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          冷卻水的腐蝕、結垢及危害

          發表時間:2019-12-02

          冷卻水問題探討

          一般冷卻水常引起的障礙有三種,即腐蝕、結垢及沉積與微生物,其發生原因簡述如下:

           

          腐蝕

          ?鐵材質與水中氧氣作用而腐蝕;

          ?當微生物繁殖時,其微生物體的分泌物與冷卻水中有機物,無機物聚積而形成的粘泥,沉積在系統中時,將造成沉積下金屬腐蝕;

          ?兩種不同金屬互相接觸時,因金屬間電位差而造成電池腐蝕,例如熱交換器之銅管與碳鋼端板,其接觸部分的鋼鐵材質會因此加速腐蝕;

          ?其它影響腐蝕的因素尚有:PH、溶解固體、溫度、流速等。

           

                 冷卻水中金屬腐蝕的機理:金屬腐蝕是經由化學或電化學反應而導致金屬毀壞的現象。最主要的腐蝕問題是由氧氣所引起的,冷卻水于冷卻水塔中與空氣密切接觸,水中溶氧高達 8~10 mg/L,極易促成腐蝕。金屬的腐蝕是一個電化學過程。由于種種原因,碳鋼的金屬表面并不是均勻的。當它與冷卻水接觸時,會形成許多微小的腐蝕電池(微電池)。其中活潑的部位成為陽極,腐蝕學上把它稱為陽極區;而不活潑的部位則成為陰極,腐蝕學上把它稱為陰極區。

           

           陽極反應:Fe     Fe2+ + 2e

           陰極反應:1/2O2 + H2O + 2e      2OH-

           沉淀反應:Fe2+ + 2OH-     Fe(OH)2

           總反應  :Fe + 1/2O2 + H2O     Fe(OH)2

           

          結垢及沉積

          沉積物的分類:

          水垢:為硬質結晶形,如  CaCO3 、CaSO4或MgSiO3 等。結晶形水垢源自于在水中的 Ca2+﹑HCO3-、SO42-、Mg2+、SiO32-等離子經濃縮超過飽和溶解度而結晶沉淀。上述離子的濃度、pH和溫度愈高則愈容易形成水垢。

          污垢:為軟質不定形雜物,如淤泥、腐蝕產物、制程泄漏物、微生物繁衍產生的黏泥沉積物等是引起垢下腐蝕的主要原因。軟質沉積物的產生則源自水中懸浮固體、有機物、油脂等物質(即不溶解固體)沉淀,一般容易發生于水流速較慢(流速低于1 m/s)的地方,如管殼式熱交換器的殼側,熱交換器出口的管端及管板上。

          沉積物的危害:

                 沉積物發生的害處除了阻塞管路,影響熱交換,降低設備產能外更可能因無預警停機造成損失(物料、設備更換、清洗費用),此外,沉積物下方會因為氧氣濃度與沉積物外界不同而產生氧濃淡電池,造成沉積下的金屬腐蝕。

          這些沉積物質將會造成下列不良后果:

          ?降低熱傳效率或傳熱不均

          ?工廠非計劃性停止運轉

          ?設備腐蝕

          ?增加管線輸送壓力落差及電力消耗

          ?減低腐蝕抑制劑效果

          ?產量減少

          微生物

          含有微生物的補充水不斷進入冷卻水系統,與此同時,冷卻塔中從上面噴淋下來的冷卻水又從逆流相遇的空氣中捕集了大量的微生物進入冷卻水系統。

          冷卻水系統是微生物的巨大捕捉器和培養器,系統中充沛的水量為這些進入的微生物的生長提供了可靠的保障。冷卻水的水溫通常被設計在32-42 ℃之間,這一溫度范圍又特別有利于某些微生物的生長。冷卻水在冷卻塔內的噴淋曝氣過程中溶入了大量的氧氣,再加上冷卻水為其中的微生物提供了營養源,為好氧性微生物生長提供了必要條件。冷卻水中懸浮物形成的淤泥又為厭氧性微生物提供了庇護所,冷卻水中的硫酸鹽則成為厭氧性微生物硫酸鹽還原菌所需能量的來源。

          若未對微生物加以控制,其不斷繁殖,產生黏泥將堵塞熱交換器,給系統帶來很大的危害。

          微生物粘泥引起的故障如下:

          u降低熱交換效率

          u堵塞熱交換器,泵壓上升,流量減少

          u加速腐蝕

          u降低冷卻塔的效率,填料變形、脫落

          u處理藥劑的吸附、浪費

          u外觀污染(環境公害)

          u作業人員健康和安全


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