒸发散热为主,最炎热的夏季的蒸发散热量可达总热量的90%以上。
冬季空气温度较低,接触散热的作用增大,从夏季的10%~20%增加到40%~50%,严寒的天气甚至可增加到70%左右。
冷却塔一般由通风筒、配水系统、淋水装置、通风设备、收水器和集水池组成,其中淋水装置也称填料,是冷却设备中的一个关键部分,其作用是将需要冷却的热水多次溅散成水滴或形成水膜,以增加水和空气的热交换。
冷却塔中水的冷却过程主要是在淋水装置中进行的。
三.循环水处理基本概念
循环水处理是用物理的或化学的方法使循环水即不产生结垢,也不发生腐蚀,同时去除循环水中悬浮杂质,杀灭循环水中微生物的过程。
(1)阻垢处理
针对水垢形成的原因,在循环水处理工艺中,一方面通过排污或补加低硬度水降低成垢离子的浓度,使其保持在允许的浓度围以避免结垢。
另一方面,通过投加阻垢剂,破坏结垢离子的结晶长大而达到阻垢的目的。
(2)缓蚀处理
在循环水系统中,主要是通过加缓蚀剂在金属表面形成一层致密的保护膜以阻止电化学反应发生的方法来控制腐蚀,系统开工初期都要投加高浓度的缓蚀剂进行预膜,正常运行后按要求连续投加进行补膜。
(3)悬浮物、浊度、微生物的控制
循环水中悬浮物、浊度等可通过旁滤处理进行去除,同时利用阻垢剂来提高极限碳酸盐硬度,限制循环水中的CaCO3的析出。
微生物可通过投加杀菌剂来得到控制,一般要氧化性和非氧化性的杀菌剂混合使用。
四.循环冷却水的任务
循环水装置的主要任务是供全厂系统生产冷却用水。
将自来水公司提供的新鲜水补充入循环水池后,用循环水泵加压送合成,尿素等系统做为冷却水,为搞好安全生产,降低系统腐蚀,结垢在最低程度,使用换热器的换热效果达到最佳状态,必须控制循环水质在工艺指标围。
五.冷却水平衡
冷却水在循环过程中水量的损失共有四部分水量损失:
(1)蒸发水量E:
冷却过程中,从冷却水中蒸发逸入大气的水蒸汽量可由下式计算:
E=α(R—B)m3/h
式中α—蒸发损失率,%α=C(T1-T2)%
R——系统中循环水量,m3/hB——排污水量,m3/h
E——蒸发水量,m3/h
T1,T2——为循环水冷却水进、出冷却塔的温度,℃
C——损失系数。
与季节有关:
夏季(25~30℃)为0.15~0.16
冬季(-15~-10℃)为0.06~0.08
春秋季(0~10℃)为0.10~0.12
蒸发水量E在实际应用中的粗略计算是以冷却塔进、出水温差5.5℃,E取总循环水量的1%。
(2)风吹损失水量D
由于空气流,被空气带走部分水滴。
对于强制通风冷却塔,风吹损失D为总循环水量的0.1%。
(3)排污水量B
为了控制冷却水循环过程中因蒸发损失而引起的浓缩过程,必须人为地排掉的水量。
B=E/(N-1)-D
式中B——排污水量,m3/h
D——风吹损失量,m3/h;
N——浓缩倍数。
(4)渗漏损失F
在管道和储水系统中因渗漏而损失的水量。
在敞开式循环冷却水系统,为维持系统的水量平衡,补充水量M应是蒸发水量E、风吹损失水量D、排污水量B和渗漏损失F各项水量损失之和,如下图
3—1所示。
图3—1循环水系统水量平衡示意图
M=E+D+B+F
(5)浓缩倍数的计算
浓缩倍数的含义是以循环水的含盐量与补充含盐量之比,是微量水稳剂配方与生产经济运行的重要指标。
六.冷却水水质处理原理
冷却水在循环使用过程中,水在冷却塔和空气充分接触,使水中的溶解氧得到补充,所以循环水中溶解氧总是饱和的。
