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工业循环水管道结垢和腐蚀分析何佳奇

发表时间：2020/11/19 来源：《基层建设》2020年第22期作者：何佳奇

[导读] 摘要：循环水处理是一项艰巨的系统工程，需要采用高新技术、新材料、新设备，优化循环水管道处理系统，改进循环水管道结构和腐蚀处理技术。

        广东石化公用工程部
        摘要：循环水处理是一项艰巨的系统工程，需要采用高新技术、新材料、新设备，优化循环水管道处理系统，改进循环水管道结构和腐蚀处理技术。结合企业自身存在的问题，对症下药，优化管理，加大监管力度，努力实现节能降耗，同时保证系统安全运行。
        关键词：工业循环水；管道；结垢；腐蚀
        1工业循环水概况
        在工业生产过程中，循环水的处理工艺是在循环冷却水箱中加入适量的化学药剂，并保持一定浓度。处理后的循环水经循环水泵加压后进入各生产系统装置进行换热处理。换热后的循环水进入回水系统，经过循环水冷却塔，与上游的空气接触冷却，最后进入循环水冷却池。在使用过滤器时，要保证水的混浊度达到相关标准。另外，在循环水吸水池中应加入适量缓蚀阻垢剂，使循环水系统达到沉淀膜的效果，并能有效防止管道内污垢和设备腐蚀。为保证循环水冷却池的环境卫生，必须定期添加杀菌剂和海藻酸钠，以避免细菌和藻类的滋生。结垢和腐蚀是工业水循环过程中最常见的问题，也是整个循环水处理系统的关键工程，危害极大。因此，在工业生产过程中，根据阻垢机理和缓蚀机理两个理论，指导如何使用化学药剂有效地解决和处理循环水系统中的结垢和腐蚀问题。
        2循环水管道结垢原因分析
        2.1结垢原因及特点
        （1）结垢的原因是：①盐在多组分过饱和溶液中结晶；②有机胶体和矿物胶体的沉积；③某些不同分散度物质的固体颗粒粘附；④某些物质电化学还原过程的产物。上述混合物的沉积物通常称为污垢。（2）水垢形成的原因。水中溶解盐的固相沉淀是结垢的主要因素。固体沉淀的条件是：①随着温度的升高，某些盐类的溶解度降低，如Ca（HCO3）2、CaCO3、Ca（OH）2、CaSO4、MgCO3、Mg（OH）2等；②随着水的蒸发，水中溶解盐浓度增加，达到过饱和程度；③ 在热水中，一些离子形成其它不溶盐离子的化学过程。具有上述条件的一些盐首先在金属表面沉积原始晶胚，然后逐渐合并并成长为核心。金属表面容易沉积的原因是金属表面在微观上具有一定的粗糙度，微观粗糙度在过饱和溶液中成为固态晶核；同时，受热面上的氧化膜对固相也有很强的吸附力。钙、镁作为垢盐，在过饱和溶液中形成固态晶胚，逐渐形成无定形或晶态结构的颗粒，然后团聚形成晶体或絮体。固体沉积物的形成与胚核的形成速率，即单位时间内晶核的数目和晶体生长的线速度有关。这两个因素与水温、水中盐浓度及其它杂质的存在有关。
        2.2循环水水垢的主要成分及成因特点
        天然水中钙离子的含量远大于镁离子的含量，镁盐的沉积对其含量影响不大，可以忽略不计。循环水结垢的主要原因是水中碳酸钙较多，在加热过程中失去平衡，分解为碳酸钙、二氧化碳和水。由于碳酸钙的低溶解度，它首先沉积在冷却设备的表面。温度、压力等因素也会影响结垢的强度和速度。碳酸钙是一种抗溶盐，当温度超过一定值时，其饱和浓度会急剧下降。
        3循环水管道腐蚀原因分析
        3.1电化学腐蚀
        这是管道腐蚀的主要原因之一。电化学腐蚀会产生原电池，所以会产生电流。众所周知，循环水管道是钢制的，管道本身含有大量的铁元素和矿物质杂质。铁与其他杂质的电位不同。当NaCl、HCl、SO2、CO2和粉尘进入水中时，会出现不同浓度的电解质溶液。当电解液与管道接触时，原电池会相互反应。
        3.2化学腐蚀
        这种腐蚀是非电解液与金属的直接化学反应，导致腐蚀。也就是说，化学腐蚀是一种纯氧化还原反应，化学反应下没有电流。化学腐蚀可分为非电解质腐蚀和气体腐蚀。非电解液腐蚀是由于部分油气中含有大量的二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等化学物质，当这些物质与水接触时，会对管道内壁造成损坏。

