一、 前言
循环水系统长期稳态运行是保证贵单位设备正常生产的必备条件。敞开式循环系统的特点决定了冷却水在循环使用过程中必然存在水质恶化的趋势，从而产生结垢、腐蚀，微生物过度繁殖等一系列问题。这些问题的存在短期内会降低设备的换热效率，使能耗上升，增加维修频率和费用；长期的累积效应更可能导致设备渗漏、堵塞，甚至停产，成为安全生产的重大隐患。
通过多年的研究和实践，我们北京中科新远环境工程有限公司（以下简称乙方）总结出一整套适用于能源、电力、石化、冶金、化肥等大型工矿企业循环冷却系统水质稳定处理的成功经验。为了控制循环水系统在运行过程中有害物质对设备和管路带来腐蚀、结垢，菌藻繁殖及粘泥沉积等危害达到进一步节水节能保证设备正常、安全、稳定运行，减少冷却循环系统维护保养时间和费用的目的，大连理工大学以下简称甲方）特委托乙方制定循环冷却系统水质稳定运行方案。乙方根据甲方提供的系统水质和系统工况，特制定水处理运行方案如下。
二、 冷却水系统基本数据和工况
冷却水系统基本数据和工况见表1。
表1   冷却水系统基本数据和工况

三、 冷却水系统结垢原因分析
一般冷却系统补充水中都溶解有重碳酸盐，即水中存在的硬度和碱度。冷却系统补充水中硬度和碱度的存在是系统结垢的主要原因。在循环冷却水系统中，重碳酸盐的浓度随着蒸发浓缩而增加，当其浓度达到过饱和状态时，或者在经过传热表面使水温升高时会发生如下反应：