水中溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要原因,这是冷却水循环使用后易带来的问题之一。
水在冷却塔中蒸发,使循环水中含盐量逐渐增加,加上水中二氧化碳在塔中解析逸散,使水中碳酸钙在传热面上结垢析出的倾向增加,这是问题之二。
冷却水和空气接触,吸收了空气量的灰尘、泥沙、微生物及其孢子,使系统的污泥增加。
冷却塔的光线、适宜的温度、充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长,从而使系统粘泥增加,在换热器沉积下来,造成了粘泥的危害,这是水循环使用后易带来的问题之三。
循环水及补充水的水质中各种的杂质的最高最低允许含量,下表可提供参考。
杂质名称
最高最低允许含量
过量时的危害
含盐量
(以电导率计)
投加缓蚀阻垢剂时,一般不宜大于3000μS/㎝
腐蚀或结垢
Ca2+
(以CaCO3计)
根据CaCO3饱和指数和磷酸钙饱和指数进行控制:
一般循环水中要求≤500㎎/L,≥75㎎/L;
全有机系统≥150㎎/L
使用多元醇和木质素磺酸盐分散剂时≤1000㎎/L
结垢
Mg2+
Mg2+(㎎/L)×
SiO2(㎎/L)<15000
产生类似蛇纹石组成、粘性很强的污垢
铁和锰
(总铁量)
补充水中(特别在预膜时)≤0.2㎎/L~0.5㎎/L
催化结晶过程,本身可成为粘性很强的污垢,导致局部腐蚀
铜离子
补充水中≤0.1㎎/L(碳刚设备)补充水中≤40μg/L(铝材)
产生点腐蚀,导致局部腐蚀
铝离子
补充水中≤1㎎/L~3㎎/L
起粘结作用,促进污泥沉积
总碱度
根据CaCO3饱和指数进行控制
一般不宜超过500㎎/L,磷系需>50㎎/L,全有机系需>100㎎/L
一般情况下要求CO32-≤5㎎/L、HCO3-≤150~200㎎/L(低PH系统)
HCO3-≤300~500㎎/L(高效分散剂的系统)
CL-
在使用不锈钢较多的系统中要求≤300㎎/L
碳刚设备系统中≤1000㎎/L
强烈促进腐蚀反应,加速局部腐蚀,主要是隙缝腐蚀、点蚀和应力腐蚀开裂
SO42-
SO42-+CL-≤1500㎎/L
Ca2+(㎎/L)×
SO2-4(㎎/L)(都以CaCO3计)≤150000
PO43-
根据磷酸钙饱和指数进行控制
引起磷酸三钙沉淀,在高温下会缓慢转化成羟基磷灰石
浊度
(悬浮物)
一般要求≤20㎎/L,使用板式、翅片式和螺旋式换热器宜≤10㎎/L
污泥沉积
SiO2
(以SiO2计)
≤175㎎/L,Mg2+(㎎/L,以CaCO3计)×
SiO2(㎎/L,以SiO2计)<15000
污泥沉积、硅垢
油
应≤5㎎/L
细菌总数
(异养菌数)
循环水中总菌数<5×
105个m/l
污泥中的总菌数<10×
微生物繁殖
七.腐蚀及影响因素
由于和周围介质相互作用,使材质(通常是金属)遭受破坏或是材料性能恶化的过程称之为腐蚀。
1、水中溶解氧对腐蚀的影响:
在冷却水中有较丰富的溶解氧,在通常情况下,水中含O26~10mL/L。
氧对钢铁的腐蚀有两个相反的作用:
(1)参加阴极反应,加速腐蚀;
(2)在金属表面形成氧化物膜,抑制腐蚀。
一般规律是在氧低浓度时起去极化作用,加速腐蚀,随着氧浓度的增加腐蚀速度也增加。
但达到一定值后,腐蚀速度开始下降,这时的溶解氧浓度称之为临界点值。
腐蚀速度减小的原因是由于氧使碳钢表面生成氧化膜所致。
