第30章-一次冷却

• 直流冷却问题
• 腐蚀控制
• 规模控制
• 生物污染

冷却系统这种一次性利用水的冷却能力的系统被称为直通冷却系统。这些系统使用大量的水，通常将一次性的水直接排放到废水中。即使是最小的直通系统也需要大量的水;因此，需要在适当的低温下提供充足的水。

由于涉及的水量很大，一次冷却系统通常使用来自河流、湖泊或(偶尔)井网的水。通常应用于直通系统的唯一外部处理是机械筛选，以保护下游设备免受外来物质侵入的严重损坏。蒸发可以忽略不计，所以水的化学性质没有发生显著的变化。

直通冷却水系统有各种不同的名称。例如，在造纸业，大多数工厂把他们的一次性冷却水称为“工厂供应”。电力行业通常把一个直通冷却网络称为“服务水”系统。化学和碳氢化合物加工业通常使用描述性的“一次性”术语来描述他们的系统。无论名称如何，一次性系统都给水处理带来了独特的挑战。

直流冷却问题

直通式冷却系统遇到的问题可分为三类:

• 腐蚀
• 水垢或其他沉积物
• 生物污染

这些问题中的每一个都以一种特殊的方式在一次冷却系统中表现出来。不管是什么问题，都可以用机械和化学的方法来减少后果。

腐蚀可以定义为系统中贱金属的损耗或损失。在直通系统中可能发生各种类型的腐蚀。然而，在所有情况下，都会遇到贱金属的损失，腐蚀产物会以悬浮固体的形式进入散装水流。除了悬浮固体的有害影响外，活性腐蚀还可能导致严重的工艺污染和/或排放问题。

黑色金属管道的腐蚀导致氧化铁产物的形成，其体积是管壁金属损失的数倍。腐蚀产物或结核在管道表面的积累降低了管线的承载能力，需要昂贵的机械或化学清洗。此外，结核引起的扬程损失需要增加泵压力，从而提高泵送成本。

矿床一般有两种类型:

• 结晶无机沉积物(当溶解度超过极限时)
• 污泥(悬浮物沉降时)

沉积使金属表面与冷却水绝缘，限制了热传递。沉积物下的腐蚀也会发生。如果沉积形成严重，水力对流动的限制可能会进一步影响冷却系统从过程中带走热量的能力。

生物问题可以分为微生物问题和宏观问题。冷却系统中生物有机体的增殖会导致许多由腐蚀引起的相同问题。显著的微生物生长会导致设备污垢、传热障碍、微生物诱导腐蚀(MIC)和可能的流量限制。亚洲蛤和最近的斑马贻贝在美国淡水中的泛滥，增加了对宏观生物控制的重视，因为这些生物可以在一个生长季节完全堵塞一个系统。

腐蚀控制

直通式冷却系统中最常见的钢腐蚀机理是一种电化学过程，与普通汽车电池中发生的过程非常相似。电子从阳极流向阴极，而金属损失发生在阳极。控制这种腐蚀需要大量减少或停止电子流，从而使电池短路。在未经处理的一次性冷却系统中，金属损耗可能达到每年100密耳(0.1英寸)。处理通常将腐蚀减少到每年10密耳(0.01英寸)或更少。

除金属损耗外，矿床问题的产生还有腐蚀产物积累在热交换管暴露在未经处理的冷却水流。

在高腐蚀速率下产生的大量腐蚀产物会严重阻碍传热和减少流动。因此，腐蚀控制方案的有效性对直流系统中沉积的数量有很大的影响。

腐蚀产物的重量和体积是腐蚀速率和管道尺寸的函数．

腐蚀控制化学物质

聚磷酸盐和锌，组合使用或单独使用，是腐蚀抑制剂最常用于一次性系统。其他抑制剂，如硅酸盐和钼酸盐，可用于特殊情况。通常情况下，由于涉及的水量很大，用足够的缓蚀剂来完全抑制腐蚀在经济上是不切实际的。在任何处理方法中，应用速率都被设置为产生可接受的腐蚀水平。这种治疗水平通常被称为“阈值”。

聚磷酸盐(如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钾)是正磷酸盐的分子脱水形式。这些特殊的磷酸盐具有表面活性和隔离能力，使它们在控制水垢形成和减少结核方面特别有效。