Ca（HCO3）2   △  CaCO3↓+CO2↑+H2O

冷却水经过冷却塔向下喷淋时，溶解在水中的游离的CO2要溢出，这就促使反应向右方进行。CaCO3沉积在传热表面，形成致密的碳酸钙水垢，它的导热性能很差。不同的水垢导热系数不同，碳酸盐垢是钢材导热系统的1/200。可见，水垢的形成必然会影响换热器的传热效率，影响产量，严重时则管道被堵。
另外，循环冷却系统给细菌和藻类创造了迅速繁殖的条件，大量的细菌分泌物像粘合剂一样，能使水中飘浮的灰尘杂质和化学沉淀物等粘附在一起，形成粘糊的沉积物粘附在换热器传热面上，这除了会引起腐蚀外，还会使冷却水的流量减少，从而降低换热器的冷却效率，严重时，这些生物粘泥会将管子堵死，迫使停产清洗。
四、 引起冷却水系统腐蚀的几种因素
1、冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀。敞开式循环冷却水系统中，水与空气能充分地接触，因此水中溶解的O2可达饱和状态。当碳钢与溶有O2的冷却水接触时，由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性，在碳钢表面会形成许多腐蚀微电池，微电池中作为阳极的金属不断溶解而被腐蚀。
2、有害离子引起的腐蚀。循环冷却水在浓缩过程中，除重碳酸盐浓度随浓缩倍数增长而增加外，其他的盐类如氯化物、硫酸盐等的浓度也会增加。当Cl-和SO42-会使金属上保护膜的保护性能降低，尤其是Cl-的离子半径小，穿透性强，容易穿过膜层，置换氧原子形成氯化物，加速阳极过程的进行，使腐蚀加速，所以Cl-是引起点蚀的原因之一。对于不锈钢换热器，Cl-是引起应力腐蚀的主要原因，因此冷却水中Cl-的含量过高，常使设备上应力集中的部分，如换热器花板上胀管的边缘迅速受到腐蚀破坏。冷却水系统中有不锈钢设备时，一般要求Cl-的含量不超过300mg/L。
3、微生物引起的腐蚀。微生物排出的粘液与无机垢和泥砂杂物等形成的沉积物附着在金属表面，形成氧浓差电池，促使金属腐蚀。此外在金属表面与沉积物之间缺乏氧，一些厌氧菌得以繁殖，当温度在25~30℃时，繁殖更快。它分解水中的硫酸盐，产生H2S引起碳钢腐蚀。铁细菌是钢锈瘤产生的主要原因，它能使Fe2+氧化为Fe3+，释放的能量供细菌生存需要。
上述各种因素对碳钢引起的腐蚀常使换热器管壁被腐蚀穿孔，形成渗漏，或工艺介质泄漏入冷却水中，损失物料，污染水体；或冷却水渗入工艺介质中，使热介质受到影响。当穿孔的管子过多时，热介质受到严重影响，不能正常运行，此时只有停产更换。
五、 水质稳定剂的作用机理
1．  缓蚀阻垢剂的作用机理。
缓蚀阻垢剂的分子能与水中离子形成螯合物，这种螯合物是可溶于水的，因而防止这些离子生成可沉积的化合物。缓蚀阻垢剂离子可以吸附在晶核或晶体粒子周围，其极性部分面向水相，非极性部分吸附在颗粒外侧，这样粒子都带有微弱的负电荷。由于电荷排斥粒子，使粒子不易因碰撞而凝聚，也不易长大。水垢结晶成长过程中，缓蚀阻垢剂被吸附在结晶成长格子中，此吸附作用会改变结晶正常形态，而阻碍其成长为较大结晶。由于晶格中吸附有缓蚀阻垢剂分子，大大破坏了结晶的规整性，使结晶的晶格变形，导致水垢结晶的强度降低，变得较为松散而易被水流冲刷，结晶不会附着在传热面上，从而达到阻垢的目的。
缓蚀阻垢剂中起缓蚀作用的是多种有机物，它们都是具有含N、S、O等的官能团的极性化合物，能吸附在金属表面上，它们之所以能起缓蚀作用，是因分子结构中具有可吸附在金属表面的亲水基团和遮蔽金属表面的疏水基团。亲水基团定向吸附在金属表面，而疏水基团则阻碍水及溶解氧向金属表面扩散，从而起到缓蚀作用，当金属表面呈现活性或清洁状态时，这种有机物形成满意的吸附膜，表现出良好的缓蚀效果。
对于铜及其合金，我们专门加入了铜的缓蚀剂，这种缓蚀剂是它的负离子和亚铜离子形成一种不溶性的极稳定的络合物，这种络合物吸附在金属表面上，形成一层稳定的、惰性的保护膜从而使铜及其合金得到保护。
2.  杀菌灭藻剂的作用机理
杀菌灭藻剂通常通过影响菌的生长分裂、孢子萌发并产生呼吸受到抑制，细胞膨胀、细胞质体的瓦解和细胞壁的破坏等不正常现象，而达到抑制或杀灭生物的目的。
六、 水质稳定后达到的指标
1． 腐蚀率
              碳钢                            ≤0.125 mm/a
              不锈钢                          ≤0.005 mm/a
2．细菌
             异氧菌总数                     夏季≤5×105个/ml
                                            冬季≤1×105个/ml
七、 运行管理与服务
在水处理行业流行着这样一句俗话“三分药剂七分管理”，这说明日常的水质监测与管理在水处理工作中起着不容忽视的作用。一个系统一个特殊情况，为确保乙方的药剂性能得到充分的发挥，同时也保证甲方的水处理工作能在尽可能经济和稳定可靠的状态下长期运行，乙方希望甲方在对系统各项指标进行严格控制的同时，积累自己的经验，尽快找出一个适合本系统长期安全运行的最佳模式。
另外，乙方技术人员也将不定期到甲方现场进行跟踪服务。
现场服务内容包括：
检查加药和系统运行情况，发现问题及时调整；
取样回乙方进行全面检测；
采集运行记录数据，为客户建立完整的运行技术档案和数据库；
提供书面技术服务报告，总结阶段运行情况，提出改进建议。
如果在冷却水处理运行过程中出现本方案未涉及或不明确问题，请及时与乙方联系。乙方将及时做出相应的答复，必要的情况下乙方会派人前往甲方现场了解情况，解决问题。对现场运行情况及时的反馈是水处理工作成功的必要条件，同时也是我们双方提高技术和管理水平的有效途径。
八、水处理剂用量
水处理剂用量见表6。 
表6   水处理剂用量计算

价格：清洗剂：xx元/公斤.   缓蚀剂：xx元/公斤   缓释阻垢剂：xx元/公斤   杀菌灭藻剂剂：xx元/公斤

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