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气体反应是指金属与空气接触时，如Cl2、SO2、H2S、O2等，金属表面会出现Fe3O4、Fe2O3等氧化物。在高温下，氧化膜的形成速度很快，并伴有脱碳。如果空气中有大量水分，腐蚀速度也会增加。
        4控制工业循环水管道结垢腐蚀的措施
        4.1循环秤的控制
        为了控制结垢，一方面可以降低结垢离子的浓度，保证结垢离子在允许范围内。另一方面可以稳定结垢离子的平衡，第三是破坏结垢离子的结晶，避免结垢离子生长。以碳酸钙为例，提出了控制碳酸钙垢的方法：降低循环水中透明质酸盐硬度的方法很多。例如，通过技术经济比较，确定循环水的规模。如果对循环水提出了更高的要求，可以采用脱盐、离子交换等方法，也可以用化学方法除去水中的钙离子，在水中加入石灰。在水中加入阻垢剂沉淀，实现盐的结晶沉淀。在实际的结晶过程中，首先要产生晶核，然后再逐渐产生少量的微晶颗粒。不同的微晶颗粒相互碰撞接触，会逐渐形成鳞片状鳞片。阻垢剂的加入可以破坏或控制结构过程，难以形成垢。常用的阻垢剂有分散剂和积垢剂。其中，分散剂包括聚磷酸钠和磷酸酯，而整合剂包括亚氨基二乙酸盐。
        4.2联合控制循环水垢和腐蚀
        联合控制措施是在循环水中加入一定的药剂，既能除垢，又能防止腐蚀。比如这些化学品的使用主要是用于水处理设备，对于存在水垢的设备要采取除垢措施，如果设备没有水垢，可以在设备表面加一层保护膜。这种薄膜可以防止结垢和腐蚀。它很薄，不影响传热。该药剂对水质无特殊要求，可用于任何用水设备，在工业循环水也能取得显著效果。
        4.3控制腐蚀
        为了控制循环水的腐蚀，一方面可以采用热脱氧措施；另一方面，可以在循环水中加入缓蚀剂，形成保护膜；也可以采用涂层防止水与金属接触。水循环给水采用热除氧。采用热还原法去除水中的氧，减少氧腐蚀的发生。不同的缓蚀剂控制不同的电化学腐蚀部位，包括阳极缓蚀剂、阴极缓蚀剂和混合缓蚀剂。涂层能隔离金属和循环水，有效控制腐蚀。另外，该涂料具有耐高温、不影响传热的优点。常用的涂料是氧氨基树脂涂料。
        4.4使用现代技术
        循环水处理前，应全面了解处理系统的总体情况，掌握各环节的系统运行原理，正确调整循环水浓度比，循环水浓度值应严格控制在规定范围内。当今的计算机技术已经非常先进和发展，它可以精确地计算循环水各阶段的浓度比。有关人员要认真认真地运用计算机技术，对循环水各阶段进行严格、深入的监测，防止和控制循环水后期结垢的产生。
        结论
        随着生活的需要，工业的发展对水的需求越来越大。节水环保已成为当务之急。随着时代的发展，我国循环水处理技术逐步优化。然而，为了提高社会经济效益，真正实现企业的可持续发展，必须重视循环水管道的结构和防腐处理。要求结合现代科学技术对工业循环水进行合理处理，并对相关技术人员进行培训和学习。技术人员应充分熟悉循环水处理技术的操作，不断改进和提高自己，确保循环水系统安全、有效、稳定、高速运行，提高设备利用率，使生产正常运行。使我国工业生产走上可持续发展的道路。
        参考文献：
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        [3]程一杰，于志勇，曹求洋，许金刚，王光辉，陈建伟.冲渣循环水管道结垢原因分析及化学清洗[J].工业水处理，2016，36（12）：115-117.
        [4]白鹏翔.氧化铝厂循环水对金属管道的腐蚀性研究[J].世界有色金属，2016（22）：141-144.