聚磷酸盐广泛应用于一次性工业系统、市政系统和饮用水系统的处理。聚磷酸盐有效地减少了配电网中的结核，并减少了饮用水和工业系统中铁含量高引起的红水。在处理水平低至百万分之一的情况下，已经取得了有效的结果。在这种低磷酸盐水平的腐蚀防护可以通过添加少量锌(低至0.25 ppm)来改善。锌和聚磷酸盐的使用可以保护系统钢免受一般腐蚀和点蚀，同时减少当过度腐蚀产物进入系统时普遍存在的红水情况。聚磷磷酸盐和锌的处理水平不能完全抑制腐蚀，但腐蚀速率约为每年10密耳(0.01英寸)或更低。

硅酸盐和钼酸盐是特殊的抑制剂，通常不适合一次性冷却系统的需要。与聚磷酸盐相比，需要大量的硅酸盐和钼酸盐来控制钢的腐蚀。100ppm的硅酸盐水平提供的防腐效果大约相当于2ppm的聚磷酸盐。钼酸盐处理的成本限制了它在大多数工业一次性冷却系统中的使用。

规模控制

控制传热表面的结垢对一次冷却系统的有效运行是必要的。使用聚磷酸盐或有机聚合物可大大降低体系流的沉积潜力。除了阻碍热传递，沉积物还会改变流动特性，诱发沉积物下的腐蚀，增加泵送的功耗，释放腐蚀产物污染暴露在一次性水中的工艺流程。

在直通系统中发现的常见鳞片是硬度盐，如钙和镁，结合阴离子，如碳酸盐，硫酸盐和二氧化硅。锰和钡是较不常见的，但同样麻烦的规模，发现在某些地区的国家。腐蚀产物，如氧化铁，也可能是形成水垢的重要因素。泥浆和淤泥也增加了直通系统的沉积形成。

规模控制化学物质

温度对碳酸钙溶解度的影响．

随着温度的升高，溶解度降低结垢结果。

规模控制可以通过多种方式实现。特种化学品通常用于减少碳酸钙垢。由于大量的水被处理，通过软化来减少钙在一次性系统中是不经济实用的。

当使用特殊化学品时，沉积控制剂必须通过允许形成水垢的盐在不沉淀的过饱和条件下存在来防止晶体生长和水垢形成。常用的药剂包括聚磷酸盐、有机磷酸盐和有机聚合物。处理水平根据系统条件而定，从低于1ppm到高达5ppm不等。

铁沉积是直通系统中的另一个特殊问题。铁可能从井或地表水，或由于系统腐蚀而进入系统。在任何情况下，都可以使用沉积控制剂来控制沉积。聚磷酸盐、有机磷酸盐、表面活性化合物和聚电解质可用于此目的。治疗水平活性化合物的含量从低于1ppm到5ppm不等。在更高的水平上，间歇处理被用于清除旧铁沉积。

的能力六偏磷酸盐吸收钙质，从而防止水垢形成，并能焦磷酸隔离铁和尽量减少沉积，以及对主要沉积物种的了解，是选择特定矿床控制方案的重要因素。

近年来，在直通式系统中使用聚电解质来控制沉积已变得越来越普遍。电力工业率先使用极低处理水平的专有聚合物来解决特定的沉积控制问题。丙烯酸酯和丙烯酰胺家族中的聚合物已被证明在大容量一次性处理系统中有效，即使是在十亿分之一的处理水平范围内。

生物污染

微生物活动形成的沉积物在直通系统中特别麻烦。由生物形成的沉积物限制了热传递，经常导致严重的沉积物下腐蚀。此外，生物作为基质粘合剂的无机物种，增加沉积的体积和韧性。此外，严重的宏观生物污染基本上可以在短时间内阻止水通过热交换和工艺设备。

生物污染控制

氧化剂如氯和溴已被用于一次性冷却系统的微生物控制。根据系统的性质和水源的不同，氧化剂的使用频率、持续时间和处理级别也有所不同。当前和未来的环境限制必须在设计微生物控制程序直流系统。

宏观生物控制，特别是对美国淡水中发现的软体动物的控制，在许多系统中是一个严重的问题。每当使用淡水进行一次性冷却时，亚洲蛤和/或斑马贻贝的威胁就会存在。有专门的化学品可用于控制这些有机体。应用速度和频率与系统相关。