溶解氧的临界点值与水的PH值有关,当水的PH值为6时,一般不会形成氧化膜。
所以溶解氧越多,腐蚀越快。
当水的PH值为7左右时,溶解氧的临界点浓度为20mg/L,PH值升高到8时,其临界点浓度为16mg/L。
因此,碳钢在中性或微碱性水中时,腐蚀速度起先随溶解氧的浓度增加而增加,但过了临界点,腐蚀速度随溶解氧的浓度升高而降低,这也是碳刚在碱性水中腐蚀速度比在酸性水中要低的原因。
一般来说,循环冷却水在30℃左右时,溶解氧8~9mg/L,往往不会超过临界点值,所以溶解氧常是加速腐蚀的主要因素。
在热交换器中,当水不能充满整个热交换器时在水线附近特别容易发生水线腐蚀,这是因为在热交换器中,水温升高,溶解氧逸到上部空间,在水线附近产生氧的浓差电池,导致加速这种局部腐蚀。
2、水中溶解盐类的浓度对腐蚀的影响:
水中溶解盐类的浓度对腐蚀的影响,综合起来有以下三个方面:
(1)水中溶解盐类的浓度很高时,将使水的导电性增大,容易发生电化学作用,增大腐蚀电流使腐蚀增加。
(2)影响Fe(OH)2的胶体状沉淀物的稳定度,使保护膜质量变差,增大腐蚀。
(3)可使氧的溶解度下降,阴极过程减弱,腐蚀速度变小。
上面综合作用的结果,一般来说是使腐蚀增加。
关于水中不同离子与腐蚀的关系,一般有以下原则性认识:
(1)水中Cl-、SO42-等离子的含量高时,会增加水的腐蚀性。
Cl-不仅对不锈钢容易造成应力腐蚀,而且还容易破坏金属上的氧化膜,因此,Cl-也是使碳刚产生点蚀的主要原因。
(2)水中的PO43-、CrO42-、WO42-等离子能钝化钢铁或生成难溶沉淀物覆盖金属表面,起到抑制腐蚀的作用。
(3)Ca2+、Zn2+、Fe2+等离子由于能与阴极产物OH-生成难溶的沉淀沉积于金属表面,起到防腐蚀作用。
而Ca2+、Fe2+等具有氧化性的阳离子,由于能促进阴极去极化作用,因而是有害的。
3、水的温度对腐蚀的影响:
象大多数化学反应一样,腐蚀的速率随水温的升高而成比例地增加。
一般情况下,水温每升高10℃,钢铁的腐蚀速率约增加30%。
这是由于当温度升高时:
(1)氧扩散系数增大,使得溶解氧更容易达到阴极表面而发生去极化作用;
(2)溶液电导增加,腐蚀电流增大;
(3)水的粘度减小,有利于阳极和阴极反应的去极化作用。
所有这些将使腐蚀速度加大。
但是另一方面,水温度的提高可使水中溶解氧浓度减小。
因此,以上多方面的因素对实际装置表现也不一样。
在开放系统中,起先随温度的上升腐蚀率变大,到80℃时,腐蚀率最大。
以后即随温度的升高而急剧下降,这是因为温度升高所引起的反应速率的增大不如溶解氧浓度减小所引起的反应速率的下降来得大。
冷却水中如含有侵蚀性离子Cl-时,则随温度增加对奥氏体不锈钢的腐蚀性急剧增大,应力腐蚀开裂的可能性大大增加。
4、水的PH值对腐蚀的影响:
在自然界,正常温度下,水的PH值一般在4.3~10.0之间,碳刚在这样的水溶液中,它的表面常常形成Fe(OH)2覆盖膜。
此时碳钢腐蚀速度主要决定于氧的扩散速度而几乎与PH值无关,在PH值为4~10之间,腐蚀率几乎是不变的。
PH在10以上时,铁表面被钝化,腐蚀速度继续下降。
当PH低于4.0时,铁表面保护膜被溶解,水中H+离子浓度因而发生析氢反应腐蚀速度将急剧增加。
实际上,由于水中钙
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